《数字矿山概论》矿山生产与安全信息收集及分析课件

第4章矿山生产与安全信息收集及分析,安全工程学院2017,矿山企业生产信息,矿山企业生产信息管理系统发展的前期是根据各个使用部门的需求，建立规模较小的生产信息管理系统；后期是逐渐向大系统综合、信息共享方向靠拢，这主要应归功于互联网与企业内部局域网在矿山的成功应用。在网络环境下矿山企业生产信息系统实现企业内部事务处理，为各级领导和管理人员提供全面、及时和便于决策的生产信息管理服务。,4.1.1矿山生产信息分类,对生产信息的统计分析是整个系统的核心内容，这主要包含2个方面：设备作业能力及作业效率统计分析和直接生产成本统计分析。,矿山生产信息分类,设备作业能力及效率的统计分析,针对矿山的特点，为进行设备作业能力及效率的统计分析，可以穿孔、爆破、剥离、采矿运输及排卸各主要环节以及相关辅助环节（如平路、洒水等）为单位，分别收集各类设备的作业信息，包括作业地点、作业物料类别、作业量等反映作业能力的指标以及故障时间、故障原因、待荷时间、待荷原因等反映作业效率的指标。,在收集矿山生产信息，给出统计分析结果的过程中，应注意以下问题：(l）生产信息的收集应以班为时间单位。例如设备作业信息应在本班生产结束后收集。(2）生产信息的统计分析应力求多角度、多层次。不仅能为生产一线管理人员所用，而且要为企业高层领导制定宏观计划所用。(3）单台设备能力和效率统计分析是评价设备性能及司机件业水平和业绩的有效手段，可以籍此制定设备的维修、更新计划，并为建也合理的企业人员奖惩制度提供依据。,(4)工艺系统的能力和效率统计分析则直接反映了系统内设备之间的合理匹配情况。(5）为使系统分析只有层次性，应对整个采矿系统从粗到细、从大到小逐级划分，并明确各级子系统的构成，然后分级、分类统计。以露天矿山为例，首先，可以把露天开采工艺系统粗分为采矿和剥离2个子系统，更进一步再按采剥物料类别进行划分，如表土剥离子系统、岩石剥离子系统、采矿子系统。对于比较复杂的工艺系统，各子系统内部还时以进一步细化。系统构成确定之后，可以以采（剥）设备为准，以班、日、月及年为单位，分析系统的能力。,(6）关于直接成本统计分析，首先是对采矿各子系统内单环节的直接成本进行统计，包括穿孔、爆破、采装、运输及排卸各工艺环节，然而逐级统计采（剥）直接成本。,在输入矿山生广统计信息原始数据的础上，生产信息管理系统能够自动生成各类报表。生产信息管理系统的主要功能包括原始数据输入、报表运算、报表数据查询、报表生成打印、数据上报、系统维护等6个部分。,4.1.2人员与设备的定位,为了实现矿山人员和设备的现代化调度与管理，应该实时掌握工作人员和移动设备的运行位置和状态。露天矿GPS接收机地下矿山磁罗盘、机械陀螺仪、光纤陀螺定位。,矿井无线定位技术,主要有红外线定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、无线保真技术（Wi-Fi）、射频识别（RFID）技术、ZigBee技术等。(l）红外线定位技术的原理是由红外生成器发射经过调制的红外射线，再由光学传感器接收这些红外射线实现对目标的定位。虽然红外线具有相对较高的定位精度，但其直线视距和传输距离较短，使其在地下环境中的定位效果很差。此外，还需要在地下巷道中安装大量接收天线，系统造价较高。,超声波定位技术,(2）超声波定位技术采用反射式测距法，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波和发射波的时间差计算出待测距离。超声波定位系统由若干个应答器和一个测距器组成。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，就可以以根据三角定位算法确定物体的位在。超声波位技术精度较高，结构简单、但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，而且需要大量的底层硬件设施投资，成本很高。,蓝牙技术,(3）蓝牙技术是一种短距离低功耗的无线传输技术，在地下安装适当的的蓝牙局域网接入点，通过测量无线信号的强度就可以对物体进行定位。蓝牙技术主要应用于小范用定位，优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC及手机中，其信号传输不受视距的影响。其不足是蓝牙器件和设备的价格比较贵，而且对于地下复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性较差，受噪声信号干扰大。,Wi-Fi,(4）无线保真技术（Wi-Fi)是无线局域网络（WLAN）系列标准IEEE802.ll的一种定位解决方案。Wi-Fi定位系统的特点是易于安装，系统总精度高，Wi-Fi信号定位的精度完全依赖于Wi-Fi网络的部署情况，在Wi-Fi信号密集时定位精度时达lm但是Wi-Fi信号很容易受到其他信号的干扰，长距离的矿井巷道中需要安装大量的基站。,射频识别（RFID）,(5）射频识别（RFID）技术通过射频方式迸行非接触式双向通信交换数据，以达到目标识别和定位。RFID可以在几毫米内得到目标的定位信息，定位速度非常快。RFID还具有非接触和非视距等优点，其电子标签的体帜小、造价低。缺点是RFID的作用距离较短，一般最长为几十米，由于作用距离近，不便于整合到其他系统之中。RFID定位精度由读写器的数量决定，但读写器价格比较昂贵，在巷道中大量安装读写器的成本高。,ZigBee技术,(6)ZigBee技术是近年来新兴的短距离、低速率的无线网络技术，其性能介于射频识别和蓝牙之间也可以用于地下定位。ZigBee系统通过数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位功能。这些微传感器只需很少能量就可以工作，彼此间以接力的方式通过无线电波传递数据，通信效率非常高、ZigBee最显著的技术特点是低功耗，其缺点同样是需要布置大量基站，这导致整个系统的成本很高。,Inco公司开发的一个能在地下获取定位数据的名叫HORTA的装置。将该装置安装在地下观测车上，当观测车在地下或矿体内部巷道中漫游时，HORTA就会利用其激光陀螺仪和激光扫描仪在水平和垂直面上扫描矿山巷道的断面，进而产生巷道的三维结构图。Inco公司还计划将HORTA完善后，将其安装在钻机上。届时，安装了HORTA装置的钻机将自动驶往目标巷道，自动完成开凿作业，然后再自动驶往下一巷道。,矿山定位技术综合比较分析表,4.1.3采矿设备的工况监测,采矿机械设备处在较为恶劣的工作条件下运行，设备的频繁移动带来冲击和振动，还会受大量粉尘污染等因素的影响。由于采掘机械的工况监测受狭小空间和恶劣环境的限制，而且监测设备必须是防爆的，因此目前只有少数监测设备可用于采掘机械设备工况监测。,（1）磨屑监测。磨屑监测可在少量油样中测出金属含量的多少，还可以用显微镜鉴定磨屑与图谱集上的照片进行比较，经磨屑分析发现齿轮箱有问题时，再进行油样分析测定，将测定结果记录下来，用数字和图形的形式将结果输入计算机。（2）乳化液分析。液压支架上的乳化液若不能保持良好的水质和液体浓度，会导致许多问题。除去日常维护外，还应定期分析油样，如pH值、厚水硬度、浓度、固态、细菌及霉菌的测定。（3）油位测定：采煤机截割部的齿轮箱，其油位堵头不易接近，难以用油标监测油位，探测油位的单棱镜取代了井下一些齿轮箱的油位堵头。,(4）冲击波监测。冲击波计与探头一起使用，可以进行润滑油脂润滑式轴承（主要是皮带滚筒轴承）监测，且内部安全可靠，但一个接口只接一个单一线路。(5）管路测定。主要检查电液式采掘机械设备液压回路的健康状况。(6）链条的张紧力和伸长测定：链式刮板运输机或铠装式运输机的链子。(7）温度监测：包括设备的工作温度和表面温度。监测仪器有光测高温计、电接点压力式温度计、温度记录器及电阻式温度计。(8）油液监测。所有机械设备都离不开润滑，而设备故障与润滑失效密切相关，虽然润滑油可能仅占设备全部运转费用的0.5%-1.5%，但40%以上的机械设备故障是因为润滑油使用不当或润滑油质量不合格造成的。,4.2矿山安全信息,矿山安全信息内容复杂、形式多样，与地测空间信息、生产管理信息等存在许多交叉和重叠，既有动态信息管理，也有静态信息管理。可以按矿山安全背景、矿山安全对象、矿山安全环境、矿山安全监测、矿山安全事件、矿山安全管理分为6类。,矿山安全信息分类,安全信息管理系统,现代化的安全信息管理系统的基本功能包括以下内容：信息输入：对安全信息的录入、修改、检查、更新等，信息查询：通过安全信息管理系统软件可以为方便快捷地检索到需要的安全信息，基于GIS还可实现安全信息的定位查询与空间分析，这比起传统的人工方式要便捷和直观；信息输出：主要包括自动生成报表、统计图，以及进行空间可视化；信息共享：基于WebGIS开发的安全管理信息系统，可以实现矿山安全信息的分布式管理、网络共享和远程指挥。,2.矿山安全信息管理,中国安全生产科学研究院将对物的监测监控和对人的管理相结合，围绕监控人的不安全行为和物的不安全状态以及事故预警等内容建立了4个平台：矿山安全监测监控平台、矿山安全报警及应急管理平台、矿山安全综合管理平台和矿山企业安全信息网站。,矿山安全监控预警平台,4.2.2瓦斯与粉尘的数字监测,煤矿安全生产监控系统已经成为矿井，尤其是高瓦斯矿井必不可少的技术装备，该系统可以集中连续地监测整个矿井的瓦斯浓度、风速、负压、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度、电压、电流、功率、煤位、水位等模拟量以及各种设备的开关量，如主要通风机、局部通风机、水泵、采煤机、掘进机、胶带输送机、刮板输送机、绞车等机电设备的开停以及风门、电机车位置等。,1.瓦斯的数字监测煤矿安全监控系统的主要任务是实时监测井下生产的瓦斯浓度非主要环境参数。瓦斯数字化监测系统主要由中心监控站、井下分站、传感器、中心站软件和应用软件等组成。,2.粉尘的数字监测,全尘浓度与呼尘浓度经常超标的作业地点为综采工作面与综掘工作面，具体工序为：采煤机割煤、移架，综掘机割煤，综采工作面粉尘浓度大约为92150mg/m3，综掘工作面产尘浓度大约76168mg/m3。因此，有必要进行煤矿粉尘在线数字化监测研究，对煤矿各尘源点的粉尘浓度进行实时监测，利用粉尘浓度传感器智能化控制降尘。日前世界各国使用的测尘仪表主要有3类：粉尘采样器、测尘仪及粉尘浓度传感器。,4.2.3矿压与温度的数字监测,矿山压力变化是矿山冒顶、片帮、煤爆、岩爆、煤与瓦斯突出等矿山灾害的直接原因，矿山压力测是矿山安全监测的重要内容。,常用的现场矿压监测仪器,2.温度的数字检测我国金属非金属矿山安全规程规定，金属矿山井下作业地点的空气温度26，相对湿度为50%-60%。凡超过此上限值的矿井，必须采取降温措施。目前国内外测温仪器可按测量方法、测量原理、记录方式和传感器类型进行分类。在传感器的分类中主要包括：热电偶、热敏电阻、铂电阻、集成电路芯片（如AD590）等。,4.3矿山安全分析与预警,矿山安全分析与预警是保障矿山安全生产、防止事故发生的关键，将现代科学技术应用于矿山安全监测监控系统，是矿山安全管理必不可少的基本于段。从单台计算机的直接监测监控到多级计算机监测监控系统，以且分布式、网络化、智能化的系统，在各种矿山企业中都有应用。,4.3.1矿山安全监控系统,KJ95综合监控系统是煤炭科学研究总院常州分院开发的，是国家“八五”科技攻关项目的产品。它将矿井调度通信、光纤高速通道、安全生产监控系统及计算机网络有机融合在一起，是一种集散型分级管理计算机实时监控系统。该系统可以将计算机网络、矿井安全和生产实时监测、电力监测、胶带机监测、主副井提升监测、工作面综合监测等系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井综合监控系统。各部分既可以集成在一起，又可以单独使用，以满足矿井的不同需求。,4.3.2矿山安全分析技术,安全系统工程的内容主要包括事故成因、系统安全分析、安全评价和安全措施4个左面。安全分析和评价就是对系统中的危险源进行识辨和评价。最终通过危险源评价，判定危险源的危险性是否可以被接受，或者已有的危险控制措施是否达到了预期效果，为采取危险源控制措施提供依据。,国外安全分析方法,安全检查表（SCL）、事故树分析（PTA）、故障类型且影响分析（FMFA）、事件树分析（ETA）、预先危险性分析（PHA）、危险与可操作性研究(HAZOP)、作业条件危险性评价（LEC)等,(1）概率危险性评价法,概率危险性安全评价是一种以某种伤亡事故或财产损失的发生概率为基础进行的系统危险性评价占法。该方法主要采用定量系统分析技术中的事件树分析、事故树分析等方法，计算系统事故发生的概率，确定安全目标，然后将所计算的事故发生概率与所确定的目标值相比较，从而评价系统的危险性。,(2）模糊安全评价模糊安全评价法是利用模糊数学这一工具，对所研究的系统进行危险性分析，进而对其安全状况进行评价的方法。其主要特点就是将模糊行为的因素定量化、数字化，评价整个系统的安全状况，分出危险性等级。这种方法虽然结果准确，但是权重设置受主观因素影响较大，计算量较大。(3）神经网络评价法该方法是借助于人工神经网络技术而开发的安全评价方法。将神经网络应用于系统安全评价之中，能克服传统安全评价的一些缺陷，快速、准确地得到较好的安全评价结果。,(4）其他评价方法,检查表法、道氏法、蒙德法、事故树分析法（FTA,FaultTreeAnalysis）、故障类型和影响分析（FMEA,FailureModeandEffectsAnalysis）、事件树分析(ETA,EventTreeAnalysis)、综合安全评价法（FSA）等,4.3.3矿山安全预警模型,从安全工程科学角度，事故的产生是由物的不安全状态和人的不安全行为造成的，避免这些状态的出现，直接的作用来自安全管理，即：“管理者对安全生产进行的计划、组织、指挥、协调和控制的一系列活动”。通过监测监控系统来高效的控制人