煤矿智能爆破管控系统设计与分析

摘要：煤矿井下爆破作业中，爆破管理技术滞后，导致国家关于爆破管理的规程和制度难以得到有效执行。管理上存在不够严谨、缺乏有效管理技术等问题，相关规定未得到严格遵守。然而，随着移动终端设备及移动通信技术的快速发展，煤矿井下已经大量配备智能移动终端设备，煤矿开采正向智能化方向迈进。针对以上问题，文章围绕爆破任务展开研究，明确区分爆破作业人员身份信息和权限，实现了基于Android的煤矿智能爆破管控系统。该系统使爆破任务规范化、流程化，提高了爆破效率，极大地减少了因不规范操作造成事故发生的可能性。

关键词：Android；爆破管控；软件工程；ArcGIS；HTTP

中图分类号：TD235 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）17-0110-04 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

近年来，尽管我国煤矿采掘机械化程度有所提升，但炮采炮掘仍然是被广泛采用的方法。井下爆破作为采掘工作中的关键工艺，其工序复杂，涉及多个环节和众多人员，因此存在诸多不安全因素[1]。据统计，每年因爆破引发的矿山事故导致的死亡人数占煤矿事故总死亡人数的约30%，其中重特大事故占比高达60%至80%以上。这主要是由技术水平的落后、管理不力和标准缺失所导致的[2]。然而，爆破作为煤矿传统作业中最危险的一部分，其风险性不容忽视。人为因素是导致爆破事故的主要原因，特别是爆破作业人员素质低下、安全意识薄弱以及违规操作[3]。因此，如何加强爆破管理，采取切实有效的预防措施，避免爆破事故的发生，是煤矿企业管理层关注的重点。煤矿安全生产不仅关乎煤矿的生存与发展，更直接关系到员工的生命安全。因此，采用先进的管理手段，保证煤矿安全爆破是十分必要的[4]。其中，煤矿井下爆破的安全工作是煤矿安全生产的重点，它需要爆破工、瓦安员、班组长等各方人员的紧密配合与协作。为了从根本上保障爆破安全，必须采用新的技术规范来指导爆破操作，并严格落实爆破责任制。通过不断提升爆破管理水平，确保煤矿生产的安全与稳定，为煤矿的可持续发展奠定坚实基础[5]。

同时，随着移动互联网的发展，当前以Android手机为代表的移动终端设备已经广泛普及[6]，为煤矿智能爆破管控系统提供了设备支撑；5G通信技术等通信技术的迅猛发展，移动网络的传输速度和效率以及网络覆盖率也大大提高，满足井下工作人员对于通信的需求。

虽然爆破设计以及管控系统的研究成果较多，但很少有将Android移动终端与爆破管控系统结合起来的成熟研究成果。因此，针对以上问题，本文使用Java 语言开发，利用XUI开源框架，同时借助ArcGIS开发工具构建井下地图，根据软件工程原理，实现煤矿智能爆破管控系统。其中对于爆破任务的数据显示，能够直观显示当前的爆破任务和历史爆破任务，并对爆破任务进行反馈，方便矿区进行管理。煤矿智能爆破管控系统精准把控爆破的各个环节，明确管理责任，从而规范爆破作业行为，有效避免违规操作，预防事故的发生，确保煤矿的安全生产。相较于传统的管理模式，该系统的引入使得井下爆破作业人员能够严格按照爆破安全规范执行作业，约束参与人员的行为，减少因人为因素导致的爆破事故，为煤矿的安全生产提供保障。

1 系统设计与分析

1.1 权限分析

爆破作业是一个高风险的特殊作业，涉及炸药、雷管和其他爆破设备。如果爆破方案设计不当或爆破流程不规范，极易引发爆炸事故[7]。爆破安全作业在煤矿生产中十分重要。一旦安全作业出现疏忽，轻微的失误也可能导致爆破施工难以开展；而严重的违规操作则可能引发煤矿财产损失，甚至导致井下工作人员伤亡。因此必须高度重视爆破安全作业，确保每一个环节都严格遵循安全规范，以保障煤矿安全生产和员工的生命安全。为了提高爆破作业流程的规范性，在系统设计中引入了角色的概念。系统主要包含以下角色和权限：安全员、部长拥有全部权限，可以访问所有的页面；爆破员、背药员、瓦安员、班长、书记只能看到自己所在部门的爆破任务；区长、副区长可以看到自己所在部门的爆破任务以及文件资料；技术员、技术主管只有查看文件资料页面的权限。以上所有角色都具备查看主页和地图页面的权限。

1.2 功能需求分析

煤矿智能爆破管控系统的使用者为煤矿的作业人员。首先，用户根据自身的身份来获取不同的权限。当用户登录成功后，进入主页，可以显示当日爆破任务、任务统计、库存信息和爆破图表；可以查看消息通知、库存信息、文件资料、传感器页面；可以查看井下地图信息以及井下的当前工作人员位置和信息；不同角色可以查看自己权限内的爆破任务，权限范围内的角色可以进行爆破任务反馈。用例图如图1所示。

1.3 系统功能设计和实现

煤矿智能爆破管控系统采用客户端/服务器（Cli⁃ent/Server） 架构。客户端为Android应用程序，主要实现登录、主页、地图、消息通知、库存管理、爆破任务、文件资料、传感器页面、退出登录等功能，运行于矿用隔爆终端设备上。客户端通过访问服务器端的API 获取所需数据，并对数据库进行增删改操作。该架构保证了数据的安全性，防止出现数据污染。系统架构如图2所示。

根据以上系统需求分析，系统主要分为登录、主页、地图、消息通知、库存管理、爆破任务、文件资料、传感器页面和退出登录等模块。

煤矿井下智能爆破管控系统提供登录和退出登录的服务。在打开页面时，需要进行登录，输入账号和密码后，系统将验证账号密码的正确性，如果错误则提示登录失败。用户可以勾选记住密码选项，这样当退出系统后，下次登录时输入框将自动填写账号和密码，无须用户手动输入。

主页显示用户所需的数据和功能菜单。用户可以在主页查看今日任务列表、今日任务统计、仓库统计和消耗图表。今日任务显示当日任务的列表；今日任务统计包括今日任务数量、作业人数、待审核消息数和完成任务数；仓库统计显示当前仓库中雷炸药、雷管和导爆索的数量；消耗图表显示今日不同单位消耗的炸药和雷管图表。

地图页面可以查看矿井的地图信息以及当前正在执行任务的员工和任务信息。

在消息通知页面，用户可以查看系统发出的消息通知，点击某一个消息通知可以查看其详细信息。

库存管理页面允许用户查看当前的库存信息，点击每个列表项可以查看库存的品名、单位和库存数量，同时可以进行出入库操作。用户需要输入品名、数量、单位、操作类型和备注信息进行出入库操作。

在爆破任务页面，用户可以查看爆破任务列表，并可以按单位、夜早中班、任务状态和审批状态进行筛选。点击某个爆破任务的列表项，可以进入详细页面查看爆破任务的详细信息。在详细页面，对于未反馈的爆破任务，用户可以进行反馈，需要输入实用雷管、实用炸药和实用导爆索数量，系统将自动计算出需要清退的雷管、炸药和导爆索数量，同时要求用户输入清退原因。在任务反馈页面，用户可以上传爆破任务进行前和结束后的图片和视频。具有相应权限的用户可以对爆破任务进行审批，需要输入上期存结雷管、炸药和导爆索数量，以及审批雷管、炸药和导爆索数量，并给出审批决定，点击确认按钮完成审批。

在文件资料页面，用户可以查看资质证书、规程文件、待审批文件、措施文件和作业文件等不同类型的文件，点击不同的页面可以查看相应的文件。

传感器页面显示当前的风速、温度和湿度信息。

用户可以打开设置页面，点击退出登录按钮，确认后退出登录，返回登录页面。

系统结构图如图3所示。

1.3.1 登录与注册

登录页面包含两个EditText控件用于输入账号和密码，一个Button控件用于登录，以及一个CheckBox 控件用于确认是否保存密码。从SharedPreference中获取数据，判断之前的登录过程中是否保存了账号和密码，如果有则将其显示在文本框中。点击登录按钮后，如果勾选了保存密码，则将账号和密码保存到SharedPreference中，否则只保存账号。然后构造一个JSON对象，包含用户的账号、密码、tenantId、是否记住密码、授权类型、uuid、code和clientId，通过Okhttp访问登录接口。获取返回数据后，判断返回的code是否为200，如果是则表示登录成功，获取并保存token，然后通过用户信息接口获取角色身份，登录成功后跳转到主页；如果返回不是200，则提示用户登录失败。在退出登录页面，包含一个按钮，当用户点击按钮后，系统会提示用户是否退出登录，用户确认后系统退出登录，返回到登录页面，并清除token。

1.3.2 主页

主页包含4个部分：今日任务、今日任务统计、仓库统计和消耗图表。

在今日任务页面，首先需要获取任务列表，并筛选出当日的任务，在控件中展示。创建一个监听方法，点击某个任务列表项，即可查看任务的详细信息。

今日任务统计主要统计今日任务数量、作业人数、待审核消息数和完成任务数。需要从后端获取任务信息和消息信息，并统计相关数量，将其显示在控件中。

仓库统计需要从后端获取仓库库存信息，然后提取炸药数、雷管数和导爆索数，并在控件中显示。

消耗图表包含两个PieChart控件，需要引入第三方库。在代码部分对PieChart进行初始化，获取爆破任务列表中的数据，并对数据进行处理，将数据写入到PieChart中。图表默认显示不同工区的炸药和雷管消耗情况。当点击对应的图表项，例如点击炸药图表里的掘进一区，会打开一个对话框，显示掘进一区的夜班、早班和中班的炸药消耗情况。

以上4种页面都在主页中，所有的控件都在一个页面。为了实现切换效果，放置一个按钮组，当点击某个按钮后，显示相关的控件并隐藏其他控件，从而实现切换效果。

除此之外，主页还包含一个悬浮菜单按钮，点击此按钮后显示其他菜单，包括库存信息、爆破任务、文件资料和传感器，节省了屏幕空间，其效果如图4 所示。

1.3.3 地图

地图页面主要包含一个自定义的ArcGIS地图。首先在地图控件上初始化自定义地图并显示。然后从后端接口获取用户定位数据，请求定位数据成功后对定位数据进行解析，获取实际的坐标点，将点位以圆点的形式显示在地图上。同时获取任务信息，将正在执行的任务显示在地图上。这些点位信息保存在列表中。当用户点击某个点位时，将屏幕坐标转化为地图坐标，然后与点位信息进行比对，选择最近的点位，并使用Toast显示位于该点位的工作人员及其爆破任务。

1.3.4 消息通知

消息通知页面集中展示用户接收到的各类通知信息。在这个页面上，用户可以方便地查看和管理自己的通知，确保不会错过任何重要信息。消息通知页面包含一个列表，列表中包含消息的标题。当进入消息通知页面，系统会访问后端API 获取消息通知信息，将其加载到列表中。当点击某个列表项时，会弹出一个Dialog用于显示消息的详细信息，包括标题、内容和时间。

1.3.5 库存管理

进入库存管理页面后，列表显示当前库存信息，包括名称、单位和数量。同时还有一个悬浮按钮，点击后弹出出入库对话框，可以选择出入库品名、数量、单位、操作类型（出库或入库）和备注。输入以上内容后点击确认按钮，系统访问后端库存操作接口，当返回码为200时，说明操作成功，出入库操作完成。

1.3.6 爆破任务

在爆破任务页面，系统访问后端接口获取爆破任务信息列表，将其显示在列表控件中。同时屏幕上方具有筛选多选框组，可以提取爆破任务的爆破单位、爆破时间、任务状态和审批状态进行筛选。当任务还未审批时，有权限的用户可以点击审批按钮，此时系统访问后端接口，对任务状态进行修改，审批状态为已审批，任务状态为进行中。当任务处于已审批且已完成状态时，用户可以进入爆破任务反馈页面。在反馈页面，用户需要输入实际使用的雷管、炸药和导爆索数量，系统自动计算出剩余数量。点击确认后，系统访问后端接口，修改爆破任务信息。同时可以点击上传爆破前后照片视频按钮，打开Android自带的文件选择页面，选择已有的照片或拍摄照片和视频，选择后点击提交按钮进行上传，系统访问接口进行上传。

1.3.7 文件资料

在文件资料页面，首先进入文件类型列表，包括资质证书、待审批文件、规程文件、措施文件和作业文件。点击某个列表项进入文件列表，可以查看文件信息。待审批文件只有拥有权限的角色可以进入，并可以对文件进行审批。点击审批按钮后，系统访问后端接口修改文件状态，返回状态码200后完成文件审批。

1.3.8 传感器

传感器页面包含3个仪表盘图像，用于显示传感器的实时数据。系统会定期从后端接口获取传感器的数值，并对数据进行初始化使其变为可用的数据格式，然后将其显示在图像中。与其他控件不同的是，仪表盘图像为自定义的控件，需要在仪表盘类里进行绘制，并保留数据接口。由于页面需要定时器，所以要在onStop（）方法里添加代码，使定时器在退出页面时停止，防止出现系统错误。

2 实际应用效果

系统运行环境为Android6.0及以上的矿用隔爆终端设备上，该系统目前已在实际生产环境中使用，取得良好的应用效果。系统完整规划了爆破各个环节的详细内容，根据不同角色分配不同权限账户，各个角色在爆破任务中任务分配明确，爆破任务执行效率提高，减少爆破工作人员不合规操作。如图5所示，最上面的下拉框可用于对爆破任务列表进行筛选，可以选择任务单位、夜早中班、任务状态（未进行、进行中、已完成）、审批状态（未审批、通过、驳回）进行筛选，点击筛选按钮后即可筛选。

3 结论

煤矿智能爆破KjlHS/PthEEOQTCb8yT9MPzJ+TRIjLfCxR51mMWNhBQ=管控系统采用C/S架构，通过服务器存储数据，并通过访问后端API 来获取和修改数据。通过对系统的设计与分析，明确了系统开发和运行环境，以及用户的权限和系统的功能需求。然后对系统进行实现，完成对登录注销、主页、地图、消息通知、库存管理、爆破任务、文件资料、传感器等模块的开发，实现其系统功能。

借助XUI前端框架，方便调取各个控件以实现系统功能，使得数据的直观可视化。该框架为爆破物品及爆破任务的管理提供了强大的支持，显著提升了生产效率。同时，通过明确爆破任务流程的责任划分，确保每项任务都能够得到有效执行，降低了人为操作风险。

这一系统的可用性已经得到了充分验证，避免了爆破违规现象的发生，减少了潜在的安全事故，保证了煤矿的安全生产。

参考文献：

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[3] 杨传坤.基于Android的巷道爆破辅助系统设计与实现[D].北京：中国地质大学（北京），2017.

[4] 郑祥，邱浩扬，王德明，等.水电站边坡智能爆破设计与管控系统研究[J/OL].爆破. [2024-01-06].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=3YV__sPfuhPGr7RIgHAaRV8w689zWs2jWF4lhXAMa9jqLPzAkhk6cP_38fxtpVi_sSHolrGe6W8ZbazwQIn ⁃enpYApu3swkQqF22GW6TlVgw4JdkImatFBA== &uniplatform=NZKPT.

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[7] 李泽华，李顺波，杨军，等.露天爆破智能设计系统开发及应用[J].现代矿业，2020，36（11）：179-181，194.

【通联编辑：谢媛媛】