煤矿安全预警（精选十篇）
煤矿安全预警 篇1
1 煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统的原理
瓦斯爆炸安全系统在煤矿作业过程中, 有着重要的作用, 不仅可以保证煤矿作业人员的安全, 还可以降低瓦斯爆炸后, 给煤矿带来的损失。煤矿安全预警系统通过对煤矿的瓦斯进行不定期的探测, 得出影响瓦斯爆炸安全的数据, 再由工作人员进行整理、归纳, 得出可以预测出瓦斯爆炸发生的有效且具体的数据, 再通过这些合理的数据对瓦斯爆炸现象进行预防[1]。
瓦斯爆炸安全预警系统是对瓦斯爆炸进行安全有效防护的重要系统。其主要分为两个阶段, 第一个阶段是对煤矿瓦斯系统进行合理的检测, 并得出一定的检测数据, 将这些数据结合在一起, 形成瓦斯爆炸预警体系的模型, 在此模型中对瓦斯爆炸数据进行整合。第二个阶段是将整合后的瓦斯爆炸数据放入瓦斯爆炸系统中, 并对系统进行监测, 然后将整合后的数据与数据库中原有的数据进行比对, 若发现与原有的数据相一致, 则将数据存储库中的数据提取出来, 进行分析与整理, 对瓦斯爆炸进行预测, 并采取相应的措施, 防止瓦斯爆炸的发生[2]。而如果数据存储库中的数据没有与系统整合后的数据相一致, 则将整合后的数据放入数据存储库, 使数据存储库系统更为完善, 数据信息更为丰富, 为日后预测瓦斯爆炸提供合理有效的数据资源, 也为防止瓦斯爆炸提供很好的保障。
瓦斯爆炸安全预警系统分不同的时期, 每一时期的预警工作有其不同的性质。在第一个时期, 工作人员将大量的对瓦斯监测出来的数据放入瓦斯爆炸预测系统, 使这些数据与原来数据模型中的数据进行比较, 当新的数据与原有的数据不相符时, 表明数据测量出现错误。预测系统将进入下一个工作时期, 在这个时期里, 系统将这些数据进行挖掘、整理、合并, 并建立新的数据资料库。用新的数据库代替原有的数据库, 并将检测的数据不断的放入数据库中, 这样一直发展下去, 就会有不断进行更新的数据库产生, 也会使数据库内的信息不断增大, 数据库不断更新, 数据系统不断强大[3]。拥有不断强大的数据库系统可以对数据进行合理有效的管理, 并使数据库不断完善, 这样也能增加瓦斯安全预警系统的预警能力。如果检测发现有瓦斯爆炸隐患, 煤矿工作人员将及时采取措施进行防护, 以保证煤矿设施的损坏和工作人员的人身安全。
2 煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统的重要手段与影响要素
瓦斯爆炸预警系统的重要组成部分是对采集的数据进行有效的挖掘。对数据进行合理的挖掘是使信息更加有效作用于安全预警系统中的重要方式。挖掘数据首先应对数据进行简化, 使复杂的数据变成分析人员可以进行运用的简单化数据。简化后的数据不能背离了数据本身的实质意义, 而应该在保证数据有效性的基础上, 对数据进行合理的简化, 简化后的数据将去掉了数据原有的无效部分, 使数据可以更好的被数据分析员进行分析与运用[4]。运用简化后的数据信息, 可以更清楚的对瓦斯爆炸情况进行分析, 也可以更好的找出防止瓦斯爆炸的方法。而对于一些复杂的数据信息进行分类处理也是挖掘数据信息的有效手段, 将监测的数据信息进行合理的归类后, 分析人员可以清楚看出数据对于瓦斯爆炸预测的用处, 并及时对无用的数据进行删除, 留下有效的数据, 并对这些数据进行整合, 从而推测出瓦斯爆炸的情况, 这种方法有利于提高挖掘数据的速度, 也可以对部分无效的数据进行整合与删除, 防止其影响整体数据的预测。
瓦斯爆炸的安全预警系统中的各项指标可以体现出预警系统的重要特点和预警情况, 也是预警系统的基础信息, 其主要标准是瓦斯爆炸情况的危险系数, 瓦斯爆炸的安全系数越大, 安全预警系统的指标将会越高, 瓦斯爆炸的安全系数越小, 安全预警系统中的指标将会越小[5]。对瓦斯爆炸预警系统的外部影响要素也有很多种, 不同的要素对预警系统有着不同的影响。而这样的影响要素过多, 也会导致预警系统预测的偏差, 使系统的各项指标过于复杂, 这样的情况一旦发生会导致实际重要的影响要素被忽略, 这导致不重要的要素影响安全预测能力, 虽然预测的方法简便, 但导致最终的预测结果不足以表现出所用的实际情况。因此, 为了使安全预警系统更加完善, 增加安全预警能力, 煤矿的安全预测人员需要结合实际情况, 对瓦斯爆炸安全预警系统的各项指标进行分析, 并全面的预测出实际的瓦斯爆炸情况。
瓦斯爆炸安全预警系统对爆炸危险的主要方向做出了定向的分析, 对瓦斯爆炸的危险分为三种情况。
①实际煤矿施工地设施的安全隐患, 有地势情况、煤矿内部构造、瓦斯的实际指标、易燃物品等;
②这种危险是由第一种危险发展出来的, 包括设备是否通过检验, 煤矿设施的破损程度、易坏程度, 以及各种外部因素, 包括煤矿周边的风力、温度、湿度等;
③第三种是人为因素, 包括施工人员的施工技术、监测人员对设施的监测程度等。
这些危险情况的影响因素都对瓦斯爆炸安全预警系统的建立有重要的意义。
3 总结
煤矿作业中存在很多的安全隐患问题, 就如煤矿中的瓦斯爆炸问题, 对于这些安全问题, 国家应该采取一定的措施进行防护, 使煤矿可以进行合理的安全的施工。而建立良好的有效的瓦斯爆炸安全预警系统可以对瓦斯爆炸现象进行预测, 得出预测数据, 对实际的爆炸情况进行分析, 得出合理的解决方案, 使工作人员进行提早防护, 同时对预警系统进行有效的管理与改善, 使管理系统不断有新的技术加入, 并且不断更新, 实施这一系列的措施, 以保证煤矿设施不受损害, 也保证了煤矿工作人员的人身安全。
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摘要：随着我国煤矿事业的不断发展, 煤矿中的瓦斯爆炸现象也常常发生, 瓦斯爆炸不仅会给煤矿作业带来很大的影响, 造成重大的损失, 还会对在煤矿作业的工作人员造成伤亡事故。因此, 煤矿作业的安全非常重要, 为了提高煤矿作业的安全性, 需要采取一定的措施对煤矿作业的安全情况进行勘测, 并预防煤矿瓦斯爆炸的发生。工作人员需要建立良好的煤矿瓦斯爆炸的安全预警系统, 保证煤矿作业的安全进行。本文对煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统进行深入的探究与分析。
关键词：煤矿作业,瓦斯爆炸,安全预警系统
参考文献
[1]袁昌明, 张晓冬, 章保东.安全系统工程[M].北京:中国计量出版社, 2010.
[2]何剑斌, 郑启伦, 彭宏.数据融合与数据挖掘的集成研究[J].计算机工程与应用, 2010, 5 (3) :82-86.
[3]孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统[J].煤炭科学技术, 2012, 2 (2) :98-104.
[4]赵旭生, 邹云龙.近两年我国煤与瓦斯突出事故原因分析及对策[J].矿业安全与环保, 2010, 4 (3) :48-53.
煤矿安全生产预警机制 篇2
煤矿安全预警机制
一、概况：
煤炭资源是我国能源资源的重要组成部分，煤炭工业的持续、快速、健康发展是我国社会主义经济建设顺利进行的重要保障。然而煤矿生产过程复杂，生产环境恶劣，受到水、火、瓦斯、煤尘和冒顶等多种自然灾害因素的威胁，煤矿安全生产管理一直是制约煤矿发展的一个关键性问题。
桧树亭煤矿作为郑州煤炭（工业）集团整合煤矿，长期以来十分重视安全管理方法的探索与创新，形成了自己独特的安全文化与安全管理模式，创造出安全伙伴、隐患买卖制等一大批安全管理创新项目，进入2011年，我矿又提出了一种新的安全管理机制，即安全预警机制。
所谓安全预警机制，是桧树亭煤矿贯彻“安全第一，预防为主”方针，结合生产实际，针对员工风险预警意识淡薄，安全管理难以做到有的放矢的情况，将与煤矿生产安全管理关系密切、情况复杂、管理难度高的工作地区和由于各种原因容易忽视安全的工作人员视为煤矿安全管理的重点隐患，对其进行排查、分类、建档、预警并提前制定规避、应对管理措施，以实现安全隐患的提前控制，有效避免事故发生。由于事前计划周密，防范措施得当，使我矿安全生产能力得到进一步提升，创造了良好的安全管理效果。
二、安全预警机制的工作思路
1、安全预警机制以马克思主义唯物辩证法为哲学基础，主张在面对煤矿安全管理这个全局性命题时，分清主要矛盾和次要矛盾，抓住主要矛盾，关键问题进行管理，即以提前控制为目的，通过提前排查重点隐患，在相应的平台上进行预警警示，以提高相关人员的安全风险意识，并制定相应规避、防范措施，以起到有效安全管控的目标。其工作思路如图所示。
由安全预警机制的工作思路可以看出，这一思路能够实现安全管理目标的关键步骤在于关键地区和关键人员的排查，即哪些地区属于安全管理的重点地区，哪些人员属于安全管理的重点人员。这些地区和人员需要在生产过程中重点关注。
2、安全预警机制可行性研究
通过对安全预警机制的工作思路进行分析，可以看出安全预警机制的可行性取决于两点：①煤矿安全管理中是否存在关键地区和关键人员；②能否找出关键地区和关键人员。
根据系统论观点，所谓系统就是由许多相互关联又相互作用的部分所组成的不可分割的整体，而如果把煤矿管理视为一个系统的话，煤矿安全管理就是煤矿管理的一个子系统，所以煤矿安全管理应该综合考虑各方面的问题，推行基于全过程、全员参与的全面安全管理。但是，全面安全管理并不意味着要对安全生产全过程平均施力，这里有一个非常神奇的法则，帕累托法则，又称80/20法则，即百分之八十的价值是来自百分之二十的因子，其余的百分之二十的价值则来自百分之八十的因子。这就意味着我们必须避免将时间花在琐碎的多数问题上，因为就算花了80%的时间，也只能取得20%的成效；而应该将时间花于重要的少数问题上，因为掌握了这些重要的少数问题，只花20%的时间，即可取得80%的成效。
为了验证这一观点在煤矿安全管理中的适用性，我们对桧树亭煤矿过去发生的零星安全事故进行了统计、分析与汇总，发现事故多发生于八类地区，发生在八类人员身上，“八类地区”是安装地区、拆除地区、会战地区、试验地区、开口地区、贯通地区、检修地区和地质条件变化大的工作面；“八类人员”是机电班人员、杂工班人员、零散作业人员、新员工或即将离矿的人员、即将倒班或刚刚倒班的人员、刚刚受过奖惩、提拔和转岗人员和有思想包袱人员。
可以认定在煤矿安全管理中确实存在需要重点关注的地区和人员，只要搞好了这些地区和人员的安全管理，那么就可以大大降低煤矿发生安全事故的可能性，如此可以证明本课题研究具备理论可能性和实践可能性。
三、项目采用管理原理及分析
在“八类地区，八类人员”安全预警机制中，应用了帕累托理论，事故致因理论、工序边际状态控制理论和风险预警理论，但是这四种理论在“八类地区，八类人员”安全预警机制中的地位和作用是不相同的。
帕累托法则是核心，它提供了预警机制的核心思路，即通过对安全管理中关键性的少数进行重点关注，就可以起到有效降低安全事故风险的作用；事故致因理论是基础，它揭示了安全事故的发生源自于环境的不安全因素、设备的不安全状态和人的不安全行为，但最根本原因在于管理的缺失，为“八类地区，八类人员”安全预警机制明确了管理对象；工序边际状态控制理论是工具，虽然它在表述方面与事故致因理论有所不同，但实质上解释了环境的不安全因素、设备的不安全状态和人的不安全行为的产生原因，即环境、设备、人员由于某些特定原因，处于非受控状态，这就为“八类地区，八类人员”安全预警机制明确了如何去寻找安全管理对象，即寻找那些处于边际状态的地区（设备）和人员；风险预警理论为“八类地区，八类人员”安全预警机制提供了形式理论，即明确了选择安全预警这一形式能够超前反馈、及时反应、防风险于未然，从而最小限度降低安全事故发生的概率，或将事故危害降到最低。
四种理论相互联系，互为补充，共同构成了“八类地区，八类人员”安全预警机制的理论体系。由于理论基础扎实，并在实践中系统运作，可以认定这一预警机制科学有效。
四、具体实施方案
1、八类地区预警机制构建
我矿在调度会议室设立“八类地区”安全预警台，由安检科将我矿每天作业的工作面进行排查，若该地区属于八类地区的某一种，则在相应位置标注，在全部标注后根据这些地区属于八类地区中的种类数进行分级预警。属于其中三种以上者为一级红色预警，需要重点关注，通过矿调度会重点强调、提前准备预案、安排矿领导跟班紧盯现场就地解决突发事件等形式确保安全；属于其中两种者为二级橙色预警，需要相关区队主管队干在班前会上特别强调、跟班紧盯现场等加以特别关注；属于其中一种者为三级黄色预警，需要相关单位队干特备关注。
表1：八类地区”安全预警示意表 地区 安装 地区 拆除 地区 会战 地区 试验 地区 开口 地区 贯通 地区 检修 地区 地质条件变化 大的工作面 预警
注：属于八类地区中的三类以上者为红色一级预警；属于八类地区中的两类者为橙色二级预警；属于八类地区中的一类者为黄色三级预警。
如此，通过分级预警机制的建立，保证了需重点关注地区的安全管理工作，有效提升了工作面安全系数，保障了“八类地区”的安全管理。
2、预警机制构建 我矿在各区队班前会议室设立安全预警台，由各区队内部进行分类筛选，将属于八类人员的员工名单意义列出，进行警示，重点关注属于八类人员中两类以上者员工的思想状况，分管队干定期与其谈心交流，必要时安排专人在工作面现场照看其安全。如此，全方位到提升安全管理水平的目标。
在预警台之外，我矿还通过电视短片、报纸、广播等形式多样的宣传工作，群监员、协管员“重视八类地区，关注八类员工”活动，员工不安全系数与安全风险等级预测等形式，形成全方位的预警管理；
五、实际应用效果
通过预警管理，我矿的安全管理水平得到了进一步提升，“三违”发生数量较之前有了较大降低。借助预警管理和其他相关的安全管理手段，我矿2010年全年安全管理工作形式喜人，1——12月份仅发生轻伤事故0起，杜绝了重伤及以上人身事故和二级非伤亡事故，安全周期不断延长。
安全预警机制利用相关理论研究桧树亭煤矿影响安全生产过程中的众多因素，从中找出关键性少数，并针对其实施重点管理，以矿、区队两级风险预警机制为平台，对关键不安全因素实施有效管控，大大降低了安全事故发生概率，理论深度扎实，实践证明有效。
由于安全预警机制研究的是从大量事故中总结出的煤矿安全生产一般性规律，在各类煤矿中均具有一定普遍性，并能够有效起到提升员工安全预警意识，有效消除不安全因素，规避安全风险，降低安全事故发生概率，减少企业经济损失，保护企业员工生命安全，维护社会未定的作用。由此可见，推广应用“八类地区，八类人员”安全预警机制既具有十分重要的经济意义和社会意义。
郑煤集团桧树亭煤炭有限责任公司
二零一一年元月一日
郑煤集团桧树亭煤炭有限责任公司
煤矿安全预警机制
郑煤集团桧树亭煤炭有限责任公司
煤矿安全预警 篇3
关键词:风险管理 预警 短信 GSM Modem
中图分类号:TP302.1文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0078-02
Design of coal mine risk management and early warning system based on SMS
Zhang Jian1Zheng Xuemin2Wang Xihui1
(1.Shandong University of Science and Technology,Qingdao,Shandong,266510; 2.SINOPEC ENGINEERING INCORPORATION,Beijing,100101)
Abstract:Introduced the structure and function of coal mine risk management and early warning system based on SMS. Designed and developed a SMS middleware,which managed message extraction,processing and delivery to an SMS gateway from where it was delivered to the end user using a GSM modem device.Major risk information was promptly transmitted to safety management personnel through SMS,making risk management and control more efficient and effective.
Keyword:risk management,early warning,SMS,GSM Modem
近年来越来越多的煤矿采用各种管理信息系统来辅助安全管理工作,其中对风险信息预警提示多数只是通过计算机网络来实现。但是如果相关人员一段时间内未登录系统,或者在外地无法访问矿局域网时,计算机预警提示就很难发挥它应有的作用。手机短信息(SMS)是目前最广泛使用的移动通信方案之一,它利用信令信道传输,直接把要发送的信息加上目的地址发送到短消息服务中心,再由短消息服务中心发送给最终的信宿,具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高、保密性好等特点[1]。为了解决计算机预警提示存在的信息传达有效性差的问题,提出了一种基于GSM短信的煤矿风险管理与预警系统,利用GSM移动通信网络,可以实时、自动和可靠地将风险预警信息传达到煤矿安全管理人员。
1 系统结构
在煤矿风险管理中包括隐患排查、人员监控和瓦斯监測等多个方面。为了实现风险信息的有效管理,必须要有可靠及时的信息传递[2],即第一时间将风险信息通知到相关责任单位负责人和分管领导,以督促其及时整改和处理问题。该系统基于GSM短信业务,将重大风险信息通过短信发送到相应人员手机上,实现了信息的快速有效的传递,保障了隐患、严重三违和瓦斯超限信息可以得到及时有效的处理。煤矿风险管理与预警系统结构如图1所示。
2 短信服务关键技术
2.1 短信发送实现技术
短信发送的实现可以由两种方式实现。一种是可以利用移动通信公司的短信网关,但需要服务器能够上外网(Internet),而煤矿企业服务器为了避免企业服务器被来自外部的攻击,一般都与外网隔离。因而该实现短信发送的方式不适合。另外一种方式是利用工业级短信收发设备(GSM Modem),连接到服务器上,实现短信发送[3]。本系统采用第二种方式。
2.2 GSM终端功能和特点
收发短信的设备为GSM Modem。GSM Modem是一种支持GSM无线通讯的工业级调制解调器,主要实现计算机和移动通信网之间的串行通信,是一种专用的、提供类似手机功能的设备[2],插入国内移动通信运营商的SIM卡后即可接入运营商GSM网络,实现无线GSM通话、短信、数据等功能。本系统选用的GSM Modem设备有如下特点:(1)基于原装WAVECOM核心模块。(2)基于RS-232接口,相比其他接口短信猫更为稳定可靠。
2.3 短信服务中间件设计
为了将来可以重用短信功能,同时也为了降低短信服务模块与系统其它模块之间的耦合度,将短信收发做成独立的软件--短信服务中间件,提供基于数据库接口的短信收发服务。
短信服务中间件注册两个Windows服务,分别为短信扫描服务和状态监控服务。短信扫描服务一方面定时扫描数据库待发任务表,将任务取出,并通过AT指令依次将短信发送到指定的手机号码上;另一方面定时扫描短信猫,将短信猫接收到的短信取出并存入数据库接收短信表中。状态监控服务主要检测短信扫描服务是否正常运行,如果短信扫描服务中间出现异常而停止,则状态监控服务负责将其重新启动。
3 风险预警业务逻辑
根据风险级别,隐患分为A、B和C三级,三违分为严重和一般两级。根据专业口,隐患和三违均分为采煤、掘进、机电、运输和通防五类。
系统能够自动确定短信报警内容和接收短信的手机号码。对于隐患和严重三违信息,相应专业口的分管领导、责任区队队长和书记可以第一时间接收到预警提示短信。基于煤矿现有的各类监测系统,瓦斯超限报警信息无需人工处理即可自动经短信服务中间件发送给分管领导和负责人。
4 应用效果及结论
本系统在淄博矿业集团葛亭煤矿进行实际应用。在实施煤矿风险管理和预警系统的过程中,葛亭煤矿干部职工的安全意识普遍增强,生产和管理人员的安全生产责任心普遍提高,使隐患和三违的发现和处理更加及时、迅速,隐患和三违的处理更加全面、彻底,同时安全管理人员也能及时掌握瓦斯超限报警信息。GSM Modem设备运行安全可靠,短信预警功能完全达到系统预期目的。
通过短信预警,使重大风险信息能够及时地传达给煤矿安全管理人员,以督促责任单位及时解决问题,从而避免事故危险的出现。应用表明,所设计的煤矿风险管理和预警系统提高了煤矿安全管理的效率,使风险管理和控制工作更加方便快捷,实现了安全管理的信息化和自动化。
参考文献
[1]杨高洁,商建东,范志辉.基于GSM短消息业务的安全监控系统设计[J].PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION,Vol 30,No 8,August,2009:28～32.
[2]刘韵,赵作鹏,尹志民,和玉平,任存良,陈金翠.基于Web服务的煤矿安全管理短信平台的设计[J].煤矿安全,2010,7:100-102.
[3]尹志民,赵作鹏,刘韵.煤矿隐患排查信息平台的设计[J].煤矿安全,2009,8:68-70.
摄影测量在煤矿安全预警中的应用 篇4
随着矿井开采深度的增加, 瓦斯、冲击地压、水灾、热害等隐患的治理难度增大。实践证明, 任何事故的发生、发展都有征兆出现, 即安全状态信息。安全状态信息大多数是可观测的, 有些还是可控的。因此, 加强监测监控、建立煤矿安全预警管理系统具有重要的现实意义, 同时能带来明显的社会、经济效益。
数字近景摄影测量具有精度高、非接触测量和便携等特点, 该技术在煤矿安全预警中将具有广阔的发展空间。
2 摄影测量基本原理
数字近景摄影测量是通过在不同的位置和方向获取同一物体的2幅以上的数字图像, 经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三维坐标。由1台或2台摄像机在不同的位置 (摄站) 对同一物体进行拍摄, 获取被测目标的2幅不同角度的像片, 称作立体像对 (模型) 。物方点P在像片1和像片2上的成像分别为p1和p2, p1和p2称为相应像点, 也称同名像点。立体像对经过相对定向和绝对定向, 就可以由同名像点坐标解算出对应的物方点在真实空间中的坐标。相对定向就是要恢复摄影时左右像片的摄影光束的相互关系, 它采用2幅影像的角元素实现相对定向, 其定向元素为 (φ1, k1, φ2, ω2, k2) , 它不需要地面控制点, 利用左右像片上的5对同名像点即可解得相对定向的5个定向参数。立体像对经相对定向所建立的立体模型是以像空间辅助坐标系为基准的, 比例尺是任意的, 要想获取待定点的物方空间坐标还需要绝对定向。
借助于物空间坐标已知的控制点来确定像空间辅助坐标系和地面坐标系之间的变换关系, 称为空间模型的绝对定向。绝对定向通常采用7参数模型 (X0, Y0, Z0, ω, θ, φ, k) , 其中 (X0, Y0, Z0) 为3个平移参数, (ω, θ, φ) 为3个分别绕X, Y, Z旋转的角度参数, k为尺度因子, R为由角度参数组成的旋转矩阵。设 (XG, YG, ZG) 为某点的物方空间坐标, (X, Y, Z) 为该点的像空间辅助坐标系中的坐标, 则它们有如式 (1) 的关系。只要利用3个控制点的物方空间坐标和计算所得的像空间辅助坐标, 就可解得7个参数。这样, 通过绝对定向, 所有模型中的坐标都可以转换得到其物方空间坐标。
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3 煤矿巷道中摄影测量的具体实施
由于煤矿巷道属于长廊型结构, 在实际作业中需要处理的不仅仅是一个独立的单元模型, 而是要同时处理多个连续的模型, 这样就不能保证每个单元模型都有足够数量的地面控制点进行绝对定向。这时往往需要一些连接点 (在相邻的2个单元模型中都有模型坐标的点) 将该区域的所有模型统一到同一模型空间中, 使它们具有统一的模型比例尺。从数学上来讲, 模型的拼接和绝对定向都属于不同原点的三维空间相似变换问题, 所以模型的拼接也是通过式 (1) 来实现的。
在煤矿中进行摄影测量, 只需要在被摄对象的特征部位布设一定数量的特征点, 解算这些特征点的坐标, 达到以点带面的目的。近年来, 一种新型的定向反光材料被用来制作成定向反光标志RRT (retro-reflective target) , 其特点是反射亮度比漫射白色标志高出数百甚至上千倍, 可以轻松得到被测目标物自身影像“消隐”, 该标志即使在煤矿巷道昏暗的条件下也可以清晰成像。
虽然普通RRT标志在立体像对的左右影像中可以清晰成像, 立体像对的自动相对定向需要不少于5对同名像点, 这时需要借助编码标志。对普通标志进行编码使其具有惟一的身份信息, 这样就可以对这些标志实现自动探测、识别和量测。
借助于编码标志可以使计算机自动在立体像对中识别同名点, 尤其是识别连接点, 这样可以实现像对定向的自动化。巷道属于长廊型结构, 可以布设成一定的结构, 以保证每个立体像对可以实现自动定向, 并且通过连接点各个立体像对还可以统一到同一模型空间, 煤矿巷道中摄影测量的主要工作便是标志的布设和像片的拍摄。影像处理在软件中自动完成。
煤矿应急管理预警信息发布制度 篇5
第一条 预警信息发布要准确、及时、客观、全面，最大限度预防和减少各类突发事件的发生及其造成的危害，保障员工生命健康，维护公司财产安全，确保安全生产。
第二条 应急管理办公室及有关职能部门，在突发事件即将发生或发生的可能性增大，应当根据职责权限和程序要求，发布相应级别的警报，决定并宣布全公司或采区、工作面、岗点进入预警期，并根据情况变化适时调整预警级别和宣布解除警报。
第三条 预警信息包括：“调度员十项应急处置权”所列险情、安全监控监测、微震监测、应力监测、束管监测、雨量监测等监测系统预警信息、矿井水文、断层、地质构造通知、巷道贯通预透（过）巷通知、现场安全重点，上级发布的恶劣天气（强风、大雨、强降温、冰冻等）、气象灾害（暴雨、台风等）和地质灾害预警信息以及现场人员汇报的预警信息。
第四条 预警信息应当包括发布单位、发布时间、可能发生的突发事件的类别、起始时间、可能影响范围、预警级别、警示事项、相关措施、咨询电话等。
第五条 安全生产隐患预警通知单由安监处、技术科、调度室、医疗部、宣传科按职责分工拟定发出，紧急预警信息由调度室直接发布。
第六条 “调度员十项应急处置权”所列险情发生时，调度员应立即按照处置要求，向有关单位和人员发布预警信息和处置命令，停止生产，先撤人员，再分析原因。
第七条 充分利用预警通知单、调度通讯、井下语音广播、无线通讯、广播、闭路电视及电子显示屏、手机短信等传播手段，及时发布预警信息。
第八条 有关单位和人员接到预警信息后，应当按照有关规定，立即采取应急措施做好防御和处置工作，避免或者降低突发事件造成或可能造成的损害。
第九条 值班人员要坚守岗位，随时关注预警信息变化情况，密切跟踪灾害发生过程，及时了解现场情况，确保通信联络畅通；及时向应急救援处置相关单位通报情况，加强沟通协调，一旦出现灾情，要立即领导和有关部门报告。
第九条 全体员工有义务向公司应急管理办公室提供预警信息，瞒报、漏报的将严肃追究。任何单位和个人不得编造、传播虚假预警信息。
煤矿安全预警 篇6
结合相关定义, 风险是指对危险性进行衡量的指标, 是某一有害事故发生的可能性与事故后果的组合。具体来讲, 工业风险管理指的是企业通过辨识、分析和评价风险, 对各种风险管理技术进行组合和优化, 有效控制风险, 对风险导致的后果妥善处理, 以最少的成本, 获得最大的安全。如果风险可以接受, 将这个状态保持下去, 扩大效益。如果风险是不可接受的, 那么就需要采取一系列措施, 降低风险, 并且对降低风险的效果进行跟踪和监控, 在风险评价和风险管理系统中进行反馈, 以便促使动态的风险控制得到实现。
2 煤矿风险管理机制的构建
(1) 风险辨识:对生产各环节中潜在风险因素进行全面的辨识, 只有做好这一项基础工作, 方可对安全生产风险管理机制进行构建;要系统和科学准确的进行风险辨识, 就需要合理选择风险辨识模式和方法。我们对煤矿生产的特点进行了分析, 将生产专业——管理对象——风险类型的风险辨识模式提出来, 按照生产专业的不同, 来划分煤矿, 对于每一个生产专业, 都从三个角度来对各个类型的潜在风险因素进行辨识。点方面, 主要是设施和设备;线方面, 主要是作业过程和工艺;面方面, 主要指的是作业岗位和操作。
(2) 风险分析与评价:第一步是风险分析, 科学辨识风险, 主要结合具体情况, 依据相关要求, 来对辨识结果进行科学的评审、整理和修改, 进而再进行辨识, 部分风险分类, 存在着重复交叉问题, 进行解决, 以便更全面和准确的进行风险辨识。风险特点分析, 就是采用科学方法, 来分析各个类型风险的属性和特点, 结合具体情况, 设计风险评价模式和方法。
其次是风险评价, 安全生产风险管理不是静止不动的过程, 它是需要循环改进, 经过一次性动态评价, 很多风险因素无法被辨识出来, 这就需要做好动态评价工作。因此, 安全生产风险管理风险评价的核心内容就是对风险评价方法、模型和标准等进行合理设计和构建。
3 煤矿风险预警机制
要预防事故的发生, 促使风险管理水平和效率得到提高, 非常重要的技术手段就是风险管理的预警技术。要大力研究风险的预警技术和方法, 这样才能促使现代化煤矿安全生产风险管理得到实现。煤矿企业在对安全生产风险管理机制进行构建的同时, 不仅要保证健全的系统和有效的风险管理机制, 还要结合煤矿生产安全工作特点, 来有效预防和预控生产事故, 就需要对预警机制体系进行构建和完善。
(1) 风险管理预警机制:风险预警是指对作业场所风险水平进行分析, 提前信息警告或警报那些危机或危险状态。将自动或者人工的手段应用进来, 通过实时监测煤矿所有潜在风险因素的风险状态, 对它的风险等级动态评价, 并且将相应的警示信息提供出来, 风险预警部门结合确定的风险预警等级, 将一系列风险控制措施给应用进来。将先进的计算机信息技术给应用进来, 结合煤矿企业具体情况, 对支持风险预警实施运行和循环改进的平台进行构建, 这样风险管理预警的自动化程度以及系统性和准确性得到有效强化;并且要结合煤矿生产实际情况, 对风险管理预警机制程序及文件体系进行健全和完善, 以便正常运行风险管理预警机制, 将风险预警的效能充分发挥出来。
(2) 事故危机预警:具体来讲, 风险管理的预警机制主要是将生产各环节中潜在危险因素监测出来, 对风险等级进行确定, 将差异化的风险控制措施应用过来。在对评价指标体系进行构建的时候, 要充分结合风险概念来进行。通过调查研究发现, 大部分煤矿事故风险, 突发性都比较强, 无规律可循, 且如果发生, 后果较为严重。过去通常采用的是经典的风险状态监测预警, 这样就无法准确的监测, 控制措施的有效性和实时性就得不到保证。因此, 有很多重大事故风险存在于煤矿中, 需要结合具体情况, 对事故危机预警进行构建, 以便对可能出现的危机状态和事故征兆进行预警和监控。通过对煤矿生产过程中出现的各种危机状态进行监测、识别和诊断, 做出报警动作, 在对事故状态进行预防和控制的过程中, 需要将预警分析的结果充分纳入考虑范围, 降低事故发生率。
(3) 煤矿企业在风险管理及预警机制构建和实施过程中, 要注意一些问题;首先要分析煤矿现场生产状况和环境要素, 要充分重视前期的单元划分、风险辨识和分析模式, 要对煤矿的具体特点全面的分析, 对相应的模式和方法进行选择, 以便保证风险管理具有可操作性, 预警机制足够的可靠。要对一系列的程序和文件体系进行构建和完善, 煤矿生产, 属于劳动集中行业, 并且设施设备非高度自动化, 那么就需要人工管理操作现场的风险管理和预警实施, 为了保证能够有效落实风险管理及预警, 就需要对一系列的规章制度、程序以及文件体系等进行构建。最后, 还需要对风险管理及预警机制进行健全和完善, 为了更好的对煤矿生产重大事故风险因素进行防控, 就需要结合具体情况, 来对生产自动监测和监控的力度和范围进行增大, 并且对危机预警和预测预警及时进行适当的整合, 以便对安全生产风险管理和预警机制体系进行进一步的完善。
结语
通过上文的叙述分析我们可以得知, 风险预警管理是符合时代发展要求的一项技术, 可以对风险状态进行动态的评价。因为煤矿生产具备一定的特殊性, 那么就需要结合煤矿安全生产的要求, 来对风险管理机制进行构建和实施, 促使煤矿安全生产管理的科学性和有效性得到提升, 保证煤矿生产的安全。
摘要：时代飞速发展的今天, 我国煤矿行业取得了较大的进步, 同时受自然灾害和地质条件等多种因素影响, 煤矿在安全生产同时存在较大的危险性, 那么就需要结合具体情况, 构建煤矿安全生产系统风险预警机制, 以此来保证煤矿的安全生产, 促使工作人员的生命财产安全得到保障。本文简要分析了煤矿安全生产系统风险因素与预警系统, 希望可以提供一些有价值的参考意见。
关键词：煤矿安全生产预警系统
参考文献
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煤矿安全预警 篇7
作为产煤量占世界35%的产煤大国,煤炭在中国的能源消耗体系中占据十分重要的位置。然而,由于煤炭开采井下地质条件的复杂性及开采环境的恶劣性等众多原因,中国成为矿难高发国。据不完全统计,2015年中国发生近40起重特大煤矿安全事故,造成七百余人死亡和失踪[1]。针对目前严峻的煤矿安全生产现状,进一步加强煤矿安全生产技术的研究与开发应用具有十分重要的现实意义。在现有的煤矿井下安全监控系统中,所获取的煤矿生产过程数据涵盖井下人员、通风、环境、地质等方面的状态信息与感知数据。上述数据信息可反映煤矿生产过程各环节的实时状态,蕴含影响煤矿安全生产多要素之间的内在机理规则,体现煤矿安全事件的发展趋势与态势。因此,立足于信息化与工业化“两化融合”的现实趋势与客观需求,利用上述跨空间多领域的异构感知数据的关联建模与深度融合,有力提升安全监控系统在井下安全事件检测与预警处理方面的准确性与高效性,对于充分发挥安全监控系统在井下安全管理方面的作用具有极其重要的现实意义与应用价值。本文利用复杂事件处理技术构建了基于事件驱动的煤矿井下安全事件高效检测与预警触发模式。测试结果表明,该模式相对于基于关系型数据库的安全监控模式,在异常事件检测数与检测效率方面均具有显著优势。
1 煤矿安全监控系统概述
随着信息技术的飞速发展,构建信息化的智能煤矿安全生产监控系统,以解决煤炭生产过程中的安全隐患问题已经成为一条行之有效的重要途径[2,3]。中国从20世纪90年代开始自主研发煤矿安全监控系统,通过在井下安放位置固定的监控传感设备,以有线电缆的方式将数据传送至地面监控系统[4]。而随着RFID技术与无线传感网技术的日趋成熟,相关的基于RFID的煤矿安全监控系统已经投入实际生产并发挥了有效的作用[5,6,7,8]。在面向煤矿安全生产监控的数据利用方面,现有的模式往往是以历史数据为基础,以传统的数据库存储分析为手段,通过汇聚统计分析及集成统计分析,进而发现煤矿生产过程中各种机电设备的健康状况、运行能耗、环境变化等信息,最终实现对煤矿生产的安全辅助支撑作用[9,10,11]。通过以上分析可以看出,现有煤矿安全信息集成与数据分析方法尽管对煤矿安全生产起到了明显的促进作用,但是仍然无法在煤矿井下开采的复杂、恶劣生产环境中充分发挥其作用;仍然无法实时、高效、智慧地感知与检测生产流程中的人员、环境、机电设备等方面的异常安全事件;仍然无法以自适应、自学习的方式汇聚生产过程模式规律,从而为事中安全预警、事后抢险救援提供科学而有效的判据。
2 基于事件驱动架构的复杂事件处理框架
作为面向流数据的事件驱动架构框架,复杂事件处理由美国斯坦福大学的David Luckham与Brian Fraseca于20世纪90年代提出,其主要通过使用模式对比匹配过程、原事件及复合事件的关联与聚合关系,从大规模流数据中实时检测并抽取出有意义的事件,从而构建更为弹性的事件驱动架构相关应用[12,13,14]。在事件驱动架构下,相比于传统的简单事件检测流程,复杂事件处理不仅可用于处理单一的、用户预先定义的与应用为导向的事件,同时可以处理基于事件内在逻辑层次化关系的复合事件,通过对业务相关流程参数的自学习过程建立并更新知识库,当事件处理监测模块检测出数据流中所蕴含的目标事件时,以近乎实时的方式去触发相关的动作(预警、干预等)。
目前复杂事件处理实现方面的技术主要有自动机、Petri网、匹配树及有向图等[14]。因为基本事件与复杂事件具有本质的分层逻辑关系,本文以匹配树为主要实现手段。在匹配树事件检测模型中,叶子节点表示基本检测事件,节点之间的关系以事件操作符替代。针对用户所定义或查询的复杂事件模式,匹配树模型首先构造对应的事件识别树形结构,相应的时间、参数值均作为节点属性值保存在识别树中。基本通用流程:事件检测模型检测叶子节点基本事件,通过基本事件表达式合成关系匹配检索基本事件级的复合事件,若满足条件则更新叶子节点历史记录,同时将对应事件发送至缓存;将所生成的新复合事件发送至叶子节点对应的父节点,并根据语义关系与表达式产生新的候选复杂事件,若满足匹配条件则发送更上一级父节点进行进一步的事件匹配处理。下面给出一个简单结构匹配树,如图1所示,首先建立前缀树,其中包含4个模式串:“say”、“she”、“shr”、“her”。其中,根节点root为空,不表示任何字符,终端节点表示叶子节点。然后根据待查找字符串,逐字符匹配前缀树字符串,从树的根节点root往叶子节点逐步查找,直至实现字符匹配或是匹配失效。例如,待查找字符串“sa”可与第1条模式串“say”实现匹配过程。
3 煤矿井下安全事件检测与预警
3.1 煤矿井下事件语义及事件定义
安全监控系统覆盖煤炭开采的各个关键环节,通过传感器、视频监控等设备记录井下作业空间、机电设备状态及井下湿度、温度、风速、压力、瓦斯、一氧化碳、氧气等环境状态,同时利用RFID可实现对井下人员的定位追踪。本文以RFID人员定位数据与井下环境监测数据为基础应用数据,基于复杂事件处理技术设计并实现基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警触发模式。其中用于人员定位的RFID数据格式为{ReaderID,Tag,Timestamp},其中ReaderID为RFID读写器的ID号,Tag为所扫描的电子标签的标志号,Timestamp为数据读取的时间戳信息。用于环境状态监测所采集的数据格式为{SensorID,SensingData,Timestamp}三元格式,其中SensorID为传感器ID号,SensingData为所采集的感知数据(包括温度、湿度、压力、风速、瓦斯浓度及粉尘浓度等信息)。
与RFID数据相比,环境监测中的状态监测所涉及的传感器类型多样,数据格式不一,因而在复合事件生成层所合成的事件模式更为复杂。利用应用基础数据采集体系(RFID与传感器网络)所采集到的原始数据,基于规则关系以生成与煤矿安全相关的复杂事件。
定义1基本安全事件:为具有简单语义知识的目标域状态信息及多传感源之间的具有某种时空与流程关联的关系事件,如环境温度变化事件、实时瓦斯信息等。
定义2复杂安全事件:为由若干个基本安全事件或复杂安全事件通过事件合成关系或是操作符号所产生的合成事件,以表达应用层不同语义对象之间的相互关系。其具体的数据形式可以定义为{Feature,Rule,Time},其中Feature表示复杂安全事件的属性特征;Rule为相应的规则信息,具体有因果关系、时序关系等;Time依据复杂安全事件的性质可分为时间点与时间区间。
基于事件驱动的复杂安全事件处理模式实时检测人员定位及环境状态监测数据,如果有满足用户自定义或是基于规则学习所产生的井下安全监测复杂事件时,事件处理将所检测的事件发送给应用程序接口,同时以实时方式触发相关报警提示动作。在本文中以2个主要的事件为例进行阐述:矿工位置移动事件、环境安全预警事件。
矿工位置移动事件在基本事件的情景下,其所满足的基本条件形式化表示如下:
式中:Readeri.Tagk为矿工Tagk进入RFID读写器Readeri的空间范围;d为自定义的距离参数,其与不同的具体场景(采煤层、巷道)有关,其可以通过2个基本的RFID基本事件聚合而成,即{ReaderIDi,Tagk,Timestampi}与{ReaderIDj,Tagk,Timestampj},Tagk为该复杂事件所指向的具体矿工对象,Timestampj-Timestampi为位置移动事件的时间跨度信息。
矿工位置移动事件满足条件:(1)2个不同Reader之间的距离阈值满足式(1)。(2)Timestampj与Timestampi满足时序先后关系。
本文采用经典的复杂事件语言SASE作为煤矿井下监控系统的安全事件描述、查询及检测语言。下面就矿工位置移动事件给出一个查询实例:
Select*from RFIDEvent
Where Tag=Tagk
Where Timestampj>Timestampi
Where |ReaderIDj-ReaderIDi|≥d
环境安全预警事件在基本事件的情景下,其所满足的基本条件形式化表示如下:
式中:SensingDataj.SensorIDk为传感器节点SensorIDk所感知到的环境参数数据SensingDataj;ε为阈值,其与具体的传感器环境监测参数类型(瓦斯浓度、粉尘浓度等)有关。
具体而言,环境安全预警事件为煤矿井下某个传感器节点所采集到的环境状态信息,反映出所在区域的环境状态出现异常,而触发实时报警事件。
对于复合事件而言,在环境安全预警事件情景下,其表述形式为Rule==Condition,其中Rule为多基本事件所合成的事件规则,Condition为系统安全用户或是通过自学习过程所得到的满足条件。例如,温度、湿度、粉尘浓度等多个传感信息的复合关联满足相应的条件,以触发报警事件。
3.2 基于事件驱动的井下安全事件检测与预警触发
基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警触发模式构成如图2所示。基于RFID人员定位与机电类、环境类、地质类等多源传感器网络实时获取的跨空间异构井下安全感知数据,按照规范化数据格式与事件表示进行数据解析过程,主要包括对不同传感器节点所获取的数据进行格式统一、单位换算、数据清洗等预处理操作;解析后的数据通过复杂事件产生模块,以复杂事件表示元语为基础,分别实现数据向事件的语义转换过程、基本安全事件的产生及复杂安全事件的合成操作,以实现实时流数据完成不同粒度、不同层次上的事件合成操作。其中,语义转换功能在于实现原始数值型数据向语义型数据的映射与转换,同时保证在映射与转换过程中维持最小的信息损耗;基本安全事件的产生功能为建立在语义转换基础之上的元安全事件拟合过程。
另一方面,基于多源感知流数据实现对历史语义知识库的离线更新过程,通过历史数据的关联规则自学习实现复杂事件规则知识的自动化更新与增量式更新。此外,模型设置了管理用户关联规则自定义接口,以实现用户针对特定环境、特定约束、特定条件下的自定义规则。基于复杂事件产生模块所输出的安全事件与关联规则,在滑动时间窗进行匹配树实时匹配过程,以概率化数值表示对当前状态的风险评估,基于风险评估量化关系进行危险提示与预警触发,最终为煤矿生产安全管理部门的决策提供支撑。
4 实验仿真及结果分析
为了验证所提出的基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与触发模式的有效性与快速性,本文以煤矿井下安全检测数据集为基础进行了相应的实验仿真测试。实验数据采用煤矿井下现场采集小数据集与按照泊松分布产生的虚拟数据相结合的合成数据集。传统的煤矿井下安全预警或是采用单一传感源获取数据的实时动作触发,或是将多源采集数据发送至数据库,在服务器端进行数据的融合与关联匹配以产生预警。由于本文所采用的是以RFID人员定位与环境监测感知数据为应用基础数据的多源数据,所以实验部分与基于传统数据库的安全预警模式(传统数据库模式)进行比较分析。
本文实验环境分为硬件环境和软件环境。其中,硬件环境为Intel(R)Core(TM)i3-3110M CPU、2.40GHz、4.00GB内存和250GB硬盘;软件环境为Windows 7操作系统,Visual C++6.0编程环境。对面向煤矿井下安全监测流数据的复杂事件处理性能进行测试,并对结果进行了分析。
在不同测试数据序列(1 000~5 000序列)下分别对井下多源数据异常事件的检测结果与效率进行比对分析,具体结果如图3所示。由图3(a)可以看出,基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警触发模式(事件驱动模式)的异常事件检测数显著优于传统数据库模式,平均可提高事件检测率57.63%。由图3(b)可以看出,事件驱动模式的时间效率优于传统数据库模式,其时间开销平均提升了2.26倍。
5 结语
煤矿安全预警 篇8
煤矿安全预警管理的核心是对人的不安全行为、物的不安全状态以及管理失误进行分析研究, 采取相应措施进行控制以达到预防事故的目的。
1 煤矿安全预警评估体系分析
煤矿安全预警评估体系的建设是根据安全隐患的影响因素, 从人员行为、物和工作环境以及组织管理三个方面来构建。
(1) 人员行为
人的行为可以从以下三个方面分析:①违章作业:违章作业是煤矿安全事故的主要原因, 用违章作业率来反映, 对矿井现场工作人员不安全行为进行监测;②违章指挥:由于违规管理或对作业人员的不当指挥导致的安全隐患。违章指挥主要是针对现场管理人员的不安全行为而建立的监测指标。③作业技术未达标:由于作业人员的技术水平或学习培训不够而在实际操作中力不从心, 造成行为反应失误。
(2) 物和工作环境
物的不安全因素主要是指各类采掘机械监测指标。采掘机械是矿井生产的主要工具, 根据煤矿生产作业的特点, 可以从机械保养合格率、设备故障率、设备更新率、设备带病作业率、安全防护设备合格率指标来考查。
环境因素包括自然地质因素 (主要是影响采掘生产的地质状况, 如地质构造、煤层稳定性、倾角以及顶底板性质等) , 灾害因素 (瓦斯、煤尘、火灾、水灾等煤矿典型灾害) 和工作环境因素 (包括粉尘污染控制合格率、噪音污染控制合格率以及异常气候恶劣度等) 。
(3) 安全管理与组织
通过对煤矿安全事故的研究发现, 安全管理是煤矿安全事故的重要成因。安全管理是协调煤矿生产系统中“人、机 (物) 、环境”各要素相互关系的重要手段, 其目的是为了避免生产系统各要素的失控和防止内部关系的失衡。其预警监测主要通过质量标准考评和专业安全管理人员占有率来反映。
如表1所示, 根据对煤矿安全危险源的分析与划分, 从人员行为、物与环境、管理与组织三个方面, 分物与环境安全监测指标、井下工作人员监测指标和安全管理与组织监测指标来构建煤矿安全预警管理指标体系。
2 煤矿安全预警评估模型
煤矿安全预警评估采用针对煤矿定期自检和综合监测评价值作为指标赋值, 以选择的预控指标为标准, 通过设定预警阀 (煤矿安全规程要求的安全状态) 监控预警指标。当安全指标的评价值经过监控阀时, 若指标值临近警戒线, 则监控阀发出信号。然后, 根据监控信号做出相应的应急预案, 力求安全隐患降到可控范围。
本文采用误差反向传播算法 (BP算法) 构建煤矿安全预警的评估模型, BP神经网络的构建是基于梯度下降而进行的, 具体步骤如下。
2.1 确定预警评估网络结构
网络结构主要包括连接方式、网络层次和各层节点数。网络的连接方式是网络的拓扑结构, 本文采用一个三层带偏差单元的递归神经网络 (如图1所示) 。下面确定各层节点数。
(1) 确定输入节点
安全预警评估指标体系的输入节点数等于评估指标数。由表1可知三类监测指标共有19个指标, 即输入节点19个。
(2) 确定输出节点
输出节点确定对应于评价结果, 输出为安全隐患或警情[10000]很高;[01000]较高;[00100]中等;[00010]较低;[1]很低5种不同的风险程度。因此, 输出节点为5。
(3) 确定隐层节点
隐层单元数的确定与输入输出单元的多少都有直接的关系, 可参考公式进行确定。
其中m为输出神经元数, n为输入神经元数, a为1-10间的整数。
由公式可得网络隐层节点选择13个。
2.2 预警评估模型训练
通过输入数据进行训练, 预警模型按照期望输出与实际输出误差平方和的最小化规则, 并不断调整权值矩阵和阀值向量。
(1) 设置初始参数ω和θ, (ω为初始权重, θ为临界值, 均随即设为较小的数) 。
(2) 将已知的样本加到网络上, 利用下式算出它们的输出值yj
式中:xi为该节点的输入 (i=1, …, m) ;为从i到j的联接权 (i=1, …, m, j=1, …, n) , 初始权重随机设为[0, 1]较小的数;θj为临界值;yj为实际算出的输出数据。
(3) 按已知输出数据与上面算出的输出数据之差 (dj-yj) 调整权系数ω, 调整量为:
式中:为比例系数, 即学习率, 在计算中设置为一较小的数[0, 1], 在网络训练中以不引起振荡和能保证好的精度为前提, 逐步提高η值, 直到认为达到满意的训练速度为止;xj为在隐节点为网络输入, 在输出节点为下层 (隐) 节点输出 (j=1, …, n) ;dj为已知的输出数据 (学习样本称训练数据) ;δj是一个与偏差相关的值, 对于输出节点来说有:
对于隐层节点来说, 由于它的输出无法进行比较, 所以经过反向推算有:
其中k指要把上层 (输出层) 节点取遍, 误差δj是从输出层反向逐层计算的。
各层神经元的权值调整后为:
式中:t—为学习次数。
这个算法是一个迭代过程, 每一轮将ω各权值调整一遍, 这样一直迭代下去, 直到输出误差小于某一允许值为止。
2.3 预警评估模型识别
由训练阶段得到的权值矩阵与阀值向量形成预警评估神经网络模型, 对新出现的数据进行识别。然后, 对输出因子分级处理。
我们在采用神经网络对相对安全隐患危险的高低进行评价时, 按照输出的5个等级表示。在神经网络的学习训练阶段, “样本”的期望输出值应是已知量, 它可由历史数据资料给定或由指数评分法评估得出, 待模型训练成功后便可用来解决实际的煤矿安全预警评估问题。
2.4 预警评估模型实证分析
为了验证和实施煤矿安全预警评估模型的可行性和实用性, 我们选取20个煤矿月度监测数据进行网络训练, 5个实例作为检验样本。通过2755次迭代计算后, 误差小于0.01, 且误差收敛速率已很小, 可以认为网络已达最大学习能力。检验结果见表2 (样本参数略) , 检验结果与实际情况一致。
3 煤矿安全预警评估流程
煤矿安全预警评估的运作流程由安全信息警源、预警指标体系、预警专家分析、预警制度体系和预警信息辅助决策系统五部分构成, 工作流程如图2所示。
(1) 通过安全监控信息系统或人工监测等方式对安全状态或危险源数据进行采集。
(2) 将采集的数据传给预警模型推理系统, 该系统对数据进行模型应用和评估。
(3) 在评估分析中, 借助预警指标体系和预警模型判断安全隐患发展趋势以及安全危险损失。
(4) 根据评估结果判断安全状态的警情和警级, 发出相应预警信号。
(5) 进入警戒状态后, 煤矿安全监管部门根据产生安全危险的指标信息, 采取原因排查。
前五步形成了煤矿安全预警体系警戒状态的循环。
(6) 当警戒状态失控时进入危机状况, 煤矿安全监管部门和应急救援队伍根据产生危险 (事故) 的原因, 在预案库中选择合适的应急预案或根据推理条件制定预案。
(7) 在预案的基础上, 煤矿安全监管人员根据实际情况制定事故处理方案。
(8) 根据事故处理方案, 组织事故处理小组, 按步骤、有次序地展开各种事故处理。
一至八步 (除了第五步) 形成了煤矿安全预警体系危机状态的循环。
两个循环形成的有益经验加工提炼形成煤矿安全预警机制。
4 结论
本文把安全管理和预警预控的理论与方法运用到煤炭安全预警评估工作, 以安全预警指标为对象对其影响安全的事故隐患和系统风险进行分析识别, 建立基于人工神经网络的评估模型, 通过实例验证和构建预警运作流程完善了煤矿安全预警的预控机制。
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煤矿安全预警 篇9
目前, 井下发生瓦斯超限报警主要是利用甲烷传感器的声光报警装置进行声光报警。由于甲烷传感器的声光报警装置报警声级强度较小, 声响信号声级约80 d B (A) , 光信号仅能在20 m远处可见, 当井下某个地点发生瓦斯事故时, 只有甲烷传感器附近地点作业人员能够感知报警信息, 而位于该巷道内距甲烷传感器较远的地点及井下其它巷道内的人员却不能及时获取瓦斯灾害预警信息, 造成大部分井下人员避灾行动延迟。基于上述情况, 进行煤矿瓦斯灾害报警系统的探索研究就显得尤为必要。由于煤矿安全监控系统对井下各地点瓦斯浓度的变化进行持续监控, 构建基于煤矿安全监控系统的瓦斯灾害预警系统具有可行性。
1 系统概况
系统结构如图1所示。
该系统基于煤矿安全监控系统研制, 以甲烷传感器实时监测数据为基础, 利用监控系统断电控制信号, 同时增加预警控制装置、声光报警装置、矿用隔爆本安电源等设备;煤矿井下分为多个报警单元, 每个采掘工作面可划分为一个单元, 每个单元配备多台声光报警装置、矿用本安电源及相应的电缆接线设备。
2 技术研究与实施
2.1 主要技术路线
根据《煤矿安全规程》及《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》的相关规定, 煤矿安全监控系统中甲烷传感器设置的报警值均≤1%, 断电值≤1.5%;每7 d调校传感器的标准甲烷气样浓度值约为1%～2%。为准确区分日常甲烷传感器调校和井下是否发生瓦斯灾害, 瓦斯灾害预警系统在原煤矿安全监控系统软件设置甲烷传感器报警点、断电点的基础上, 对其新增一项联动报警 (控制) 参数。该参数可根据矿井管理实际需要确定, 一般情况下该参数设置值≥3%。只有这样, 才能使系统避免因调校甲烷传感器、低值甲烷超限等引起系统预警, 影响矿井安全生产, 又能在发生瓦斯突出灾害时实现准确联动报警。
2.2 系统主要技术指标
报警声级≥110 dB (A计权) ;预警光信号为红色, 光强度直巷100 m处可见;声光报警器报警时, 矿用本安电源供电时间≥30 min;具有异地报警功能;具有远程控制报警及报警解除功能。
2.3 系统研发及具体实施
(1) 在系统研制过程中, 通过对瓦斯灾害预警指标、参数进行现场模拟试验研究, 确立系统预警指标体系。在系统报警状态下对系统电源供电参数进行试验;为区分甲烷传感器的报警信息, 对声光报警器的报警频率、节奏, 巷道中光信号可视距离等参数进行调整, 提高声光报警器的预警声级及光强度。
(2) 在安装实施过程中, 为提高系统的预警准确率, 在煤矿安全监控系统中对甲烷传感器新增联动预警参数, 并合理设置。为实现上述功能, 需要对煤矿安全监控系统软件进行改进。在监控系统软件的“报警值”、“断电值”的基础上, 另增加“联动报警”值;即对于任意一个特定的甲烷传感器, 可以设置其报警值、断电值、联动报警值等三个参数, 控制输出有本地报警信号、断电控制信号, 还有联动报警控制信号;报警系统异地联动的设置工作在地面中心站进行, 进入设置窗口, 选择需要设置的甲烷传感器, 设置其报警、断电、复电、联动报警参数等;并针对联动报警的需要, 设置其特定的逻辑控制关系。
(3) 因声光报警器在报警状态下工作电流增大, 原监控分站电源不足以长时间对其提供支持, 故系统对后备电源进行重新设计。支持预警系统专用的矿用本安隔爆电源提供4路18 V本安电源输出, 安装时可根据声光报警器与本安电源的距离, 确定每路输出支持的声光报警器数量。每路电缆末端的压降大小与连接的声光报警器数量及传输距离有关。当通信线路上的压降过大时, 将会造成声光报警器的响度过低, 达不到使用要求。经实验模拟和井下现场测试:电缆传输距离>1 km时, 最多连接2台声光报警器;<1 km时最多可连接4台声光报警器。
(4) 系统设计时考虑了在特定条件下, 能够对系统预警功能进行屏蔽的情况。通过在掘进工作面风门外或采面回风巷车场安设预警控制开关装置, 可实现对单个预警单元的开关控制。例如:在使用高浓度标准气样 (20%CH4) 对甲烷传感器热导元件进行校正前, 可关闭该预警控制开关, 避免因正常作业引起系统报警。
(5) 为提高预警系统的兼容性, 也可采用甲烷传感器的断电值作为联动预警指标。按照上述方式设置系统预警值时, 则毋须修改监控系统软件主程序, 缺点是该预警指标相对偏低 (郑州矿区矿井甲烷传感器断电点一般设置为≥0.5%CH4) , 且不能随意更改;在高突采掘工作面可能会引起预警系统的频繁报警。
3 结语
煤矿井下照明预警系统设计 篇10
为确保煤矿井下作业安全, 越来越多的煤矿企业利用信息化手段来对基础设施进行维护和监控[1,2]。为确保矿工日常工作安全, 煤矿井下照明系统的故障定位和排除尤为重要。当井下出现透水、塌方等危险时, 井上救援人员需要及时了解井下人员的物理位置, 以便展开及时救援。在煤矿井下除了工人自带的矿灯外, 还布设了固定的照明系统。固定照明系统故障的及时排除将为矿工的人身安全提供一定的保障。鉴此, 本文提出了一种集照明故障识别和井下危险预警为一体的煤矿井下照明预警系统。
1 系统总体设计
煤矿井下照明预警系统主要由硬件系统、物理网络传输平台和软件系统组成, 如图1所示。硬件系统由照明灯故障识别模块、危险预警开关模块、FPGA数据处理模块[3]、高速缓存和自定义网络传输协议组成。软件系统由数据处理模块、实时监控模块、数据管理模块、实时数据查看和数据库组成。照明故障识别模块和危险预警开关模块可根据实际需要进行均匀布设, 每个硬件电路在出厂时都配备一个唯一的物理MAC地址。FPGA数据处理模块根据自定义网络通信协议将硬件电路信号按固定帧结构进行封装处理, 通过物理网络传输平台与地面监控室中的软件系统通信。
2 硬件系统设计
2.1 照明灯故障识别和危险预警开关电路
照明灯故障识别和危险预警开关电路主要用于在照明灯发生故障和井下人员按下危险预警开关后, 确保电路能够将自定义的信号传递给FPGA数据处理模块, 电路如图2所示。
照明灯故障识别和危险预警开关电路由亮度传感器和物理位置记录芯片2个核心部件来产生软件系统可以识别的信号。照明灯故障识别电路原理:通过降压电路将220V转为5V, 然后给亮度传感器供电, 亮度传感器 (敏感度可调) 根据灯的光线强弱来判断照明灯是否发生故障, 并产生高电平信号传递给FPGA数据处理模块。危险预警开关电路原理:井下人员遇到危险按下危险预警开关后, 危险预警开关会触发物理位置记录芯片产生预警信号和物理位置信号, 并将该信号传递到FPGA数据处理模块。
2.2 FPGA数据处理模块
FPGA数据处理模块组成如图3所示。其中信号接收模块完成照明灯故障信号和危险预警信号的接收;信号处理模块主要对接收的电路信号和软件配置数据进行分析处理, 并转换成计算机监控软件和电路芯片可识别的标志;数据封装模块主要对处理后的数据按网络协议进行封装传输;电路芯片配置模块主要将监控软件下发的物理位置编号对照标志写入物理位置记录芯片中, 通过整体规划得到计算机监控软件视图中各危险预警开关所处的实际物理位置。
2.3 自定义网络传输协议
在煤矿井下照明预警系统中, 由于硬件系统和软件系统之间的交互是单向的, 为了确保系统的实时性和稳定性, 系统采用了基于逻辑链路控制 (LLC) 子层和物理层之间的媒体访问控制 (MAC) 子层作为网络传输协议[4], 在整个系统运行过程中包含3种信号:照明灯故障信号及物理位置信号、危险预警信号及物理位置信号、物理位置记录芯片配置信号。针对这3种信号分别定义了3种类型的帧, 以满足整个系统网络通信要求, 帧结构见表1。
(1) 目的MAC地址和源MAC地址均占6B, 由硬件系统物理位置记录芯片中的ROM记录2类MAC地址。
(2) 长度占2B, 记录帧的长度。
(3) 帧类型占1B, 取值为0, 1, 2, 其中0表示物理位置记录芯片配置信号帧, 1表示照明灯故障信号帧, 2表示危险预警信号帧。
(4) 帧状态占1B, 取值为0或1, 帧状态的取值意义必须结合帧类型来说明。若帧类型为0, 则帧状态只能取0, 表示该帧为配置帧, 只需对物理位置信息进行设置即可;若帧类型为1, 则帧状态取0或1, 取0表示照明灯无故障, 取1表示照明灯发生故障;若帧类型为2, 则帧状态取0或1, 取0表示无危险信号产生, 取1表示有危险信号产生。
(5) 物理位置信息占4B, 用4B的整数来对应软件配置中的物理位置, 例如0表示未启用, 1对应配置文件中矿井下的某个具体物理位置, 其他值依次类推。
(6) 扩展使用占余下的字节, 供系统升级使用, 目前直接赋初值0。
(7) CRC校验占4B。
自定义网络传输协议的实施主要依靠硬件系统中的FPGA数据处理模块和软件系统中的数据处理模块完成。对于数据帧来说, FPGA数据处理模块按自定义的帧格式对传输数据进行封装传输, 经过物理网络传输平台接入到地面软件系统布设工作站。软件系统采用WinPcap技术[5]接收数据, 并对接收的数据按自定义的帧格式进行解析, 得到所需的信息。对于配置帧来说, 软件系统提供配置界面, 由软件系统数据处理模块对配置信息进行配置和帧结构封装, 并通过WinPcap提供的传输接口将封装后的配置信息由物理网络传输平台传输到硬件系统的FPGA数据处理模块, 进行解析处理和硬件电路芯片配置, 完成整个配置过程。
3 软件系统设计
软件系统原理如图4所示。数据处理模块捕获合法帧结构的数据包, 并对数据包进行分析处理;实时监控模块对分析处理后的数据进行图形化界面显示和预警提示;数据管理模块对分析处理后的数据进行数据库存储。通过软件系统不仅可以在软件拓扑视图中编辑各个布设点的物理位置信息、井下各类参数信息、井下人员辅助信息和人员下井时间计划等, 还提供图形和声音2种故障预警和危险预警方式。上级机关和管理部门可以通过软件系统提供的数据库查看该矿井在监控期间发生的故障信息和危险信息。
4 结语
煤矿井下照明预警系统为煤矿井下照明灯系统故障的定位、事故发生物理定位和井下救援提供了强有力的支持, 并能通过系统数据库查看监控期间的故障信息和危险预警信息。应用结果表明, 该系统布设方便, 具有较高的可靠性和实时性。
摘要：为了及时排除煤矿井下固定照明系统故障, 设计了煤矿井下照明预警系统, 重点阐述了硬件电路设计、自定义网络层协议设计和软件系统设计。实际应用结果表明, 该系统布设方便, 具有较高的可靠性和实时性。
关键词：井下固定照明,照明预警,照明故障识别,危险预警
参考文献
[1]仲丽云.煤矿安全监控系统存在的问题及其改进探讨[J].工矿自动化, 2010, 36 (6) :92-94.
[2]李继林.煤矿安全监控系统的现状与发展趋势[J].煤炭技术, 2008, 27 (11) :3-5.
[3]崔炜, 陈磊.基于FPGA的高速数据采集系统的设计[J].制造业自动化, 2011, 33 (21) :93-95.
[4]谢希仁.计算机网络[M].4版.北京:电子工业出版社, 2003.
