矿产资源是经济社会发展的物质基础，为了保障国家矿产资源安全和能源安全，我国持续加大对技术、装备、资金、人才及基础设施建设的投入，矿山开采作业流程不断趋向标准化和规范化。然而，随着地球浅部矿产资源的耗竭，矿山开采活动转向地下深部，开采地质条件变得更加复杂，开采难度加剧，使得矿山安全风险显著升高（李长洪等，2017；李文兵等，2017；蔡美峰等，2021；Wu et al.，2023），这对现代矿山企业安全技术人员素质及相关作业安全管理水平提出了更高要求。为此，国家出台了相关文件，为矿山企业构建风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制提供明确指引，强调企业作为安全责任主体的角色（国务院安全生产委员会，2016）。在这一背景下，智慧矿山建设成为行业发展的必然趋势，通过融合信息化与智能化技术，为矿山安全管理体系的现代化提供了新的方向（Dodoo et al.，2023；Guo et al.，2023）。我国金属矿山正处于由传统开采模式向智能化、无人化转型的关键时期（蔡美峰等，2019）。为顺利完成这一转变，迫切需要突破现有数据孤岛的限制，实现生产与管理信息的高度集成。为此，有学者提出数字化平台概念，旨在通过整合多元数据，构建统一的信息管理与分析系统，为矿山企业打造高效、智能的安全管理体系，从而有效应对复杂多变的安全挑战，保障矿山生产的安全与稳定（刘晓明等，2020；Ghorbani et al.，2022）。

学者们对矿山安全与管控问题进行了广泛深入的研究。张旋（2016）对安全事故过程演变进行分析，表明双预控机制运行有利于防范矿山事故的发生。雷长群（2017）提出在深入辨析生产风险、危险源及事故隐患的基础上，可通过制定细分行业危险有害因素辨识标准，结合企业生产实际编制辨识清单来完善该机制。依据《安全生产事故隐患排查治理体系建设实施指南》要求，矿山企业要以行业监管部门颁布的事故隐患标准为基础，进行隐患排查和治理，完成隐患登记工作，完成日常数据记录和处理，建设数字化隐患排查治理信息平台，同时与政府各级安全监管部门建立有效信息交流通道（国务院安全生产委员会，2012）。因此，矿山企业正积极构建以风险分级管控和隐患排查治理为核心的信息化智能平台，以期在保障员工安全、设备稳定的同时，提升矿山整体运营效能。此外，一些研究人员聚焦相关智能安全管控平台的开发与应用，尤其是在煤矿领域取得了较多进展（高晓旭等，2019；陈洋洋等，2023；李爽等，2023；王强等，2023）。然而，现有研究多集中于煤矿领域，对金属与非金属矿山的探索相对较少。在双控机制流程设计中缺乏对矿山具体作业风险分级管控说明，忽略了矿山员工安全培训与教育对于双预控机制安全管理平台的重要补充作用（蒋旭刚等，2015）。

综上所述，尽管矿山基于双预控机制安全管理体系的信息化与智能化已取得显著进展，但仍需更多针对金属与非金属矿山的定制化解决方案。为此，本文针对矿山需求，构建了基于挑水河磷矿的双控体系平台，在系统设计中补充员工安全教育与培训等内容，以完善双预控机制，进一步提升矿山行业的整体安全管理水平。

安全双控预防性体系的核心在于构建风险分级管控和隐患排查治理机制，旨在系统性识别、评估和控制矿山企业运营中的各类安全风险（辛盼盼，2020）。依照《企业职工伤亡分类》和《职业健康安全管理体系要求》（GB/T 28001-2011），矿山企业须建立一套严谨的风险评价体系，并明确隐患的具体界定标准。企业可以采用多种风险识别工具和方法，如安全检查表法（SCL）、作业条件危险性分析（LEC）和事故树分析（FTA）等，全面开展风险排查和危险源辨识工作。对已辨识的危险源进行分类梳理，结合风险评价模型对危险源进行量化评估，确定风险等级。一般将风险等级划分为4级，依据风险等级制定相应的风险管控措施（廖栋和，2018；Tian et al.，2023）。企业通过明确各级管理层、车间、班组以及相应岗位的安全职责，指定具体管控对应责任单位和责任人，特别关注重点风险源和关键控制点，确保管控措施得到严格遵守和执行，降低事故发生概率。

隐患是生产单位违反相关法律、法规、规章等或者由其他因素造成事故发生不安全的状态，隐患排查与治理是阻止事故发生的最后一道屏障（刘少君等，2020）。为了提高隐患排查的全面性和准确性，必须将风险辨识与隐患排查相结合，根据风险辨识分级记录，定位安全隐患（卞斌彬等，2022）。构建隐患排查治理体系，首先需制定并落实部门、岗位、设备设施排查范围、要求和责任，构建全员参与的自主排查隐患制度。同时对隐患排查治理进行闭环管理，包括建立编制隐患信息统计表、下发隐患整改通知（编制较大以上事故隐患整改方案）、检验隐患整改效果、推行隐患整改销号和制定隐患排查治理台账等关键步骤，对生产过程隐患责任、措施、资金、时限和预案实施“五落实”，在制度上建立隐患自查自改自报常态化，全员参与、全岗位覆盖和全过程衔接的闭环机制。对于重大事故隐患，应立即停产停业或停止使用相关设施设备，及时撤出相关作业人员，并上报有关单位，启动应急响应，直至隐患消除。安全双预控机制具体运行流程如图1所示。

根据相关文献（龙爽等，2017；梅增荣等，2020），确定地下金属矿山企业风险分级管控和隐患排查治理体系构建步骤，具体内容如下：

（1）划分单元：根据地下开采作业环节对矿山安全检查作业进行单元划分。一般企业作业环节可划分为10类，分别为人员出入井、运输巷道维护、井下采场作业、井下掘进凿岩爆破作业、提升设备检查、溜井安全检查、通风维修安全检查、采场顶板安全检查、井下透水安全检查和井下机电维修安装作业检查。

（2）风险辨识：对划分出的子单元进行整体的风险辨识工作。采用工作任务分析法和事故致因机理理论，在现有工作条件下，针对每项任务分析作业工序中潜在或已存在的危险源及可能造成的后果。

（3）风险分级：基于危险源辨识结果，采用作业条件危险性分析法，对矿山生产系统中辨识出的危险源进行分级评估。风险值的计算方法为

式中：D为作业条件的危险性；L为事故或危险事件发生的可能性；E为暴露于危险环境的频率；C为危险严重程度。根据D值大小将风险等级划分为5级：D值大于320，属于极其危险（一级、红色），不能继续作业；D值为160~320，属于高度危险（二级、黄色），需立即整改；D值为70~160，属于显著危险（三级、橙色），需要整改；D值为20~70，属于轻度危险（四级、蓝色），需要注意；D值小于20，稍有危险（四级、蓝色），可以接受（王卸云，2008；孙守平等，2012）。

（4）风险管控：根据量化分析得出的风险等级，系统地设计并执行针对性风险控制策略，确保责任明确至各个层级，包括从作业小组至集团公司。采用风险评估技术来评定风险等级，矿山企业应采取分层次、差异化的风险控制措施，如表1所示。

（5）隐患排查与隐患整改：当风险管控措施失效，隐患从潜在风险演变为实际风险时，企业应及时落实整改治理措施避免事故发生。针对隐患，企业需先组织排查，由安全生产管理及相关人员共同编制隐患排查清单，并按照隐患事故的等级登记和建档，然后落实隐患治理工作，实现隐患排查治理闭环运行。

湖北三宁矿业的挑水河磷矿是年产300万t的大型矿山，位于湖北省宜昌市夷陵区樟村坪镇董家河村，矿区面积约为23.42 km²。挑水河磷矿建有完善的工业自动信息控制网和系统监测网（黄腾龙等，2019），融合基础信息数字平台、采掘设备智能平台和生产信息管控平台，采用集约化条带式充填方法保障采空区的安全和磷矿资源利用率。在采区内采用集合了凿岩爆破、铲装运输和支护充填等多种生产工艺的协同作业模式，并运行矿山采选充三维数字模型和综合管控平台。其中，主要生产平台有井下PLC皮带运输系统、井下“安全六大系统”、充填管道PLC监控系统、选矿厂和充填站DCS控制系统以及矿石出厂自动装车计量系统。同时，使用虚拟现实智能管控平台对全生产流程进行模拟监控，不仅能够直观地展现矿山采选充一体化工艺流程，而且可以实现远程管控，提升了矿山的作业安全水平。

在井下采掘作业方面，针对缓倾斜中厚磷矿层的开采条件，虽然挑水河磷矿使用全液压凿岩台车、全液压锚杆台车、撬毛台车、高效大型设备装运和自动破碎溜井等先进设备，已经实现机械化开采，但是矿山安全管理仍面临挑战。其中，安全员现场确认流程繁琐，收集和汇总安全信息滞后，班前风险辨识和隐患排查工作仍依赖人工交接，缺乏信息化支撑。与此同时，《湖北省安全生产风险管控办法（试行）》明确规定，矿山企业需实现风险管理的系统化，即建立完善的风险识别、评估、控制和监控机制；隐患排查须常态化，确保隐患的定期排查和及时发现；信息管理数字化，以提升信息处理速度和准确性；构建清晰的责任体系，确保每级管理者都有明确的安全职责。为此，本文参照挑水河磷矿的《安全生产管理制度》，结合井下作业区域划分出的采掘区队而构建的总经理—矿长—区队长—班组四级责任体系，开发以双预控为主要机制的安全信息化管理平台。该平台为挑水河磷矿安全环卫部和一线员工提供了一个有效、可靠的工具，不仅是对政府关于安全管理信息化严格要求的积极响应，更是挑水河磷矿提升自身安全管理水平，完善现有数字化管控系统的关键步骤。

因此，设计该平台包括以下内容：（1）需求分析：对矿山安全双控体系信息化平台建设的需求进行全面分析，确定平台的功能、目标、范围和受众等。（2）系统设计：根据需求分析的结果，设计矿山安全双控体系信息化平台建设的系统架构、数据库设计和界面设计等。（3）系统开发：根据系统设计，进行系统的开发，包括前端开发、后端开发、数据库设计和实现、系统测试等。（4）系统上线：将系统开发完成并进行测试后，上线运行。（5）系统运维：对系统进行日常维护、优化和升级，防止漏洞出现，保证系统的稳定性和安全性。（6）数据分析：通过对数据进行统计和挖掘，全面分析系统运行数据，支持矿山安全管理决策。

需求分析是软件开发的重要步骤，主要包含业务需求、功能需求和用户需求3个方面，目的是确定用户所需要的软件系统以及相应功能特性来满足用户（曾发镔等，2019）。在业务需求上，该系统的主要目的是落实地下矿山作业安全检查双预控机制，提升矿山安全管理水平。在功能需求层面，挑水河磷矿的安全管理体系虽然已具备一定的完备性和规模化远程智能监控设施，同时井下采掘作业遵循严谨的规章制度，但依然存在若干关键问题亟待解决。具体表现为：安全风险管控与隐患排查治理表更新滞后，预防与管控措施落实不到位，以及风险责任体系界定模糊等。在用户需求上，由于系统主要用户为一线班组人员、安全环卫部和按照地下矿山作业单元划分的责任部门，因此在确保用户操作便捷性的前提下，应建立健全的用户管理体系和权限控制机制。

因此，系统功能设计的核心在于风险分级管控与隐患闭环治理，旨在实现精细化的风险管理与隐患治理闭环流程，具体需求分析内容如表2所示。目前挑水河磷矿井下作业面临的主要安全风险集中于冒顶片帮、机械伤害和爆破三大类别。其中，机械伤害事故的发生多由以下因素引发：一是人员出入井及井下作业期间，个人防护装备穿戴不规范；二是施工现场作业环境监管不严，矿山机械设备的维护保养制度未能得到有效执行。根据安全员安全作业和一线班组生产作业设计相应风险评价表，将其作为安全环保部基础风险数据库，部分示例参照表3。

该平台基于双预控机制，遵循JavaEE技术规范开发，参考使用SpringCloud和Alibaba相关微服务技术框架解决矿山安全管理业务协同低和功能模块可拓展等问题（谭正华等，2021），配合前端Vue框架进行开发，将系统架构划分为用户访问层、网络接口层、服务逻辑层和数据存储层4个部分。

数据存储层使用关系型数据库MySQL对数据持久化存储，使用非关系型数据库Redis在内存中缓存数据。服务逻辑层集成各项微服务，实现系统核心功能。使用Nacos注册发现服务，使用ElasticSearch记录系统日志和业务操作日志，MiniIO则用于实现文件上传与下载。网络接口层配置网关控制服务访问请求，提供符合数据传输规范的API，并通过OAuth2资源授权认证。访问层则通过B/S方式提供PC端Web页面和移动端应用程序，实现系统的交互，系统架构如图2所示。

该系统采用主流开源数据库关系型数据MySQL和其他非关系型数据库，构建灵活且高效的数据存储架构。基于对系统功能需求和实体间关系分析，设计与双控预防性体系相符的数据库表内容，同时考虑到数据访问效率，系统开发便捷性，数据维护简易度，以及系统运行过程中安全性与可靠性等核心因素，完成表结构设计，确保数据准确存储和高效检索，也为系统长期稳定运行和拓展性提供坚实基础。本次数据库设计包括多张表（用户权限表、安全培训题库表和风险分级管控表等）。安全培训题库和风险分级管控表的具体内容见表4和表5，具体结构如图3和图4所示。

平台功能模块主要划分为系统辅助管理模块、信息发布模块、安全培训模块、风险分级管控模块和隐患排查模块，各模块所设计功能说明见表6。

（1）登录。用户通过浏览器访问地址输入账户密码即可登录，后台会自动校对用户身份，实现对用户组的控制。当用户名或密码输入错误时，用户将无法访问系统，且系统会有信息提示。为保证系统安全性，新用户需通过管理员批量注册。

（2）风险排查。风险排查通过风险排查台账的建立和维护进行，其中录入信息主要包括：风险点名称、编号，风险点排查的人员、日期、位置信息，区域责任部门、主要负责人，以及风险因素、风险类型。为了保证可溯源性和合规性，风险点名称和编号、排查时间和排查人员、区域责任部门及主要责任人为必要项，风险因素和风险类型的作用是辅助风险定性评估，为非必要项。同时，在风险排查界面显示录入结果，方便对数据记录进行查看和修改，如图5所示。

（3）危险源辨识与风险评价。对风险排查结果进行危险源辨识，分析上报该风险点具体危险源并进行风险评价，判断风险等级，采取相对应的管控措施，如图6所示。

（4）重大风险统计。对风险排查结果和重大风险数量进行可视化分析，为相关决策处理提供数据支撑，如图7所示。

（5）隐患治理与排查。按照隐患排查清单生成隐患排查治理记录，完成隐患信息的登记录入。其中，录入信息主要包括：矿山隐患排查的区域、内容、编码，隐患排查人员、日期，记录隐患处理措施、责任部门、责任人，以及排查依据和整改要求等。同样，为了确保透明度、责任追溯及遵守相关法规，隐患排查区域、排查人员、排查日期、责任部门、责任人和具体整改为必要项，具体排查清单如图8所示。

（1）基于风险分级管控和隐患排查治理的安全双控体系，基于挑水河磷矿的生产作业情况和安全管理制度，参考相关法律法规制度和其他企业的双控体系模式，构建了挑水河磷矿双控体系，完善双控体系下的矿山企业风险安全评价内容和矿山以双控体系为核心的安全生产作业流程，明确安全双控体系平台的具体需求。

（2）设计安全双控体系应用平台总体结构，完成各个功能模块设计和数据库设计，同时也对相应的风险分级管控等相关业务进行数据结构设计，满足矿山企业安全教育培训、风险分级管控、重大危险源辨识和隐患排查治理等功能需求，提升了矿山安全管理的效率。

（3）优化可视化界面，展示相关统计数据，为矿山企业安全管理决策者提供数据支撑。平台具有可扩展性和可移植性，可以进一步开发。