煤矿安全生产风险闭环管理控制系统设计

王凯 WANG Kai

（山东唐口煤业有限公司，济宁 272000）

0 引言

煤矿安全监管是我国各地政府职能机构以及相关部门极为重视的部分，随着煤矿生产技术的进步以及安全监测设备、安全监管技术的全面普及，我国煤矿安全生产的诉求在一定程度上得以满足[1-2]。现阶段，欧洲国家的煤矿监管技术以及风险管理控制水平已经趋近成熟，为达成更好的监督与管理控制效果，部分欧洲国家已将煤矿安全生产风险闭环管理控制系统应用于煤矿勘测、煤矿开采、行政管理等各部门工作之中，同步落实对煤矿生产监管技术以及软硬件的革新，确保先进技术以及相关设备在煤矿生产与管理全过程的渗透[3]。

相较而言，我国煤矿相关监管体系、风险管理与控制体系的发展较晚，与之相对应的各种监督管理技术的水平也较为落后，缺少更完善的监督与管理应用技术。云计算技术是近年来发展最为迅猛的信息技术之一，同时云计算技术也是互联网技术与工业生产相互融合与促进的主要载体，其能够将虚拟化技术作为信息系统的基础，通过对各类数据地储存、应用以及计算、处理等，精准识别煤矿安全生产过程中的风险隐患，完成高效率的风险监测与管理控制工作。

1 闭环管理控制系统总体设计与目标定位

落实煤矿安全生产风险闭环管理与控制系统的先决条件是明确井下作业的风险隐患源以及不同风险隐患所对应的不安全状态，针对这一需求，需要广泛收集井下作业面的各类动态空间信息以及监测监控数据；所需使用的方式便是利用云计算技术以及各类型物联网技术、通信技术等；系统设计的难点在于不同核心技术之间的相互调配、监测监控技术的及时性与精准性、信息处理平台的计算能力以及专业化的决策支持、应急处理措施的及时性以及有效性；系统设计的核心思想在于充分衔接不同环节、设施设备、信息技术之间的联动性，促使其形成一个动态、完整的数据处理以及决策支持、信息反馈闭环。本次研究所构想的煤矿安全生产风险闭环管理控制系统体系如图1 所示。

图1 煤矿安全生产风险闭环管理控制系统体系

煤矿安全生产风险闭环管理控制系统的主要设计目标在于，以预防控制为核心，落实全面渗透、全过程以及全员参与的闭环式安全监控管理活动。从根源上阻断煤矿生产事故发生的因果链，杜绝人为、环境、基础设备等各方面煤矿生产安全隐患。而信息平台的主要功能在于利用云计算技术以及各软硬程序，驱动风险监督与预警控制闭环管理，做到对生产过程中任意细小因素的安全信息化监督控制管理。

2 生产风险闭环管理控制系统的设计

2.1 风险隐患识别 煤矿生产过程中具有诸多的危险因素，并且不同危险源存在分布广、影响因素多、隐蔽性强、影响程度大、管理效果差、实时变化性强等特征。由此可知，煤矿生产是一个相对复杂的系统工程，对其安全生产风险隐患的精准性识别涉及众多学科，因此本文基于采矿学、数学、云计算技术等众多学科对系统进行设计，期望能够全面地识别出煤矿安全生产过程中的风险隐患，本次研究所设计的风险隐患识别流程模型可见图2。

图2 风险隐患识别流程模型

2.2 煤矿井下风险隐患评价指标体系 煤矿安全生产风险隐患评价指标体系主要包含指向风险隐患的单一评价以及直销风险隐患相互制约的区域性评价。其主要研究与设计内容包含煤矿风险隐患的分级体系、风险隐患评价指标体系、相互制约的定量化问题以及风险隐患指标体系数据库的建设，其流程模型如图3 所示。

图3 风险隐患评价流程模型

2.2.1 评价指标分级 时至今日，我国对煤矿风险隐患危险源的识别、监控与预警决策支持分级体系还未构建起相对统一、完善的标准。基于此本次研究主要参考国家自然灾害救助应急响应等级指标，依托于某一煤矿开工至今的生产安全事故数据统计以及应急预案资料、风险隐患，预警需求等，将煤矿安全生产风险隐患，危险源中相对重要的火灾隐患、水隐患、甲烷隐患、顶板建设与使用隐患作为本次研究的重点研究对象，并构建其相应的指标体系数据库，整理后如表1 所示。

表1 评价指标体系表

2.2.2 评价指标结构 煤矿生产过程中的风险隐患具备随机性与复杂性的特征，由此便要求煤矿风险隐患危险源评价指标的选择与确认具备全面性、针对性、适应性特征。同时针对评价指标因素的选择也要秉持适度原则，过多容易导致评价系统结构过于繁杂，不仅提升了评价难度，同时也会降低评价结果的精准性；过低则会导致评价工作过于简单，容易引发以偏概全的问题，无法体现系统的客观性与全面性。煤炭生产过程中的风险隐患几乎涵盖了煤炭生产作业的每一环节，具体如表2 所示。

表2 煤炭生产过程中的风险隐患

2.3 煤矿井下风险隐患监测与预警体系

想要全面杜绝煤矿生产过程中的风险隐患，构建高质量的风险隐患预警机制，还需要基于空间分析模型以及与之相应的方法措施，对煤矿安全生产风险闭环管理控制系统进行适当优化。现阶段依托与云计算技术的风险隐患识别、预警预报机制主要具备三种类型的模型，具体为单体评价预警模型、区域评价预警模型以及联合性评价预警模型。

本次研究结合上述三种评价预警模型的优缺点，依托于云计算技术针对某煤矿生产作业的闭环控制管理系统衔接了“单体+区域”的联合性评价预警模型，具体模型流程设计可见图4。

图4 基于云计算技术的“单体+区域”联合性评价预警流程模型

2.4 应急处理闭环管理控制系统构建

2.4.1 应急处理闭环管理控制模型

应急处理闭环管理系统的构建关键在于管理模式的优化与改革，本次研究基于工作流程的完善，落实了各部门、各环节实时作业数据的共享与传输机制，依托于云计算技术的安全生产风险隐患闭环管理流程模型如图5 所示。闭环系统的设计与应用，能够将煤矿生产过程中琐碎的作业信息规整化、数字化处理，有助于提升工作效率、避免不必要的重复性工作、优化煤矿生产日常监督与管理，最终促进自动化办公。

图5 安全生产风险隐患闭环管理流程模型

2.4.2 应急处理业务管理模型 应急处理业务管理模型更倾向于衔接管理层与作业层的双向数据传输通道。在具体的应用过程中，其既可以向上传输各类型（文字、图片、视频、BIM 三维模型等）的煤矿基层生产数据、生产报表、风险隐患数据资料等数据信息，同时也能够帮助煤矿生产管理层对各类型文件、制度标准、应急处置措施、生产决策等的向下传递。

3 应用案例

针对某地煤矿工程作业面煤自燃危险性高的问题，结合实际情况综合分析了作业面采空区漏风源、地层结构、煤矿自燃气体涌出、渗水漏水等问题，明确了该作业面采空区煤自燃高温隐患的分布氛围以及发展趋势。基于此，依托于云计算技术制定了风险隐患的应急管理与长效治理措施。具体是综合了均压喷浆施工用以减少漏风、渗水漏水、煤矿自燃气体涌出问题；优化采空区加固支护等措施针对风险隐患达成应急管理控制效果。

4 结论

该管理系统构建了相对完整的风险隐患数据库，方便相关人员在有需要的情况下随时调取和储存风险隐患数据信息，并且凭借对相关信息的统计分析与整理，对未来作业阶段中可能存在的风险隐患进行精准预测与告警。