高参天 刘玉 姚远
陕煤集团神木红柳林矿业有限公司 陕西 榆林 719000
摘要：本文通过对双重预防在煤矿领域应用进行分析，综合运用物联网、大数据、云计算、移动互联、机器学习、图形建模等技术手段，融合矿井传感设备监测监控数据，基于灾害成因机理和大数据分析技术，实现煤矿灾害信息的预警报警、风险动态评估和灾害模拟仿真，提升矿井灾害防治水平，提升矿井灾害智能化防控。
关键词：双控预防；智能化；展望
基于“双控”机制的多级安全防控体系，充分利用信息化技术手段，使煤矿安全生产从治标为主向标本兼治、重在治本转变，从事后治理向事前预防、源头控制转变，从单一性向综合治理转变，从传统人为主观安全隐患排查方式向运用信息化、数字化、智能化等现代化方式转变，从而提升煤矿整体安全管理水平。
1“双控预防”概念
“双控预防”原理是以危险源辨识、风险评估为基础，以风险预控为核心，不安全行为管控为重点，对安全生产全生命周期中存在的危险源采取有效的识别、隔离、减少、预控等措施，从而实现安全生产的数据化、科学化、标准化、程序化的管理体系和方法。
2灾害监测数据元标准管理
形成煤矿安全管理、监测、分析、预警利用的数据管理模式，建立煤矿基础数据、瓦斯、水、火、顶板、粉尘等数据元标准；构建元数据模型、数据字典、代码管理等技术元数据和指标、业务规则等业务元数据。具备元数据导入、导出、版本管理等功能；具备数据引用关系分析功能。
3灾害一体化融合监控
制定统一的数据交换协议，具备对环境监测类数据、井下人员数据、标准工控类设备数据、非标准机电设备监测控制类等数据统一采集与数据治理；依据基础数据元标准，将各灾害实时监测数据，统一汇聚到矿端灾害大数据平台；灾害监测数据应存储每次通信采样数据、异常数据、设备故障数据、报警数据；可根据监测需要自行加入重点关注监测位置、监测设备、监测类型，对特定位置值进行重点关注；支持单点曲线、多点曲线、柱图、散点图、折线图、面积图、南丁格尔图、泳道图等多种表现模式，根据灾害监测数据类型选择最优展现形式；分级报警统计、预警统计报表等功能。
4灾害精益管理
对煤矿防灾治灾等核心业务工作进行系统梳理，固化工作流程，基于工作流与移动互联技术，实现灾害防治任务工单化、管控流程标准化、执行过程可视化、数据指标化。具备各级安全组织体系管理功能。具备灾害治理相关法律法规、规章制度、规程措施管理功能，基于工作流技术实现相关规定审、宣、贯；具备安全图纸管理功能。具备防灾治灾任务管理功能，对防灾治灾管理任务进行任务分解、工作排程、任务推送、监督执行与考核改进管理。
5实现煤矿灾害风险分析预警与管控
5.1矿井瓦斯灾害
基于瓦斯灾害成因机理与大数据分析技术，挖掘监测数据突变、缓变、波动、恒定、周期性变化等数理统计特征，实现瓦斯等灾害气体浓度变化监测点异常自动筛选、锁定、回溯分析及趋势预测预警；根据数据变化趋势与级别推送电子任务工单，自动形成分析报告，实现安全监控值班自动化与便捷化。构建三维可视化模型，实现瓦斯气体浓度场、通风风流变化趋势、瓦斯灾害等三维模拟仿真。
5.2火灾灾害
根据现场工艺考察结果，结合煤层发火特性，通过选择不同的数据统计算法与机器学习模型，对采空区不同气体、温度等参数数据，挖掘发火特征气体分布规律以及与煤温耦合变化关系，建立采空区发火监测数据特征；结合胶带运输相关监测参数，建立温升变化模型和特征图谱；实现火灾参数的趋势分析及预测预警。
5.3矿井水害
基于水文监测数据，结合相关灾害机理与大数据分析技术，建立监测数据变化统计特征图谱，具备水害监测各类参数、预警值的同比、环比、趋势分析及预测预警功能；具备监测值突变分析、趋势分析、波动分析、涌水量预测等功能。
5.4顶板灾害
实现采掘工作面顶板与巷道顶板灾害分析预警。包括工作面顶板压力分布分析，工作面周期来压步距、强度分析，工作面来压强度、来压时间预警，顶板运动规律分析，工作面支架循环工作阻力分析，实时在线为煤矿输出矿压分析预警报告。巷道顶板灾害分析预警包括巷道变形及围岩运动分析，巷道支护应力变化分析，监测段顶板冒落综合预警。
5.5矿井粉尘
基于井下粉尘浓度、割煤机速度、风速、风向、温度、湿度、人员位置等数据，利用流式数据处理框架，通过选择不同的数据统计算法与机器学习模型，根据监测位置、各类监测参数、不同时间窗，建立监测数据突变、缓变、波动、恒定、周期性变化等数理统计特征图谱，实现粉尘浓度的趋势分析及预测预警。
5.6矿井灾害风险评价指标及模型
具有对灾害监测数据的综合实时分析及综合安全状态实时评估功能，建立煤矿灾害风险评估指标体系和评估模型。基于煤矿基础信息、监测监控数据、预测预警数据，实现矿井灾害风险的实时动态、定期评价功能。
5.7灾害风险可视化展现
以GIS地图为支撑，融合矿井风险点、隐患点、预警点、报警点、故障点可视化展现；融合展现瓦斯、火、水、顶板、粉尘等模拟仿真结果；集成各灾害预警指标，实现采掘工作面迎头-面—盘（采）区—全矿，风险多维度可视化展现，建立煤矿风险分级管控与隐患排查治理双控体系，并利用信息平台将双控体系应用到整个煤矿生产系统中，实现了全员参与，同时利用信息系统来储存分析相关的资料文件，除了方便保存外，也实现了风险和隐患的动态闭环管理，极大地提高了工作效率和煤矿的安全管理效率，煤矿双控预防实施流程图见图1-1所示。
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6总结
通过基于“双控预防”机制的煤矿多级安全防控系统的构建与实施，为煤矿安全管理一体化管控提供有效载体，能够透视各级单位安全生产情况，形成信息化抓手，通过提高风险辨识准确性、优化工作协同，依托大数据、互联网技术，实现数据资源的集成融合、深度挖掘及数据可视化展现，为及时、精准调度与安全管理监测和施策提供决策支持。全面、动态、及时地逐级透视企业各板块的生产状况，有效监控风险．对生产变化进行预测、预报，为及时控制、纠正安全生产中出现的问题和偏差，为企业安全防控提供了有效支撑。
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作者简介：高参天（1988-），男，汉族，山西忻州人，助理工程师，硕士。