煤礦采掘作業規程編制智能系統研究與應用

劉汝江,劉 森,吳新慶

(1.淄博礦業集團有限責任公司技術處,山東淄博255100;2.淄博礦業集團有限責任公司許廠煤礦,山東濟寧272073)

煤礦采掘作業規程是生產管理的重要環節,是煤礦安全生產的保障,對礦井安全高效有非常直接的影響,是用來指導工作面現場安全、高效生產施工的重要依據。據統計,大約有20%～40%的事故技術安全措施編制遺漏或不合理有關[1]。目前,煤礦的作業規程仍采用專人手工編制,費時費力,并且手工繪制的圖形大多數精度不高,文字部分編制與抄寫都很繁瑣[2]。作業規程的編制,有許多不規范、不全面之處。存在著安全規程編寫內容不全、針對性不強、規范性差等特點,不能有效指導現場施工,給煤礦安全、高效的組織生產帶來了困難。計算機開發技術的快速發展和應用,圖形技術、數據庫技術、集成化技術等技術日趨成熟,用計算機管理工作面作業規程,成為現代化煤礦技術管理工作的必然趨勢。隨著計算機的普及和相應的一系列數據庫管理與AutoCAD技術的發展,煤礦采掘工作面作業規程的編制可由計算機來完成[3]。

1 作業規程智能編制系統結構設計

1.1 系統的技術特點

1)采用Sqlite數據庫進行數據存儲,能夠容納海量數據,為作業規程的集中管理提供了技術保障和數據信息安全保障。

2)完善的權限管理,制作、生成、審批都在系統的有效控制之下。

3)知識學習系統,實現規程安全知識、技術指標的再學習,對數據庫和知識庫進行完善、更新和修改,同時對以前的作業規程的內容可以借鑒或直接使用。

4)符合煤礦采掘作業規程編制的關技術和規范要求,也符合煤礦具體特點的采掘作業規程標準格式與內容標準,為正確和規范地編制煤礦作業規程提供技術保障。

5)集成M icrosoft Office2007以及參數化繪圖功能,為煤礦作業規程的編制提供更好的技術支持。

6)參數化輸入。友好的界面設計及原始參數輸入,符合現場技術人員使用習慣,便于應用和掌握。

1.2 系統結構設計和模塊功能

1.2.1 系統結構設計

系統完全采用面向對象的開發方法,使用visual studio 2005作為主要開發環境。為了獲得較高的兼容性和較好的用戶體驗,系統集成了 M icrosoft Wo rd 2007的二次開發接口;為了便于擴展,使用xm l格式的數據存儲表示方法。

系統的結構如圖1所示,主要包括新建作業規程、參考規程設置、參考資料、使用幫助、作業規程編制、規程框架生成、章節結構管理、插圖處理、表格處理、文檔輸出等模塊。其中,參考規程設置、參考資料、使用幫助是輔助模塊,其余模塊是參與生成作業規程的主要模塊。由新建作業規程、作業規程編制、文檔輸出三個主要模塊,形成生成作業規程的主流程。

圖1 系統結構

1.2.2 系統功能模塊

1)新建作業規程模塊。新建作業規程有兩種選擇,可以選擇回采作業規程或掘進作業規程。在確定編制的作業規程后,將系統的應用場景切換到編制相應作業規程的狀態環境。準備接受用戶參數輸入,開始作業規程的編制工作。

2)參考規程設置。在編制作業規程的過程中,系統可自動檢索系統中已存在類似作業規程相應章節的內容。這些被檢索的作業規程稱作參考規程。用戶可通過該模塊設置參考規程的各種選項,如最大參考規程數量、最近編制的規程優先考慮、編寫完成的規程自動收入規程知識和數據庫等。

3)參考資料。該模塊管理編寫作業規程相關的各種電子版的圖書及資料,供編寫作業規程的技術員參考。如國家行業規范、相關礦業集團公司各種安全技術措施、規章制度、法律法規等。

4)使用幫助。提供系統的幫助文檔、常見問題及解答、Bug報告及建議回饋等。

5)作業規程編制。該模塊調用規程框架生成模塊,生成作業規程文檔的大綱結構,等待用戶的輸入,并調用其它相關的模塊完成用戶所要求的工作。被調用的模塊有插圖處理、表格處理等。

6)規程框架生成。該模塊調入規程大綱結構的定義文件,生成作業規程的文檔結構圖。一方面,將文檔結構圖以樹的形式展示在用戶界面上,方便用戶在作業規程文檔比較長時,在各章節之間跳轉;另一方面,可將生成的文檔結構輸出到該模塊的調用者,以供生成文檔或其它用途。

7)章節結構管理。作業規程文檔的大綱結構,并不是一成不變的,隨著工作面情況的不同,規程的大綱結構隨之也可能作相應的調整。用戶可以通過該模塊,完成對作業規程大綱的增加、修改、刪除等調整工作。

8)插圖處理。插圖的來源主要有兩種,一種是由爆破及支護系統生成,一種是由技術人員通過CAD繪制。對于每一幅插圖,都有一個全文唯一的名字與其對應。系統會通過插圖的名字,將其插入到作業規程文檔相應的位置,并調整到最合適的比例和大小。

9)表格處理。與插圖一樣,每張表格也有一個全文唯一的名字。系統根據此名字進行定位并自動填寫表格的內容。

10)文檔輸出。將系統編制完成的作業規程以Word文件的形式輸出或打印,完成作業規程的編制工作。

2 作業規程智能編制系統的實現技術

2.1 系統開發平臺

系統采用Visual Studio 2005開發環境,M i-crosoft Office 2007二次開發平臺,Sqlite和 XML數據庫存儲技術,以及基于 AutoCAD的繪圖平臺。

2.2 文檔及圖表處理技術

2.2.1 文檔結構處理

作業規程主要由文字、公式和圖表組成,文字占主要部分。動態地處理大量文字,避免重復,是該系統的難點之一。由于作業規程文檔結構相對固定,又經過多方面分析與反復比較,以主要章節內容建立索引。為便于擴充和修改,采用xm l作為其數據表示型式。當用戶需要對作業規程章節的添加、修改時,只需修改此xm l文件即可。

對于主要章節內又分出的子標題,則按子標題拆分成較小文件塊。如果子標題又包含下級標題,則以此子級標題建立目錄,在此目錄下存放下級標題的內容。以此型式進行遞歸處理,直至到達最小一級標題。對于沒有下級標題的標題,則以rtf文件的格式描述其內容。

2.2.2 文字處理

對于同一個礦山來講,不同作業規程之間,相同子級標題的內容相對固定,可以歸為一個小的描述文件,稱作文件塊。文件塊的內容并不是一成不變的,不同工作面的地質情況不同,可能部分文件塊的內容會隨之變化,所以文件塊的內容應是可配置的。文件塊的內容可能包含有圖形和表格,以及相應的顯示格式,采用普通的文本文件不能滿足要求。考慮到以上內容,采用RTF(Rich Text Format)文件格式,作為文件塊的存儲格式。集成了RTF文件格式編輯的文件塊處理界面。一般情況下,用戶不需修改文件塊中的內容,直接選擇更新,即可把新的所有文件塊插入到作業規程相應的位置。如果文件塊的內容已經不再適用,可直接在右側窗口中修改其內容,修改完成后點擊保存,之后再建立新的作業規程時,將會以新的內容顯示。

2.2.3 圖表處理

作業規程中的圖表來源有兩個,一是由系統自動生成,二是由外部引入。無論圖表來自何處,系統都為其在作業規程中的位置專門建立索引。同樣,為便于擴充和修改,采用xm l作為其數據表示型式。

當需要插入圖表時,用戶只需在文檔結構上點擊相應的圖表名稱,系統彈出文件瀏覽窗口,用戶選擇相應的圖表文件后,圖表會自動插入到作業規程的相應位置上,并自動以合適大小的顯示比例顯示。實現了CAD格式的工程圖以及工程示意圖的插入,并可進行比例調整。

3 應用研究

為了檢驗系統的實用性,以某礦《某工作面作業規程》的編制為工程實踐,與手工編制的作業規程進行對比分析。

雙巷基本情況:地面標高890～1050m,工作面標高508～558m。23032、23034巷為2303工作面回采時回風之用,服務年限約為2年。巷道經過背、向斜軸等異常部位,瓦斯和頂板異常,而且該工作面有軟煤帶穿過。

按照該巷道技術和生產特點,結合規程編制具體要求,利用智能系統進行作業規程編制。對比作業規程編制系統生成的作業規程和手工編寫的作業規程可以得出,系統生成的作業規程結構整齊、內容齊全、格式規范,插圖、附表大小標準,尺寸適當,而且花費的生成時間與手工編寫時間相比,有了相當大的減少。實踐證明,系統的應用將提高作業規程的編制效率和質量,節省成本。同時,安全作業規程知識庫的應用,提高了生產的安全性,為煤礦采掘工作面安全、高效生產提供生產管理技術保障。

4 結論

系統基于計算機技術、網絡技術、軟件技術、數據庫技術、圖形技術而開發,提供了智能編制煤礦采掘工作面作業規程模板的方法。能高質、高效地編制作業規程。友好的界面設計、方便的參數化輸入、可控的圖表比例控制和插入、高效的數據存儲和讀取、科學的知識庫管理等技術的實現,為煤礦采掘作業規程編制系統提供了有效的技術支持,實現了煤礦高效、安全生產管理。系統的開發和應用推廣,將為煤炭信息化建設起到一定的推動作用,為煤礦企業帶來一定的直接的經濟效益和社會效益。

[1] 王向前.基于Web的煤礦作業規程編制及管理系統 [D].安徽理工大學碩士論文,2006.

[2] 王偉.巖巷定向斷裂爆破設計及掘進規程輔助設計系統研究[D].中國礦業大學 (北京校區)碩士學位論文,2002.

[3] 孫惠民,劉玉彬.采掘工作面作業規程編制的計算機管理系統 [J].太原理工大學學報,1999,30(1).