煤礦用機電設備安全管理系統(tǒng)探析

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摘要：針對現(xiàn)有煤礦用機電設備安全管理存在的管理落后，風險評估精確度以及可信度低的問題，提出多元統(tǒng)計、多元敏感數(shù)學模型分析方案。將機電設備管理分為邏輯層、數(shù)據(jù)層和用戶層3層結構以及三級安全風險評估指標?；诙嘣y(tǒng)計、多元敏感建立數(shù)學模型，并將50個礦區(qū)的200個礦井機電安全管理數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。結果表明，影響因素“機電設備維修/維護頻率”權重最高，影響因素“井下作業(yè)環(huán)境”權重最低；基于該模型的機電設備安全事故發(fā)生率可決系數(shù)達0.93，精確度和可信度高，有較強的實踐指導意義。

關鍵詞：機電設備；安全管理；多元建模；敏感性；影響因素

0引言

隨著煤礦智能化技術的不斷推進，煤礦機電設備已經(jīng)成為煤礦井下綜采、綜掘等工作面生產(chǎn)、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)不可或缺的組成部分，并發(fā)揮著重要的作用。煤礦機電設備安全管理直接影響煤礦安全生產(chǎn)，在為井下工人創(chuàng)造良好工作環(huán)境的同時，減少煤礦用機電設備事故發(fā)生率是煤礦安全生產(chǎn)的必然要求。據(jù)2001—2019年煤礦安全事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計，瓦斯安全事故尤為突出，但是造成瓦斯爆炸和火災的近43.7%的誘因為煤礦機電安全事故[1-2]。因此，分析煤礦用機電設備安全管理方案具有重要的意義。李磊[3]針對煤礦機電設備安全管理存在的安全管理體系不完整、缺乏機電安全管理監(jiān)督機制以及機電設備保養(yǎng)管理不科學的問題，提出煤礦機電設備管理信息化、數(shù)據(jù)庫化方案，并建立機電設備安全評估模型，優(yōu)化巡檢維護流程，降低安全使用風險。覃日強[4]針對煤礦機電技術管理中存在的機電設備老化、過負荷、測試手段落后、配置不合理等問題，提出針對性的煤礦機電設備安全管理解決方案，如加大安全科技投入、構建合理的機電設備安全管理體系和制度建設、實現(xiàn)機電設備安全運行監(jiān)控等，促進煤礦機電設備安全、合理、經(jīng)濟地運行。張有雙[5]針對煤礦機電設備故障發(fā)生率較高甚至導致較多煤礦安全事故的問題，詳細討論了煤礦機電管理技術在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用，分別從煤礦機電設備的規(guī)范使用、安全運行、技術水平提高3方面展開論述，并提出完善機電設備安全管理體系，促進煤礦安全生產(chǎn)。孫艷杰[6]針對煤礦機電管理中存在的職工隊伍不穩(wěn)定且業(yè)務素質低、管理理念滯后且不到位、安全投入不足且隱患多的問題，提出重視煤礦機電管理并提高管理水平、建立機電管理制度并實行規(guī)范化管理、加強特殊工種制度管理、加強職工業(yè)務技術培訓、加強職工思想教育等解決方案，實現(xiàn)煤礦機電設備安全運行、杜絕煤礦事故發(fā)生的目的。本文在對下游煤礦機電設備安全管理方案分析的基礎上，重點對50個礦區(qū)的200個礦井機電設備安全事故發(fā)生統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，建立多元統(tǒng)計數(shù)學模型和多元敏感性數(shù)學模型，分析影響礦井機電設備安全事故發(fā)生的各因素權重，指導煤礦機電設備安全管理。

1安全管理分析

1.1層次劃分

根據(jù)煤礦機電設備動態(tài)多變性、隨機變化和不確定性、各環(huán)節(jié)的相關性、對生產(chǎn)環(huán)境的依賴性以及局部偶然性的特點，煤礦用機電設備安全管理方案的層次結構劃分如圖1所示，從下到上依次為邏輯層、數(shù)據(jù)層以及用戶層[7-9]。邏輯層用于建立煤礦用機電設備的模型庫和知識庫，如建立評價指標模型、指標處理模型、安全評價模型以及安全評價基礎知識庫和決策理論知識庫等，直接參與并指導機電設備的安全評價。數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2個部分：數(shù)據(jù)庫由機電設備的關鍵參數(shù)組成，如機電設備投入使用時間、維修/維護時間、維修/維護頻率等，并可以實現(xiàn)聯(lián)機分析和查詢；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供功能主要有模型庫管理、知識庫管理、安全評價指標信息、普通用戶/管理員信息等，可查詢每一個機電設備的每一項信息。用戶層由人機交互子系統(tǒng)和問題處理子系統(tǒng)兩部分組成，方便用戶對機電設備的現(xiàn)狀和問題設備處理過程做全面掌握和了解。

1.2等級劃分

煤礦用機電設備安全管理方案的等級劃分如圖2所示，設計的基本參數(shù)、運行參數(shù)等數(shù)據(jù)形成該機電設備的歷史數(shù)據(jù)庫，并于已經(jīng)建立的模型庫和知識庫進行關聯(lián)，形成安全評價模型[10-11]。根據(jù)該機電設備的安全評價模型實時繪制其參數(shù)曲線并作定量分析和安全評估，評估結果為一級、二級、三級：一級是指該機電設備存在過載、短路、漏電等安全故障隱患，且有較大的不確定性，需機電設備管理人員對該設備給予高度重視并及時安排維修/維護，安全風險等級最高；二級是指該機電設備存在磨損、斷電等故障，易導致生產(chǎn)停滯或延緩，安全風險等級略低于一級；三級是指該機電設備有潛在的故障，需采取安全措施來降低風險。對機電設備進行安全評估時常采用定量評估和經(jīng)驗評估兩種方法，在完成安全性判斷后進行檢修維護，同時更新設備運行歷史數(shù)據(jù)庫。

2安全管理模型分析

2.1多元統(tǒng)計分析數(shù)學建模

根據(jù)煤礦用機電設備安全管理層次劃分、等級劃分方案，提取影響機電設備安全的關鍵因素完成模型分析，其關鍵因素主要有操作該機電設備的工人知識水平x1，機電設備維修/維護頻率x2，井下作業(yè)環(huán)境x3，整體機電管理水平x4，機電設備質量因素x5。定義煤礦井下機電設備事故發(fā)生率為S，則針對統(tǒng)計得到的n數(shù)據(jù)滿足如下多元線性回歸數(shù)學模型[12]：ìíîïïS1=ε1+β11x11+β12x12+…+β15x15S2=ε2+β21x21+β22x22+…+β25x25……Sn=εn+βn1xn1+βn2xn2+…+βn5xn5（1）式（1）可進一步的表示為式（2）：S=ε+βX（2）式中：S=(S1,S2,…,Sn)T；ε為常數(shù)向量ε=(ε1,ε2,…,εn)T；β為機電設備參數(shù)矩陣；X為機電設備統(tǒng)計數(shù)據(jù)矩陣，且要求n>5式（2）才有解。

2.2多元敏感分析數(shù)學建模

根據(jù)(x1,…,x5)5個影響機電設備發(fā)生安全故障的因素的權重，進行排序，權重越大表明導致機電設備發(fā)生安全故障的敏感性越高，權重越小表明導致機電設備發(fā)生故障的敏感性越低。煤礦機電設備敏感性數(shù)學模擬式如下：η=max{(SM(c)max-S*)/S*,(S*-SM(c)min)}（3）式中：η為煤礦機電設備發(fā)生安全故障的敏感性[13-15]；S*為煤礦安全事故因素組(x1,…,x5)對應的機電事故發(fā)生率；SM(c)max為因素c內發(fā)生煤礦機電安全事故率的最大值；SM(c)min為因素c內發(fā)生煤礦機電安全事故率的最小值。建立的煤礦機電設備發(fā)生安全事故率敏感性模型為：ΔS(c)/S*=ηΔ(c)/c*（4）式中：ΔS(c)為煤礦機電設備發(fā)生安全事故率的變化值；Δ(c)為5個因素(x1,…,x5)的變化值，c*為5個因素(x1,…,x5)的基準值。由式（1）～（4）整理可得式（5）：S(c)=∑i=1nS*ηi(ci-c*i)/c*i+S*（5）式中：S(c)為煤礦機電設備安全事故發(fā)生率；ηi為各影響因素敏感性系數(shù)；ci為各影響因素值；c*i為ci對應的基準值；i為影響因數(shù)序號，取值為1～5；n為影響因素個數(shù)，取值為5。

3應用分析

為驗證建立的多元統(tǒng)計數(shù)學模型和多元敏感性數(shù)學模型的正確性和有效性，對50個礦區(qū)的200個礦井機電設備安全事故發(fā)生頻率進行統(tǒng)計，對(x1,…,x5)5個影響因素和安全事故發(fā)生頻率統(tǒng)計學分析，如表1所示，為前5個礦區(qū)的工人知識水平、機電設備維修/維護頻率、井下作業(yè)環(huán)境、整體機電管理水平、機電設備質量因素以及安全事故發(fā)生頻率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表2所示為工人知識水平、機電設備維修/維護頻率、井下作業(yè)環(huán)境、整體機電管理水平以及機電設備質量因影響煤礦機電設備事故發(fā)生率的因素敏感性權重分布。將50個礦區(qū)200個礦井機電設備統(tǒng)計數(shù)據(jù)代入式（1）并求解可得：S=0.4199x1-1.5891x2-1.2132x3-0.5518x4-0.32120x5+24.766（6）其中，可決系數(shù)為0.93，即檢測出機電設備安全事故發(fā)生率達93%，精確度高、誤差小、可信度較高。

4結束語

以煤礦用機電設備為研究對象，分析安全管理方案結構層次、安全等級的基礎上，采用多元統(tǒng)計和多元敏感分析方法對煤礦用機電設備事故發(fā)生率統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了詳細分析，得出以下結論。（1）對煤礦用機電設備安全事故發(fā)生率影響最大的因素為機電設備維修/維護頻率，敏感性權重達0.381，最小的因素為井下作業(yè)環(huán)境，敏感性權重為0.116。（2）采用多元統(tǒng)計、多元敏感建立的煤礦用機電設備安全管理數(shù)學模型其可決系數(shù)達0.93，精確度、可信度高，可用于指導機電設備的安全風險評估，對機電設備事故預測、評估、改進有較大的指導意義。

作者:許劍波 單位:山西晉能控股煤業(yè)集團成莊煤礦