面向矿山采掘作业全流程的安全风险动态评级方法及系统与流程

本发明涉及流程管理，具体涉及面向矿山采掘作业全流程的安全风险动态评级方法及系统。

背景技术：

1、矿山采掘作业的安全风险评级，是指对作业过程中可能引发事故的各种危险因素进行系统识别、分析和评价，运用定性或定量的方法，将安全风险划分为不同等级的一套工作体系；该评级为制定相应管控措施的基础，是矿山安全管理的核心。

2、现有的矿山采掘作业安全风险评级成熟方案，主要采用年度或季度的静态风险辨识模式，风险清单一旦制定，在很长一段时间内都不会更新；但是井下采掘工作面每天都在推进，随之而来的岩层应力、顶板完整性、水文地质和瓦斯涌出量等关键安全参数都在同步改变，静态的风险评级难以反映实时的真实风险状况；若将定期更新方案改为每日复盘或在生产工艺、设备、环境等发生重大变化以及高危作业前进行专项评估，但是每日复盘属于事后总结，面对部分突发性的安全事故（例如顶板大面积垮落、采矿区积水瞬间溃出、煤与瓦斯突出等）难以做到事前响应，同时专项评估针对日常型的风险评估并无显著效果。

技术实现思路

1、本发明提供面向矿山采掘作业全流程的安全风险动态评级方法及系统，以解决现有的矿山采掘作业全流程风险评估未考虑实时变化导致评估效果不显著的问题，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了面向矿山采掘作业全流程的安全风险动态评级方法，该方法包括以下步骤：

3、采集矿山采掘作业过程的三维巷道地图，并记录巷道中人员及设备的实时位置、设备的实时功率，以及巷道各测点的锚杆索应力；

4、基于三维巷道地图及各人员与设备的实时位置，以及设备的实时功率，构建矿山实时状态地图；分析各人员短时间内移动总路程及位移，获取各人员实时的活动强度指标，结合巷道分布，构建沿巷道连续分布的人员活动强度，得到各位置实时的人员活动强度；依据设备的实时功率及巷道分布，构建沿巷道连续分布的设备风险强度，得到各位置实时的设备风险强度；

5、基于巷道各位置实时的人员活动强度及设备风险强度，获取各位置实时的活动风险强度；分析相同位置一段时间内的活动风险强度及锚杆索应力的变化趋势，以及变化趋势存在延迟下的相关关系，得到各位置实时的风险应力相关系数，进而修正得到各位置实时的综合风险强度；结合各位置短时间内人员的驻留与移动状态，得到各位置实时的修正风险强度；

6、分析各人员或设备去留前后各位置的修正风险强度变化表现，得到各人员及各设备实时的风险表现因子，结合矿山实时状态地图进行调度。

7、可选的，所述构建矿山实时状态地图，包括的具体方法为：

8、依据巷道的设计中心线将三维巷道地图中各条巷道抽象为线形；

9、以任一时刻作为当前时刻，对各人员或设备获取距离其在当前时刻的实时位置最近的巷道中心线，作为各人员或设备在当前时刻的参考巷道中心线，将各人员或设备在当前时刻的实时位置垂直投影到其参考巷道中心线上；

10、将各设备当前时刻的实时功率与其在对应参考巷道中心线上的投影位置绑定，完成当前时刻的矿山实时状态地图构建。

11、可选的，所述各人员实时的活动强度指标，具体的获取方法为：

12、预设第一时段，将任一人员作为目标人员，获取目标人员在当前时刻之前第一时段内各时刻的实时位置，按照时序排列构成目标人员在当前时刻的短时移动序列；

13、基于所述短时移动序列，获取目标人员在当前时刻之前第一时段内的位移及移动总路程，分别作为目标人员在当前时刻的短时位移及短时移动总路程；

14、将目标人员在当前时刻的短时移动总路程与短时位移的比值，作为目标人员在当前时刻的活动强度指标。

15、可选的，所述得到各位置实时的人员活动强度，包括的具体方法为：

16、基于各人员在当前时刻的活动强度指标以及其在参考巷道中心线的投影位置，得到巷道各存在人员的位置的人员活动强度；

17、依据各存在人员的位置的人员活动强度，对矿山实时状态地图中所有位置采用一维加权核密度估计，输出矿山实时状态地图中各位置在当前时刻的人员活动强度。

18、可选的，所述得到各位置实时的设备风险强度，包括的具体方法为：

19、基于各设备在当前时刻的实时功率以及其在参考巷道中心线的投影位置，得到巷道各存在设备的位置的设备风险强度；

20、依据各存在设备的位置的设备风险强度，对矿山实时状态地图中所有位置采用一维加权核密度估计，输出矿山实时状态地图中各位置在当前时刻的设备风险强度。

21、可选的，所述各位置实时的活动风险强度，具体的获取方法为：

22、分别对所有时刻沿巷道连续分布的人员活动强度及设备风险强度进行标准化处理，得到各位置在各时刻的人员强度因子及设备强度因子；

23、对所述人员强度因子依据其中的最小值进行非负化处理，得到各位置在当前时刻的人员活动因子；

24、对所述设备强度因子依据其中的最小值进行非负化处理，得到各位置在当前时刻的设备风险因子；

25、将任一位置在当前时刻的人员活动因子与设备风险因子的乘积，作为该位置在当前时刻的活动风险强度。

26、可选的，所述得到各位置实时的风险应力相关系数，进而修正得到各位置实时的综合风险强度，包括的具体方法为：

27、将任一位置所在的横向若干测点在当前时刻的锚杆索应力均值，作为该位置在当前时刻的锚杆索应力，通过线性插值及归一化处理，对矿山实时状态地图中各位置获取在当前时刻的锚杆索应力；

28、对于任一位置，获取该位置在当前时刻之前第一时段内各时刻的活动风险强度及锚杆索应力，构成该位置在当前时刻的近期活动风险序列及近期锚杆应力序列，分别通过一阶差分获取该位置在当前时刻的近期风险变化序列与近期应力变化序列；

29、对所述近期风险变化序列与所述近期应力变化序列计算互相关系数，预设初始滞后时间、滞后时间步长及最大滞后时间，对所述近期风险变化序列与所述近期应力变化序列基于不同的滞后时间计算互相关系数，得到互相关系数随滞后时间的变化曲线；

30、获取所述变化曲线中互相关系数的最大值与0的最大值，并作为该位置在当前时刻的风险应力相关系数；

31、将1加上该位置在当前时刻的风险应力相关系数得到的和值，作为该位置在当前时刻的风险放大系数，将所述风险放大系数与该位置在当前时刻的活动风险强度的乘积，作为该位置在当前时刻的综合风险强度。

32、可选的，所述得到各位置实时的修正风险强度，包括的具体方法为：

33、预设局部范围的半径，以任一位置为圆心，得到该位置的局部范围；

34、获取该位置在当前时刻之前第一时段中各时刻下局部范围内的人员数量的累加和，作为该位置在当前时刻的短时人员总数；

35、基于各人员的定位卡及其实时位置，获取该位置在当前时刻之前第一时段中局部范围内的人员通过数量，作为该位置在当前时刻的短时通过人数；

36、将该位置在当前时刻的短时人员总数与短时通过人数的比值，作为该位置在当前时刻的人员驻留因子；定位卡用于识别人员是否为同一人；

37、对所有位置在当前时刻的人员驻留因子进行线性归一化，得到的结果作为各位置在当前时刻的人员驻留指数；

38、将任一位置在当前时刻的人员驻留指数与综合风险强度的乘积，作为该位置在当前时刻的修正风险强度。

39、可选的，所述得到各人员及各设备实时的风险表现因子，包括的具体方法为：

40、对于任一人员或设备，在矿山实时状态地图中去除该人员或设备的相关数据，重新计算沿巷道连续分布的各位置实时的人员活动强度或设备风险强度，进而得到重新计算的各位置实时的活动风险强度，并最终得到重新计算的各位置实时的修正风险强度；

41、对去除目标人员相关数据前后，当前时刻的修正风险强度发生变化的位置进行提取，作为目标人员在当前时刻的影响位置；

42、获取各影响位置在当前时刻去除前的修正风险强度减去去除后的修正风险强度得到的差值，将其中所有为正数的差值对应的影响位置，作为目标人员在当前时刻的风险影响位置；

43、将所有风险影响位置对应的差值的累加和，比上所有风险影响位置在当前时刻的修正风险强度的累加和得到的比值，作为目标人员在当前时刻的风险表现因子。

44、本发明还提出了面向矿山采掘作业全流程的安全风险动态评级系统，该系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

45、本发明的有益效果是：本发明通过构建实时更新的矿山实时状态地图，分析地图中的人员与设备的分布，结合人员的移动表现及设备的实时功率，获取巷道中各位置实时的人员活动强度及设备风险强度，进而得到各位置实时的活动风险强度；结合人员及设备工作状态对围岩状态的影响程度，为各个位置进行风险评估并基于时间趋势进行修正，获取各位置实时的修正风险强度，在此基础上分析各人员与设备提供的风险表现因子，以此进行矿山安全风险动态评估；相较现有方法，对设备与人员分布状态进行实时监控，以此构建的实时风险在矿山地图中的分布状态，可以实时进行风险管控，并针对安全风险进行实时响应，同时为针对降低安全风险的人员设备调度策略提供了调度依据。