双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统研究

李 伟，刘化广

（黑龙江科技大学矿业工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022）

0 引言

煤炭是我国主要的化石能源[1-3]。采煤工作面作业规程是组织采区生产的重要依据，也是提高采煤工作面管理效率的有效工具[4]，工作面采煤作业规程的质量高低直接影响着煤矿企业的经济效益，是指导煤矿生产的重要文件[5]。通常，每个煤矿都会自行制定具有统一格式的采煤作业规程[6]，规程应当填写工作面开采设计数据，既是为了适应具体矿井的工程情况，也是为了统一审批，提高备案和管理的效率。然而，采煤工作面作业规程经常需要根据采区的生产接替任务分配情况，以及采煤装备的变化进行修正，即使拥有了统一的格式标准，技术人员也经常被修正采煤作业规程困扰。技术人员不仅需要协调、绘制、计算各部门的数据，还需要在修正后联系各部门负责人和分管领导审批采煤作业规程，既充当编制人，又充当联络员，工作任务繁重。

为了提高采煤工作面作业规程编制的效率，从20 世纪90 年代起，就有技术人员和专家学者依据矿区采煤作业规程内容和格式尝试编写程序，提高采煤作业规程的编制效率，如原徐州矿务局与三尖煤矿合作开发了高档普采工作面作业规程编制系统[7]；贾蓓等[8]利用Turbo C 等编程语言处理表格、图形等对象；王向前[9]基于J2EE 平台开发了作业规程编制和管理系统，实现了采煤作业规程编制与管理；冯秀杰等[10]以html 技术和Auto CAD 软件开发了处理作业规程文字和图形对象的程序；郭玲玲[11]基于PowerBuilder9.0 开发工具实现了采煤作业规程中安全技术措施的编制与审阅。然而，大多数采煤作业规程编制和管理系统或是基于本地计算机离线处理，或是处理采煤作业规程中的一部分内容，个别能实现互联网在线处理的系统，也随着编程技术和开发环境的更新而落伍，在互联网日益发达的今天难有发展空间。为完成信息化建设，使得采煤作业规程编制与管理系统符合煤矿智能化体系的标准[12]，提高采煤作业规程管理效率，对接煤矿信息智能综合管控平台，双阳煤矿亟需基于互联网技术实现矿区采煤工作面作业规程的自动编制、审阅、修改、发布和学习等功能。因此，基于Django3[13]、Vue3[14]和Elementplus[15]等开发框架和编程工具搭建了双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统。

1 系统内容

通过分析双阳煤矿现行采煤作业规程和其他煤矿采煤作业规程可知，采煤作业规程的内容一般较为固定，通常涉及采煤工作面概况、采煤工艺、顶板控制、生产活动、劳动组织和安全技术措施等部分，如果在编制采煤作业规程的前期收集相应的数据，便可通过计算机技术、网络技术、云存储技术和办公自动化技术实现采煤作业规程的快速编制和管理。基于上述技术，开发了双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统，系统内容主要分为三部分：第一，确定采煤作业规程编写的基本内容，基于双阳煤矿采煤作业规程的格式设计采煤作业规程模板；第二，根据双阳煤矿实际情况分析采煤作业规程编制、审阅、修正、学习等功能的具体需求，设计系统功能框架和业务流程；第三，基于设计的采煤作业规程模板和系统功能需求确定采煤作业规程的数据存储介质和存储方法。

1.1 采煤作业规程模板

双阳煤矿采煤作业规程模板依据双阳煤矿现行作业规程标准制作，包括工作面概况、采煤方法、顶板控制、生产系统、劳动组织和主要经济指标、煤质管理、安全技术措施、灾害应急措施及避灾路线、职业病防治措施和附录，共10 个章节，各章节又分为若干个小节，具体组织架构见表1。

表1 双阳煤矿采煤作业规程模板架构Table 1 Structure of coal mining operation regulations template of Shuangyang Coal Mine

根据双阳煤矿现场实际情况和企业现行要求，双阳煤矿采煤作业规程模板共设计包括工作面名称、走向长度等参数在内的数据变量242 项，其中，图片数据自动存储在附录一章中，包括最大控顶距图和最小控顶距图、皮带道剖面图、下料道剖面图、皮带道隔爆断面图、下料道隔爆断面图、保险门子示意图、绞车压柱示意图、工作面平面布置示意图、尾壁龛炮眼布置图、采煤机进刀方式图、供电系统图、监测断电系统图、劳动组织图、循环作业图、炮眼布置图和过断层示意图，共16 项附录图。

1.2 系统功能需求

依据实际需求，双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统将功能区划分为4 个模块：采煤作业规程编制、采煤作业规程会审、采煤作业规程学习和个人中心，如图1 所示。每个模块负责若干项业务功能需求，规程编制模块由规程编制和规程修改两部分组成，负责数据上传、规程自动生成、规程在线预览、规程下载、规程查询和规程审阅意见查询；规程会审模块负责规程查询、规程在线预览、规程下载以及提交审阅意见；规程学习模块负责规程查询、规程在线预览、规程下载和制作规程学习笔记；个人中心模块负责修改密码、注销用户和变更身份。

图1 系统功能需求Fig.1 Requirements of system functions

1.3 系统存储介质

矿区数据保密要求高，各部门之间数据独立性强。传统采煤作业规程需要综合摸底掘进部门、采煤部门、机电部门和通风部门等多部门数据联合编制，耗时费力，而双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统的目的是联合各部门相关数据，自动生成采煤作业规程并对其进行高效管理，因此需要一个既能快速存储采煤作业规程编制所需数据，又能保证数据保密性的数据库。鉴于“腾讯云”搭建数据库方便快捷、数据兼容性强、数据云端存储和网络防御能力强等优点，系统通过Django3 的Model 组件和“微信云托管”平台建立了系统云端数据库，见表2。

表2 系统数据汇总Table 2 Summary of system data

其中，数据表1 至数据表7 由Django3 自动生成，主要用于用户管理、数据迁移和会话管理等服务；数据表8 至数据表10 是依据双阳煤矿需求对Django3自动生成的用户管理组件的重构表；数据表11 至数据表19 主要负责采煤作业规程编制和进度查询；数据表20 主要负责采煤作业规程修改；数据表21 主要负责采煤作业规程会审；数据表22 主要负责采煤作业规程学习。

2 系统实现与应用

双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统是一个集计算机编程技术、网络技术、云存储技术为一体的，包含采煤作业规程编制、规程审阅、规程修改、规程发布、规程学习和用户管理于一体的信息系统，其物理结构如图2 所示，系统的重点业务需求为采煤作业规程编制（修改）、规程审阅和规程学习。

图2 系统物理结构Fig.2 Physical structure of the system

2.1 采煤作业规程编制

采煤作业规程编制时需在线填写空白表单，表单内容依据设计的双阳煤矿采煤作业规程的模板内容进行开发，其中，职业病防治措施和煤质管理内容较为固定，无需填写职业病防治措施表单和煤质管理表单。因此，采煤作业规程的编制表单实际上共分为9 个部分：封面制作、概况、采煤方法、顶板控制、生产系统、劳动组织、安全技术措施、应急避灾路线和附录，如图3 所示。

图3 采煤作业规程编制Fig.3 Preparation of coal mining operation procedures

值得注意的是，采煤作业规程模板所需数据复杂多样，包含文字、数字、符号和图片，任何一个参数的失误都将无法自动生成采煤作业规程。为了保证采煤作业规程顺利自动生成，用户需按照系统设定的采煤作业规程编制步骤输入数据，见表3。

表3 采煤作业规程编制步骤Table 3 Steps for preparation of coal mining operation procedures

步骤2 中，工作面名称、工作面采高之类的简单参数可直接填写，地质断层数量因其不确定性需要依据实际情况增加或减少表单。此外，为快速填写工作面装备，提高编制效率，浏览器会自动从云端数据库获取双阳煤矿现有工作面主要装备型号，并经过前端渲染形成列表供用户选择（端头支架除外），如图4（a）所示。用户选择装备后，无需填写该装备任何其他参数，系统可在云端数据库中直接获取。同时，考虑到企业可能引进云端数据库中不存在的装备情况，系统允许用户手动添加新装备。新装备首次应用于编制作业规程时，需要填写该装备表单中的所有参数，系统后端程序会将其参数信息更新至云端数据库，并在下次编制作业规程时由浏览器自动获取并渲染成图4（a）中的列表供用户选取，采煤机部分参数手动添加如图4（b）所示。

图4 采煤设备配置Fig.4 Configuration of coal mining equipment

步骤4 中，系统服务器会将采煤作业规程的工作面名称、编制人信息以电子邮件的形式发送给所有规程审阅人员，通知审阅人员登录系统审阅该作业规程，如图5 所示。无需采煤作业规程编制人员联络组织会审，各负责人和分管领导可登录系统查看采煤作业规程，并给出各自的审阅意见，提高了采煤作业规程的会审效率。

图5 通知审阅邮件Fig.5 E-mail notification for review

2.2 采煤作业规程审阅

采煤作业规程审阅分为4 个模块：规程查询、规程在线预览、规程下载和提交审阅意见。审阅人员收到通知邮件后，首先进入采煤作业规程查询界面，浏览器自动查询后台数据，获取并展示已有采煤作业规程列表和编制人员名单，如图6（a）所示。然后，审阅人员根据图5 邮件中待审采煤作业规程的信息查询需审阅的采煤作业规程，选择在线预览审阅或下载后审阅，并填写审阅意见表单，提交审阅意见，如图6（b）所示。系统后端服务器接收到审阅意见后将其更新至云端数据库，并向该采煤作业规程编制人发送电子邮件，告知审阅人信息和审阅人对该采煤作业规程的审阅意见，通知编制人修改该采煤作业规程，如图7 所示。

图6 采煤作业规程审阅Fig.6 Review of coal mining operation procedures

图7 审阅意见通知邮件Fig.7 Notification email for review comments

2.3 采煤作业规程修改

采煤作业规程修改分为4 个步骤：规程查询、规程在线预览、查看审阅意见和规程修改。规程编制人员接收审阅意见通知邮件后，登录到系统规程编制页面。在规程编制封面表单中的“作业地点”和“编制人”分别输入审阅意见通知邮件中的采煤作业规程名称和编制人名称，即可在作业规程修订模块中一边在线预览采煤作业规程，一边查看所有已提交的审阅意见，两者相互对比，减少不必要的时间花费，提高编制人的修改效率，如图8 所示。用户对照审阅意见对采煤作业规程修改，单击修改按钮后，除附录图片和地质断层信息外，系统自动从云端数据库获取该采煤作业规程编制时的所有表单数据。用户可在网页上直接修改相关参数，但工作面名称和编制人不可修改，如图8（c）所示。重新填入该工作面的断层信息，重新上传附录中关于该工作面的所有图片，提交后将再次生成采煤作业规程，并更新云端数据库中原有采煤作业规程。系统后端服务器仍以电子邮件的形式通知所有采煤作业规程审阅人员重新对该作业规程进行二次审阅，如图8（d）所示。

图8 采煤作业规程修订Fig.8 Revision of coal mining operation procedures

2.4 采煤作业规程学习

采煤作业规程经审阅人员会审认定其符合企业要求后，由矿长向煤矿所有工人发布学习任务，如图9（a）所示。系统后端服务器将该采煤作业规程的工作面名称、规程编制人等信息以电子邮件形式告知所有工人，如图9（b）所示。

图9 采煤作业规程发布与通知Fig.9 Publication and notification of coal mining operation procedures

采煤作业规程学习分为4 个模块：规程查询、规程在线预览、规程下载和学习笔记制作。普通工人收到邮件后，根据邮件中提供的工作面名称和规程编制人名称进入规程查询模块，选择对应采煤作业规程进行学习，如图10（a）所示。系统有两种学习模式供用户选择：在线学习或将作业规程下载后学习，并提供在线记录学习笔记服务，如图10（b）所示。

图10 采煤作业规程学习Fig.10 Learning of coal mining operation procedures

3 结论

1）基于双阳煤矿提高采煤作业规程编制和管理效率的需求，依据双阳煤矿采煤作业规程的要求、双阳煤矿已有薄煤层工作面主要装备和《煤矿安全规程》，设计了双阳煤矿采煤作业规程模板，将其分为工作面概况、采煤方法、顶板控制、生产系统等10个章节，34 个小节。

2）基于“腾讯云”、Django3、Vue3 和Elementplus 技术开发了双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统，包含采煤作业规程编制、规程审阅、规程学习和个人中心4 个模块，形成完整的“编制、审阅、修改、再审阅、终学习”流程。

3）作为煤矿信息化建设的一次探索，该系统有助于提高双阳煤矿采煤作业规程编制和管理效率，基本满足现阶段双阳煤矿对采煤作业规程的信息化要求，为其他煤矿企业提供了快速编制采煤作业规程，提高管理效率的新工具。