煤矿安全生产协同监控系统分析与设计.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3收稿日期 2005201231 作者简介姜锡慧,研究生,从事安全信息管理研究;郭德勇,教 授,从事矿井瓦斯和煤层顶板研究。 文章编号 10092609420050420094203 煤矿安全生产协同监控 系统分析与设计 3 姜锡慧1,郭德勇1,姜光杰2 1 中国矿业大学北京校区 , 北京100083; 2郑州煤业集团公司,郑州452371 摘 要针对煤矿安全生产多套监控系统并存的现状,通过将煤矿系 统模块化,形成了基于安全信息管理数据库的安全生产协同监控系 统。该系统能够以工作场所为单位综合分析各类安全信息,协调各部 门的安全生产工作,为其提供参考,同时节约资源,减少操作人员,提 高危险源辨识准确性,预测事故并将其消灭在萌芽状态,形成闭环安 全管理。 关键词安全管理工程;信息管理系统;煤矿;安全生产;监控 中图分类号 X936 文献标识码 A 0 引 言 20世纪80年代煤矿才开始使用计算机进行监测工作,操 作者多为不懂井下生产的人员。井下监测数据经她们判定 后,再决定是否转给通风调度;通风调度再根据汇报决定是 否转给安全调度和其他单位。虽然程序上有瓦斯超限等报警 装置,但由于矿井环境瞬息万变,对每一个工作场所的安全信 息缺乏综合分析,各调度部门互不隶属,人为分割,沟通协调 不及时;很容易造成现场信息传递失真,无法发现潜在隐患, 贻误甚至扩大事故,生产、 安全、 通风等调度分离的局面迫切 需要改革。同时,科技的进步和煤矿装备的不断更新,对现今 的安全信息检测监控网络也提出了更高的要求,多网合一的 发展趋势使得传统的煤与瓦斯监测监控网络已经不能满足目 前的要求。 1 煤矿安全生产监控需求分析 安全是一切生产调度决策的前提。没有可靠的安全生产 环境,采掘工作将不能进行。当然,采掘过程的设计与调度又 直接影响着环境的安全程度。从这个意义上讲,可把 “生产” 与 “安全” 看成是一对矛盾[1]。 经调研,煤矿安全生产中主要有以下问题亟待解决。煤 矿的自身特点对煤矿信息动态管理,实现生产场所定位和实 时决策等提出了很高的要求。但多套监控系统并存且各自独 立的现状使有关人员无法全面、 及时了解井下各类信息,不 便于生产调度指挥及事故的预防和处理,且造成了资源浪费, 功能重叠和重复建设等现象。此外,井下传感器数量较少,仅 靠其提供的参数无法动态反映井下真实情况,影响了预测的 准确性。而且煤矿从业人员素质较低,很难综合分析庞杂的 安全信息并做出决策,同时由于缺乏有效的管理和监督手段, 各种安全制度执行有时不到位,常使生产计划和安全规定相 互冲突,影响生产进度。 针对这些问题,需要开发出一个协同监控安全和生产情 况的平台,为综合分析、 预测、 管理、 协调等工作提供一条简单 有效的途径。 2 协同监控的思路 211 监控系统信息来源分析 本文以平顶山十二矿为研究对象。该矿实行井工开采, 为瓦斯突出矿井,目前建设了办公自动化系统,配备了各类安 全及生产监测监控系统和工业电视。所采取的监测监控系统 数据源共由4大部分组成,分别来自K J4监测监控系统、 安全 监测装置、 瓦斯检查员和安全检查员。这4个系统将其检测 结果分别反馈给不同的安全生产部门,其信息流走向如图1 所示。由于这4部分分属不同的部门,结构平行,互不交叉, 当进行安全决策时不能及时地沟通,无法综合利用信息、 全面 考虑整个矿井的情况,降低了判别和分析危险源的准确性,增 加了发生事故和贻误事故抢救时机的几率。同时,由于无法 以全局的角度分配监测监控任务,以至于对某些参数进行重 复监测,造成了资源浪费,而监测工作中的空白点又容易造成 安全隐患。 经分析,矿井中的安全生产信息主要来自于各类监控系 统及人工排查结果,主要可分为3大类 1 环境参数如瓦斯、CO、 风量、 温度、 湿度、 有害气体浓 度和成分、 顶板压力及其位移、 底板扰动情况、 井下粉尘、 皮带 机头烟雾、 水仓水位、 风机的负压、 巷道内风门墙两边的风压 参数、 水文地质条件和涌水量等,这些参数可用于矿井事故预 测,且对预测的准确性影响显著。 图1 现行安全生产监测监控系统示意图 Fig.1 Diagrammatic sketch of current monitoring system of safety and production 2 机电设备的运行参数包括转载机、 皮带机、 割煤机、 移动泵站、 风机开停、 煤仓煤位高低,煤矿供电回路各支路的 电压、 电流等。这些参数任何一个出现异常,都会影响矿井 的安全生产。 3 人工测得的参数和安全检查结果。由于环境和经济 条件限制,某些场所无法借助于传感器、 信号传输与处理系统 进行动态监测,同时,井下各类安全管理制度的执行情况、 隐 患整改情况、 以及设备维护、 工人培训等情况也依赖于人工检 查,排查效果和效率直接影响安全及生产。 212 协同监控系统基本原理 要想进行安全生产协同监控,需要先经行系统规划、 现状 调查和系统分析等过程,建立煤矿安全管理信息系统。用户 可以从数据库中查询到各监测监控系统和现场安全监测装置 49 第5卷第4期 2005年8月 安 全 与 环 境 学 报 Journal of Safety and Environment Vol.5 No.4 Aug , 2005 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 测得的数据,实行不同监测监控系统的联网监测。另外,将安 全检查员、 瓦检员以及现场人员对环境进行的动态描述和危 险源辨识结果通过数据维护界面输入数据库中相应的存储 区,并利用安全管理信息系统进行数据分析,然后在此基础上 通过相应的功能模块实现系统功能,以满足安全和生产数字 化监测、 管理和控制的需要。由于监控系统传感器测得的数 据和人工获得的数据和信息同样重要,相辅相成,且具有信息 量大,种类繁多,动态性显著等特点,为了保证生产和安全管 理工作同步协调进行,必须从众多的监查对象中找出一条主 线,使其能综合利用煤矿多套监控系统及各生产单位提供的 安全生产信息,做出安全生产隐患预测,并反馈排查结果,形 成安全与生产系统的闭环控制程序。经过筛选和分析,可从 安全及生产管理者的角度出发,以生产场所为主线,并围绕其 实现安全生产协同监控。 具体的监控原理如下 1 先根据矿井现有生产能力、 安全水平和经济状况对产 量做出预测,将其控制在可能范围之内; 2 做出详细的生产计划,具体到每个生产单位、 生产场 所,每个班、 每个员工,并将生产任务的详细安排反映到协同 监控系统数据库; 3 利用协同监控系统中的安全信息收集、 分析和事故预 测功能,指出每个生产场所可能存在的安全和生产隐患,下达 控制措施指令; 4 结合各部门随机和系统的安全监察程序,系统自动生 成安全检查表; 5 进行现场排查,并反馈排查结果至数据库; 6 核对排查结果。若隐患未排除则返回第一步,系统根 据结果修正生产和安全任务,然后再次排查,直至隐患排除, 形成闭环安全监管。 煤矿安全生产协同监控系统基本框架如图2所示。 图2 安全生产协同监控系统基本框架 Fig.2 Basic frame of coordination monitoring system of safety and production 3 实施办法 311 功能分析 煤矿安全生产协同监控系统以煤矿安全信息管理数据库 为基础,利用网络实现各部门的互通,设立各种功能模块,实 现数据的采集、 储存、 分析和处理,同时根据软件兼容性,与矿 山办公自动化系统、 财务管理系统、 紧急救援系统等实现互 联,或进行系统升级与改造。 分析煤矿安全监控和生产调度特点,协同监控系统主要 具有如下功能 1 环境参数监测功能。该系统可及时、 准确地将传感器 和人工测得的参数输入数据库,以供分析;对一些瓦斯超限、 温度超标等实现自动预警,尽量使每个生产场所的数据保持 最新。 2 机电设备运行监控功能。系统可实时显示设备运行 信息,如皮带、 风机开停,供电线路与变电所运转情况等。采 集的数据保存在数据库中,以供进一步的统计分析。此外,为 适应安全管理的需要,还应具有设备维修台账查询及提醒,操 作者资质审核和设备隐患预测等功能。 3 产量及消耗预测预警功能。系统可按日、 周、 旬、 月、 年等周期做出煤炭产量柱形图、 折线图、 趋势图等,并按趋势 预测生产形势以及材料消耗情况,同时根据风量等参数将生 产活动限制在安全范围。 4 各种报表的设计、 输出、 打印功能。数据库提供的数 据输出中有采掘进尺、 设备租赁、 生产调度、 人员调度等情况 的报表。报表内容、 格式和输出方式可以根据用途进行调整。 5 事故分析预测和控制功能。根据分配的生产任务及 相关的环境、 设备和人员管理[2]信息,系统对井下相关部门进 行隐患预测,并据安全监察人员需要生成特定的安全检查表。 检查结果反馈回安全信息管理数据库,进行闭环控制,直至隐 患消除。 6 考勤管理功能。系统可记录和查询参与生产的人员 信息,统计分析井下人员流动情况,查询工人培训、 资质证书、 三违情况、 所属部门,每班工作地点、 路线等,可适应人员管理 及紧急救援的需要。 312 模块划分 由于模块化[3]有助于适应井下复杂、 多变的工作环境,利 于数据库结构化;因此构建协同监控系统采取模块形式,以 此对煤矿各系统进行管理。据煤矿不同特点,可能会有多种 划分方式存在。本文根据平顶山十二矿的特点将其矿井系统 分为10个模块[4] 1 场所类型 ; 2 事故类型 ; 3 设备类型; 4 子系统情况 ; 5 作业活动 ; 6 工作规程 ; 7 地质水文 ; 8 工种及培训 ; 9 管理制度 ; 10 监测参数。这10大模块基本 上涵盖了矿区的所有活动。每一部分都相对独立,在调用时 既保证全局,又能适应安全及生产情况的变化。数据库将在 此基础上利用面向对象的编程语言和网络传输技术,将储存 在这10个模块中的信息通过一定的逻辑关系加以调用,并根 据各部门不同要求设计相应的操作界面,与用户实现互动,并 以此实现安全生产协同监控功能。 313 数据库设计 收集煤矿安全生产中用到的表单和台帐,经分析后设计 数据表及其所含字段的名称和类型等。设计字段时要力求减 小数据结构和应用程序之间的依赖关系,使得一方的改变尽 量小地影响另一方的改变,尽可能减少破坏完整性的情况发 生。建立的基础表单主要有事故类型表、 生产场所表、 员工信 息表、 设备类型表、 操作规程表、 生产部门类型表、 监测参数信 息表、 管理制度表等。然后根据这些基表和企业信息流,形成 各种类型的表单和窗体,实现安全生产协同监控子系统的主 要功能。 事故分析预测功能通过以下途径实现根据生产计划安 排,选定某工作场所,可检索出该场所中的设备运行情况,工 作人员基本信息,该生产活动涉及到哪些相关部门,场所环境 参数变化情况,是否出现事故预兆,相关的规程和管理制度等 内容;再依据监测参数标准,工况监测分析结果和反馈回来 59 2005年8月 姜锡慧,等煤矿安全生产协同监控系统分析与设计 Aug , 2005 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 的现场安全检查情况等做出初步的事故预测、 预警或输出判 别结果,供安全、 生产部门作为参考。数据库模块间主要关系 如图3所示。 图3 数据库主要关系示意图 Fig.3 Diagrammatic sketch of main relationship among database 314 其他设计 1 输入输出设计。用户输入数据时,可确定初值的字段 自动给出初值如日期、 矿井名称等。一些常用字段可通过下 拉式菜单选择,减少了手工输入的工作量,如部门名称、 事故 类型、 设备名称等。输出方式则有报表形式、 图形形式、 网络 文件等。用户可按需选择。 2 人机界面设计。将所需安全生产数据归类,分配给相 应的科室负责输入和维护,根据该科室的工作特点和需求设 计不同的用户界面。 3 权限和安全性设计。数据库根据登录密码和权限来 识别用户,保证信息的安全性,并使各类、 各级用户登录到不 同的操作界面,完成相应的输入、 查询、 修改任务。 4 讨 论 1 在没有实施煤矿安全生产协同监测监控系统之前,安 全检查者一般只是凭经验以及测得的瓦斯浓度、 温度和有害 气体含量等较为片面的信息对现场情况进行危险源辨识。辨 识时掌握的现场安全信息不充分,且辨识结果须经过层层通 报才能传递到各安全生产单位,造成了时间差,影响了评估结 论,增大了发生事故的可能性。同时,大部分报表和记录均为 手工抄写制作,效率低、 效果差、 工作量较大。 采用协同监测监控系统之后,原先孤立的,分属各个调度 系统的各类参数、 信息被汇总到一个平台上,通过网络传输可 及时地将辨识情况通知各安全生产单位,比旧的信息传递方 式节省了时间。同时系统利用数据库管理各类信息,对一些 超限值和异常情况进行分析,做出事故预测和预警,为安全生 产工作提供参考。用户可在进行危险源辨识之前就能掌握井 下各个工作场所的人员、 设备、 环境和管理的动态信息,能够 较全面地了解现场的实际情况,做到心中有数、 有的放矢,从 而在现场不断变化的纷杂的信息中,更加准确、 迅速地判别现 场存在的危险源,并及时实施监控措施或采取必要的应急预 案,将事故消灭在萌芽状态,以保证安全生产工作的顺利进 行。此外,由于系统具有初判断能力,且安全生产过程中所需 的各种表单和记录均利用计算机生成,节省了人力物力,操作 简单、 高效,适于煤矿用户素质较低的现状。 2 该系统以系统安全管理为理论基础,开辟了以生产场 所为基本单位,结合模块化方式对煤矿信息进行分类管理的 新方法。该方法可灵活调用和综合分析各类信息。辨识结束 后,所有的辨识结果都被输入数据库以供日后参考,并对需要 整改的项目进行追踪,直至其整改完毕。除煤矿之外,这种管 理方式同样适用于其他企业的安全生产管理工作。 5 结 论 采用煤矿安全生产协同监控系统,可以将煤矿安全和生 产系统中存在着的多套监测监控系统结合起来,增强了信息 传递的效率和准确性。数据库技术为各类信息的检索、 存储 和分析提供了有力支持,同时为综合分析煤矿安全生产情况, 以及发生事故时及时应变提供了可能。 References参考文献 [1] Wei Xiangyun魏祥云 . 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The workplace hereby mentioned is regarded as the basic management unit in orga2 nizing the monitoring parameters of the environment and equipment and the safety inspection results. The database abstracted the mine system into 10 modules , workplace type , accident type , equipment type , department , operations , safety regulation , hydrogeology data , staff education , management , monitoring data. The above ten rela2 tively independent modules contain all the mining activities. Thus , it can control the overall situation and adjustment to change the circum2 stances. When monitoring , the ultimate production will be predicted and the production quantity will be assigned to every establishment. Through the analysis of the aviary ination of each workplace , the working condition will be checked in accordance with the reference supported by the database and the safety checklists automaticallyfor2 mulated. The workplace is allowed to start its production only when passing the inspection is done and proves regular in operation. The above introduced new to guarantee the safety and production monitoring is based on the systemic safety management theory and supported by the modularization of the coal mine. It can be used in the monitoring of large mining enterprises too. Key words safety management engineering; ination manage2 ment system; coal mine; monitoring; safety and pro2 duction CLC number X936 Document code A Article ID 10092609420050420094203 69 Vol.5 No.4 安 全 与 环 境 学 报 第5卷第4期