CN110080824A - 一种煤矿风险数据分析预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿风险数据分析预警系统，属于风险预警技术领域，包括风险查找模块、生产系统复杂性分析模块、理论预警模块和实际预警模块。通过将复杂性思想引入到煤矿风险预警研究中，系统的研究了煤矿安全生产系统的复杂性特征，针对煤矿事故的复杂性演化机制，提出了煤矿风险状态预警的新思路，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析使得预警更加全面和准确，通过主观权重和客观权重的方法，从人、机、环与管理四个方面建立煤矿隐性风险预警的指标体系，并通过指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势。

Description

一种煤矿风险数据分析预警系统

技术领域

本发明涉及风险预警技术领域，特别涉及一种煤矿风险数据分析预警系统。

背景技术

安全是人类最基本的需求之一，安全生产是和谐社会发展的基础条件和基本保障。尽管随着科学技术的进步，相应行业的安全管理水平和安全技术水平在不断提高，但中国煤炭行业仍然是一个高危行业，煤矿事故频发，给国家和人民带来了极大的损失。煤炭是中国的主要能源之一。目前，中国国民经济持续高速增长，需要大量的能源，近30年来，煤炭一直占中国一次性能源的70％以上，是社会经济发展的大动脉，在国民经济中具有重要的地位和作用。

事故的发生大多是由多方面因素引起的，其原因错综复杂，各因素相互关联，在某些条件下，一件小的事件就有可能引起很大的灾难，具有“蝴蝶效应”的效果。因此，单纯的将一些煤矿事故归为管理原因、设备原因等某一方面的因素，就可能会导致事后诸葛亮的现象，即具有事故的后见之明。对煤矿事故调查后发现这样一些规律:明明可以避免的一些事故会不断发生，即使采取了整改措施，相同原因的事故还会在各个地方不断的发生；同样的原因可能导致不同的事故后果；相同的事故后果也可能由不同的原因引发。这些现象导致了煤矿安全管理人员的困惑，对中国复杂地形条件下的煤矿安全生产能否有效预防事故的发生产生了消极的想法，认为安全预防是碰大运。究其原因，存在两个方面的主要因素:一是矿山灾害的发生是非线性的，属于复杂性范畴，传统的还原论方法对此具有很大的局限性，这导致人们只能凭经验来解决煤矿安全问题。二是煤矿事故的发生是人、机、环深度交叉作用的产物，单纯的自然科学和单纯的社会科学都无法提供充分的理论解释，因此煤矿风险预警无法做到及时、全面。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述过煤矿故障原因复杂传统的预警无法做到及时全面的问题而提供一种煤矿风险数据分析预警系统，具有故障分析更加全面、预测风险走向，风险预警更合理的优点。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种煤矿风险数据分析预警系统，包括风险查找模块、生产系统复杂性分析模块、理论预警模块和实际预警模块；

所述风险查找模块采用查找文献及相关资料方式对现有风险进行统计分析，通过现有煤矿风险的规律寻找待分析的煤矿生产风险；

所述生产系统复杂性分析模块将复杂性思想引入到煤矿风险分析预警系统中，对煤矿安全生产系统的复杂性特征进行分析，针对煤矿事故的复杂性演化机制，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析；

所述理论预警模块通过预警原则、预警程序和预警方法计算出煤矿的理论风险，对理论风险进行预警；

所述实际预警模块包括煤矿风险预警指标体系、煤矿风险预警知识库和建立煤矿风险预警模型，煤矿风险预警指标体系通过建立风险指标和分析权重，根据指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势，从而对实际的煤矿生产过程进行预警。

优选的，所述生产系统复杂性分析模块包括煤矿生产系统的复杂性分析，且复杂性分析由煤矿系统复杂性研究和煤矿事故的幕律特征组成，研究煤矿生产系统中的采煤系统、掘进系统、机电系统、运输系统和通风系统的风险状态。

优选的，所述煤矿事故的幕律特征用于验证煤矿事故的临界性性特征，根据分形理论，如果某特征的标度R与标度R之上的频度N之间满足如下关系式：

N(R)∝R^-D

式中，D为分形维数，则可以说该特征具有分形结构或满足幂律关系，即具有自组织临界性特征，将上式进行双对数变换可得：

式中，C为待定常数，根据式中的结果分析煤矿死亡事故的幂律特征，以判断中国煤矿事故的自组织临界性特征。

优选的，所述理论预警模块包括复杂性事故演化机理和煤矿理论风险预警，煤矿理论风险预警包括预警原则、预警方法和预警程序。

优选的，所述复杂性事故演化机理是通过分别从自组织临界性理论的自组织性、临界性、幂律关系、链锁反应机制对煤矿灾害的演化机理进行了分析。

优选的，所述预警原则为即使没有经过科学证明人的不安全行为或物的不安全状态与事故之间具有一定的因果关系，只要怀疑其可能导致煤矿事故的发生就应采取预警行动；预警程序分为三个方面：预警的逻辑维、预警的时间维和预警的知识维；预警方法是利用专家经验、感受和相关间接知识，结合计算机技术把相应知识和各种信息、统计资料结合起来，使局部定性的知识达到整体定量的知识，然后充分利用知识工程、专家系统和计算机的优点，取长补短，将宏观和微观相结合，定性与定量相结合，实现对煤矿系统风险的有效预警。

优选的，所述煤矿风险预警知识库包括建立决策树模型和建立案例推理模型，利用决策树模型可以从具有代表性的样本中提取合理的规则，能有效的避免专家的知识局限性和预警规则制定的主观性，具有很强的实际应用价值，利用案例推理理论建立的知识案例库常用于风险预知预警分析，通过案例的检索与匹配，将获得的相似案例知识应用到未知情况中，以便对事件的态势做出合理的判断。

优选的，所述建立煤矿风险预警模型包括建立集对分析模型，利用集对分析理论建立了煤矿集对风险预警模型，集对分析模型既可以对显性危险源进行预警分析，也适合隐性危险源预警分析，是一种从定性到定量的综合集成方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过将复杂性思想引入到煤矿风险预警研究中，系统的研究了煤矿安全生产系统的复杂性特征，针对煤矿事故的复杂性演化机制，提出了煤矿风险状态预警的新思路，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析使得预警更加全面。

2、通过主观权重和客观权重的方法，从人、机、环与管理四个方面，建立了煤矿隐性风险预警的指标体系，通过指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势，从而对实际的煤矿生产过程进行预警。

3、建立了煤矿风险预警知识库，研究了基于决策树分析和案例推理分析预警知识库的建立与应用，针对风险的不确定性特征，对显性风险和隐性风险源建立集对分析模型，并用实例进行了详细分析，确保风险预警的合理性。

附图说明

图1为本发明的整体系统结构示意图。

图2为本发明的预警程序结构示意图。

图3为本发明的预警方法结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种煤矿风险数据分析预警系统，包括风险查找模块、生产系统复杂性分析模块、理论预警模块和实际预警模块；所述风险查找模块采用查找文献及相关资料方式对现有风险进行统计分析，通过现有煤矿风险的规律寻找待分析的煤矿生产风险；所述生产系统复杂性分析模块将复杂性思想引入到煤矿风险分析预警系统中，对煤矿安全生产系统的复杂性特征进行分析，针对煤矿事故的复杂性演化机制，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析；所述理论预警模块通过预警原则、预警程序和预警方法计算出煤矿的理论风险，对理论风险进行预警；所述实际预警模块包括煤矿风险预警指标体系、煤矿风险预警知识库和建立煤矿风险预警模型，煤矿风险预警指标体系通过建立风险指标和分析权重，根据指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势，从而对实际的煤矿生产过程进行预警，所述生产系统复杂性分析模块包括煤矿生产系统的复杂性分析，且复杂性分析由煤矿系统复杂性研究和煤矿事故的幕律特征组成，研究煤矿生产系统中的采煤系统、掘进系统、机电系统、运输系统和通风系统的风险状态，所述煤矿事故的幕律特征用于验证煤矿事故的临界性性特征，根据分形理论，如果某特征的标度R与标度R之上的频度N之间满足如下关系式：

N(R)∝R^-D

式中，D为分形维数，则可以说该特征具有分形结构或满足幂律关系，即具有自组织临界性特征，将上式进行双对数变换可得：

式中，C为待定常数，根据式中的结果分析煤矿死亡事故的幂律特征，以判断中国煤矿事故的自组织临界性特征，所述理论预警模块包括复杂性事故演化机理和煤矿理论风险预警，煤矿理论风险预警包括预警原则、预警方法和预警程序，所述复杂性事故演化机理是通过分别从自组织临界性理论的自组织性、临界性、幂律关系、链锁反应机制对煤矿灾害的演化机理进行了分析，所述预警原则为即使没有经过科学证明人的不安全行为或物的不安全状态与事故之间具有一定的因果关系，只要怀疑其可能导致煤矿事故的发生就应采取预警行动；预警程序分为三个方面：预警的逻辑维、预警的时间维和预警的知识维；预警方法是利用专家经验、感受和相关间接知识，结合计算机技术把相应知识和各种信息、统计资料结合起来，使局部定性的知识达到整体定量的知识，然后充分利用知识工程、专家系统和计算机的优点，取长补短，将宏观和微观相结合，定性与定量相结合，实现对煤矿系统风险的有效预警，所述煤矿风险预警知识库包括建立决策树模型和建立案例推理模型，利用决策树模型可以从具有代表性的样本中提取合理的规则，能有效的避免专家的知识局限性和预警规则制定的主观性，具有很强的实际应用价值，利用案例推理理论建立的知识案例库常用于风险预知预警分析，通过案例的检索与匹配，将获得的相似案例知识应用到未知情况中，以便对事件的态势做出合理的判断，所述建立煤矿风险预警模型包括建立集对分析模型，利用集对分析理论建立了煤矿集对风险预警模型，集对分析模型既可以对显性危险源进行预警分析，也适合隐性危险源预警分析，是一种从定性到定量的综合集成方法。

如图2所示，预警程序分为三个方向，是由知识维、时间维和逻辑维组成的三维架构，通过该三维架构建立起该预警程序。

如图3所示，预警方法利用专家经验、感受和相关间接知识，结合计算机技术把相应知识和各种信息、统计资料结合起来，使局部定性的知识达到整体定量的知识，然后充分利用知识工程、专家系统和计算机的优点，取长补短，将宏观和微观相结合，定性与定量相结合，实现对煤矿系统风险的有效预警。

本发明的工作原理：通过将复杂性思想引入到煤矿风险预警研究中，系统的研究了煤矿安全生产系统的复杂性特征，针对煤矿事故的复杂性演化机制，提出了煤矿风险状态预警的新思路，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析使得预警更加全面，通过主观权重和客观权重的方法，从人、机、环与管理四个方面，建立了煤矿隐性风险预警的指标体系，通过指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势，从而对实际的煤矿生产过程进行预警，建立了煤矿风险预警知识库，研究了基于决策树分析和案例推理分析预警知识库的建立与应用，针对风险的不确定性特征，对显性风险和隐性风险源建立集对分析模型，并用实例进行了详细分析，确保风险预警的合理性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：包括风险查找模块、生产系统复杂性分析模块、理论预警模块和实际预警模块；

所述风险查找模块采用查找文献及相关资料方式对现有风险进行统计分析，通过现有煤矿风险的规律寻找待分析的煤矿生产风险；

所述生产系统复杂性分析模块将复杂性思想引入到煤矿风险分析预警系统中，对煤矿安全生产系统的复杂性特征进行分析，针对煤矿事故的复杂性演化机制，将煤矿系统的风险状态分为远离临界态、临界态和超临界态三种状态，并分别对这三种风险状态的预警机制进行了分析；

所述理论预警模块通过预警原则、预警程序和预警方法计算出煤矿的理论风险，对理论风险进行预警；

所述实际预警模块包括煤矿风险预警指标体系、煤矿风险预警知识库和建立煤矿风险预警模型，煤矿风险预警指标体系通过建立风险指标和分析权重，根据指标的变化特征分析系统的风险状态，进而确定系统的运行趋势，从而对实际的煤矿生产过程进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述生产系统复杂性分析模块包括煤矿生产系统的复杂性分析，且复杂性分析由煤矿系统复杂性研究和煤矿事故的幕律特征组成，研究煤矿生产系统中的采煤系统、掘进系统、机电系统、运输系统和通风系统的风险状态。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述煤矿事故的幕律特征用于验证煤矿事故的临界性性特征，根据分形理论，如果某特征的标度R与标度R之上的频度N之间满足如下关系式：

N(R)∝R^-D

式中，D为分形维数，则可以说该特征具有分形结构或满足幂律关系，即具有自组织临界性特征，将上式进行双对数变换可得：

式中，C为待定常数，根据式中的结果分析煤矿死亡事故的幂律特征，以判断中国煤矿事故的自组织临界性特征。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述理论预警模块包括复杂性事故演化机理和煤矿理论风险预警，煤矿理论风险预警包括预警原则、预警方法和预警程序。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述复杂性事故演化机理是通过分别从自组织临界性理论的自组织性、临界性、幂律关系、链锁反应机制对煤矿灾害的演化机理进行了分析。

6.根据权利要求4所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述预警原则为即使没有经过科学证明人的不安全行为或物的不安全状态与事故之间具有一定的因果关系，只要怀疑其可能导致煤矿事故的发生就应采取预警行动；预警程序分为三个方面：预警的逻辑维、预警的时间维和预警的知识维；预警方法是利用专家经验、感受和相关间接知识，结合计算机技术把相应知识和各种信息、统计资料结合起来，使局部定性的知识达到整体定量的知识，然后充分利用知识工程、专家系统和计算机的优点，取长补短，将宏观和微观相结合，定性与定量相结合，实现对煤矿系统风险的有效预警。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述煤矿风险预警知识库包括建立决策树模型和建立案例推理模型，利用决策树模型可以从具有代表性的样本中提取合理的规则，能有效的避免专家的知识局限性和预警规则制定的主观性，具有很强的实际应用价值，利用案例推理理论建立的知识案例库常用于风险预知预警分析，通过案例的检索与匹配，将获得的相似案例知识应用到未知情况中，以便对事件的态势做出合理的判断。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿风险数据分析预警系统，其特征在于：所述建立煤矿风险预警模型包括建立集对分析模型，利用集对分析理论建立了煤矿集对风险预警模型，集对分析模型既可以对显性危险源进行预警分析，也适合隐性危险源预警分析，是一种从定性到定量的综合集成方法。