基于信息融合的煤礦開采安全管理研究探討

安琴方

（畢節職業技術學院，貴州 畢節 551700）

煤炭作為一種重要的能源，在我國經濟發展中起著至關重要的作用，與石油、天然氣并列為“能量石”。嚴格管控煤礦建設、提高煤礦開采過程的安全管理要求一直是該領域的重中之重和長期需要解決的難題之一。以往發生的煤礦開采事故仍然歷歷在目，使社會關注度不斷提高，讓“安全”兩個字警鐘長鳴[1]。

煤礦開采涉及到人力、物力以及自然環境等多種因素，其安全性不可小視，需要從多方面綜合嚴控。國家安全監管總局曾在2016年提出推廣使用智能化安全監管設備，實現在線監測、預警防控等資源互通、信息共享。為了實現這個目的，本文將就信息融合技術在煤礦開采安全管理方面的應用進行探討，利用新的信息化技術手段，切實落實好國家監管機構要求，提高整個開采過程的安全性。

1 煤礦開采安全威脅

煤礦開采屬于一項綜合工程，涉及多方面要素，通過對以往事故經驗教訓的分析，目前安全管理的威脅和隱患主要來自于兩個方面：設備因素、人為因素。

（1）設備因素

煤礦開采需要借助許多大型的設備，其占據企業固定資產總額的半數以上，但是出于成本考慮，許多設備都是處于臨界或是超出壽命的狀態，甚至有些損壞或故障頻發的設備沒有經過更換或是返廠維修就再次投入使用，再加之平時缺少對設備的維護保養，造成設備可靠性降低，這種行為不僅不利于生產，反而會大大增加安全隱患[2]。另一方面，開采企業安全維護部門發揮作用不大，僅僅是例行性的將設備視為固定資產進行登記造冊，而并沒有真正實現對設備各種可靠性要求的監測和監管。

（2）人為因素

煤礦開采主要依靠的是人，無論是前期設計、實際開采還是過程監管，都不離開人的干預。然而，以往的事故有很大一部分都是出自于職工自身的安全意識不到位，這主要有兩方面原因：一方面是部分煤礦企業為了節約成本，招收職工并沒有按照一崗一員的要求落實，無視國家的法律條文，沒有對工作人員進行專業性的培訓，造成職工缺少專業技能，工作過程多數憑借自己經驗，在遇到突發或是應急事件時不會處理或是不科學處理，給實際施工過程埋下隱患；另一方面是工作人員自身缺少安全意識，總是抱有平時無事便永遠無事的心態，違規操作，或是長時間超負荷運轉，大大提升了安全事故發生的幾率[3-4]。

2 煤礦開采安全管理信息融合來源

從之前煤礦開采過程的安全威脅可以發現，憑借經驗或是純人工的監管手段已經無法滿足現代化條件下煤礦開采的安全管理需求，這就需要借助信息融合手段。信息融合是一種對多源不確定性信息進行綜合利用的信息處理技術，已經在多個領域得到廣泛應用。通過分析可知，煤礦開采實際過程中會出現各類各式的信息，其中包含有用信息，也包含一些無用信息，這些信息都是對各種要素的直觀體現，只有充分分析利用這些信息，才能挖掘出其中隱含的安全要素狀況，從而實現有效監控。目前，煤礦開采安全管理的主要信息源包括：

（1）設備監測信息

煤礦開采設備直接關系到開采過程的安全與否以及工作人員的切身安全，因此，其產生的各類信息是不容忽視的。通過分析可知，其主要信息包括兩大類：一類是靜態信息，即設備的型號、屬性、工作參數、累計工作時間、當前工作狀態、既往故障史、保養維修史等，這類靜態信息主要是對設備當前工作條件以及可靠性的預估；另一類是動態信息，即設備實時運轉的監測信息，主要有工作參數的監測、振動信號的監測等。以振動信號監測信息為例，設備在開采過程中，其內部機械和液壓組件都會由摩擦后的相互作用而形成振動信號，正常狀態下的信號是有一定時頻域參數范圍的，當設備臨界故障或是開采遇到其他問題時，一些信號參數會實時的出現變化，有時會形成警告信息。可見，動態信息是對設備實際工作狀態的直接反饋。

（2）人員監測信息

人員監測信息主要包含兩大類：一個是人員基本信息，即人員的身高、體重、受教育程度、家庭情況、培訓情況，這類信息是對人員素質以及身體情況的一個大致評估基礎；另一個就是人員動態信息，主要包括每日人員上崗前的身體參數（體溫、血壓、心率）、不定時的問卷調查或心理測試結果、人員累計工作時長等，這些信息是對工作人員實際工作過程的實時反饋，涉及生理和心理情況。以不定時問卷調查為例，內容可能包括對當前企業安全管理存在的問題意見、近期伙食情況以及員工家庭情況或是心情等，旨在通過小問卷或是簡單幾個選項對員工心理進行評測，保證每日工作人員能夠健康、按規操作。

（3）企業監控信息

企業監控信息，顧名思義，是對一些現代化信息采集手段的統稱。這里面不僅包含傳統意義上的視頻監控，還包括各類信號監測或是環境監測設備實時采集傳送的信息。這些信息是屬于系統級的高層信息，同時也是反映內容比較多的信息。但是由于其中部分信息數據量過大，比如監控設備信息，往往會被循環覆蓋，如果沒有及時進行信息處理，很有可能會將一些隱患信息丟失，造成一些管理問題的出現。

3 安全管理信息融合流程

依據需要融合的信息來源，結合信息融合的基本思路，煤礦開采安全管理信息融合的流程大致分為三個層級，即數據層、特征層和決策層，具體內容如下：

（1）數據層融合

數據層是信息融合的最底層來源，同時也是最關鍵的部分，因為本層級的信息都是各類監測信息，是最原始最直觀的信息。在本層級融合過程中，可以借助的手段是數據層融合算法，目前比較流行的是智能知識庫，根據煤礦開采安全管理要求，設定合適的庫規則，以設備監測信息為例，在此處所進入的庫是設備監測信息庫，其中包含若干字庫，比如工作參數庫、累計工作時間庫、當前工作狀態、既往故障史庫、保養維修史庫以及運轉參數庫和信號采集庫等，這里面包含了前面所分析的設備靜態信息和動態信息，這些信息在進入字庫后，要經過智能知識庫的篩選才能完成數據層的融合。舉例來講，以累計工作時間庫為例，其知識庫規則可設定理論壽命為閾值，若設備累計工作時間達到理論壽命的85%，篩選后該字庫信息會對安全威脅形成一定比例的貢獻值，以信號采集庫為例，其知識庫規則可設定頻域能量值為篩選依據，若超過正常工作的頻域能量值，則認為該設備故障，經融合后形成對安全管理的威脅報警。

（2）特征層融合

特征層融合屬于整個信息融合的中間層次，主要任務是依據特征參數對數據層融合后的信息進行再次融合。由于數據層融合僅是對原始信息的初步處理和轉化，其中包含著許多無用或冗余的信息，需要在特征層進行過濾。特征層級融合依靠的智能算法為降維算法，主要目的就是縮減可用信息量，防止決策層出現維數爆炸，減少決策層計算量，提高決策的實時性和快速性。以數據層融合后的設備信息為例，各類子庫信息依然是以子庫形式進入特征層級，但是通過分析可以發現，如累計工作時間庫、既往故障史庫、保養維修史這些字庫信息在數據層的融合結果均是對設備歷史狀態的一個評估值，因此在本層級就會對這三類字庫進行融合，形成設備歷史信息子庫，表示設備歷史工作條件對當前設備工作安全管理存在的威脅。各類信息在經過特征層級融合后，基本只存在典型類別的字庫信息，便于更高層級的融合處理。

（3）決策層融合

決策層融合位于整個安全管理信息融合的最高層級，其主要作用就是根據特征層融合結果，計算分析出安全管理存在的威脅指數，找出威脅信息源，根據各威脅源貢獻要素給出有針對性的安全管理措施。本層級所采用的智能算法為決策樹，具體來講，來自于設備字庫、人為字庫、企業字庫的信息在進入決策層后，會形成決策樹，各信源分支都有對最終結果的貢獻數值，經過累加計算最終得到當前開采條件下的安全威脅指數，通常可設定為幾個等級，0.25以下為輕度，0.25～0.5為中度，0.5以上為重度。在輕度威脅下，決策措施一般為加強對老舊設備的監控，保證人員修整輪換，加強安全警示教育，監控重點工作人員的監控等；在中度威脅下，決策樹根據各個節點的威脅貢獻值，按照由頂至根的順序，形成一條威脅最高的路徑，顯示給工作人員，并根據各個節點給出具體的管理措施手段，如建議某名工作人員強制輪換、要求某臺設備返廠維修或是更換某個組件等等；在重度威脅下，決策樹會將各個節點的威脅貢獻值一一列出，并根據國家安全監管委員會的要求報批整改，這樣才能有效防止安全事故的發生。

4 結束語

信息化時代已經來臨，為了切實提高煤礦開采的安全性，本文引入信息融合技術，探討其在煤礦開采安全管理方面的應用，旨在綜合利用多方位信息，提高生產安全性，降低事故發生率，使企業管理更上一個臺階。