以地下矿山安全避险六大系统推进矿山数字化建设资料

1、以地下矿山安全避险六大系统为契机推进矿山数字化建设张长普1 陈帅锋2摘要：地下矿山安全避险六大系统简称“六大系统”，六大系统是科技进步和适用先进技术装备，从源头上控制安全风险、从根本上提升地下矿山安全保障能力的有效措施，目前正广泛推行。数字矿山作为我国矿山发展的方向，也越来越被矿山企业认识，其在提升矿产品竞争力及降低成本、提高安全性方面也越来越重要。本文在分析六大系统和数字矿山的基础上，提出六大系统是数字矿山的部分功能实现，在六大系统被广泛推行的过程中企业应有意识的将其纳入数字矿山整体建设中考虑，要把六大系统建设作为数字矿山建设的一部分，统一规划，最终有步骤的实现整个矿山的数字化建设。关键词：

2、地下矿山安全避险六大系统 矿山数字化 数字矿山0引言数字矿山（Digital Mine下简称DM）是对真实的矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现，是数字矿区和数字中国（Digital China）的重要组成部分，最终表现为“可视化”“智能化”和“模块化”， DM的核心是在统一的时空坐标系中，科学合理地组织各类矿山信息1，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。DM的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具6。目前信息技术在我国矿山中开始有初步应用，但是仅限于初级阶段，缺乏相应

3、的深度和广度，没有形成企业信息化决策和矿业信息产业化发展的规模优势，许多企业陆续引进了零散的数字化生产工具，但是没有将其纳入统一的数字化管理平台当中，多以“各自为战”状态存在，不能充分发挥应有的技术优势。近年来国家安全生产监督管理总局提出了在金属非金属地下矿山建立安全避险“六大系统”的要求，并大力推进，以切实提高地下矿山的安全管理水平。六大系统其实是数字矿山部分功能的实现，其在地下矿山中的强制推行，是数字矿山建设的契机。1金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”简介矿山安全避险六大系统包括：检测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和矿井通信联络系统。1

4、.1检测监控系统由主机、传输接口、传输线缆、分站、传感器等设备及管理软件组成的系统，具有信息采集、传输、存储、处理、显示、打印和声光报警功能，用于监测金属非金属地下矿山有毒有害气体浓度，以及风速、风压、温度、烟雾、通风机开停状态、地压等。1.2井下人员定位系统由主机、传输接口、分站（读卡器）、识别卡、传输线缆等设备及管理软件组成的系统，具有对携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等信息进行监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能。1.3井下紧急避险系统在矿山井下发生灾变时，为避灾人员安全避险提供生命保障的由避灾路线、紧急避险设施、设备

5、和措施组成的有机整体。1.4矿井压风自救系统在矿山发生灾变时，为井下提供新鲜风流的系统，包括空气压缩机、送气管路、三通及阀门、油水分离器、压风自救装置等。1.5矿井供水施救系统在矿山发生灾变时，为井下提供生活饮用水的系统，包括水源、过滤装置、供水管路、三通及阀门等。1.6矿井通讯联络系统在生产、调度、管理、救援等各环节中，通过发送和接收通信信号实现通信及联络的系统，包括有线通信联络系统和无线通信联络系统。1.7“六大系统”数据集成六大系统建立仅仅是第一步，实际使用过程中要集成为一个统一的监测控制平台，而不是停留在各个独立系统层面上。检测监控系统、人员定位系统、通讯联络系统要求要“总体设计”纳入

6、统一的控制平台，除了以上三个系统外，压风自救与供水自救也可以实现统一管理，即在压风管道与供水管道上分别安设风压传感器与水压传感器，实现对风流水流的在线监测，以便于风压机、水泵开停的实时控制8。2数字矿山功能数字矿山是一个广义的概念，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个“硅质矿山”，其核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。数字矿山的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产

7、安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具1 2 8。 数字矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的5。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化。数字矿山特点就是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。最终实现以矿产资源、人员、

8、物料、设备、资金、信息等要素组成的整体系统为对象，进行规划、设计、评价和创新，以提高矿山企业效率、降低成本、保证人员安全健康、增加经济效益的目标。以我国云南某矿山为例，该矿运用国内某数字矿山软件，以矿山各种三维模型为基础，基本实现了矿山采矿工程的数字化，在该数字化系统平台上进行设计、模拟开采、运输调度、计划编制等，提高了生产效率。图1 矿体、部分工程三维模型图2 采切工程设计图3 以块段为基础的底部结构设计图4 自动生成开采计划该系统平台具有二次开发功能，可以嵌入功能模块，为该矿山下一步数字化建设搭建了良好平台。3六大系统功能的数字化扩展六大系统的建立是为了满足地下矿山安全避险的需要，要求实现

9、一些基本的功能，并没有过高的数字化、智能化程度的要求。但是六大系统功能是“数字矿山”部分功能的实现，建设过程中要将其纳入数字矿山范畴考虑，进行统一规划。3.1检测监控系统根据AQ 20312011规定，可以理解为监测监控系统的功能一是“测”，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等。若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达到极限值时产生显示及声、光报警等输出，此类系统一般称为监测系统；除监测外还参与一些简单的开关量控制，如断电、闭锁等，此类系统一般称为监测监控系统。设计部门在按照规范设计时，除了设计各种有毒气

10、体，粉尘浓度外、设备开停状态等监测系统外，往往会设计一些简单的断电、闭锁等监控装置，以满足检测监控系统的基本需要。如果将六大系统纳入数字矿山建设中统一考虑，可以增加监测监控的内容及深度，从而大大提高系统的数字化、智能化程度。增加传感器种类及个数，依靠可靠的三维数字矿山软件系统，在三维模型建立的基础上，可以实现如图5所示功能，可以随时监控生产系统中各种设备实时姿态。工况仿真和属性查询功能，中控室可以通过鼠标点击在线查询各种设备/装置的位置、工况参数、操作指南、维修记录和维修方案。系统同时可以根据预先设置的阈值及故障诊断数据惊醒设备故障报警提示。图5 数字矿山部分功能演示3.2井下人员定位系统、紧

11、急避险系统、矿井通讯联络系统井下人员定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个工人的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。将定位系统、避险系统、通讯联络系统纳入数字矿山建设统一计划，依靠软件系统三维模型，可以直观形象的将人员位置反映在模型中（图6所示），并由主控台统一协调，与检测监控、压风、供水等其他系统配合，以各区域具体人员数量合理调配风流、水流。当灾变发

12、生时主控台可以直观看出人员设备的位置，可以有区别的引导相关区域人员尽快沿避险路线逃生。各重要区域设置进出权限，非授权人员所携带射频卡无权打开重要区域大门，实现智能化管控。图6 人员定位、避灾系统示意图3.3压风自救、供水自救系统将压风、供水系统管路上按照风压、水压传感器，主控台可以实时的检测水流、风流的情况，并可控制开关、大小。实现压风、供水的智能化控制。六大系统应该纳入统一的管理平台，个系统相互配合，各种数据实时采集，并进行集中处理，实现各系统的集中控制管理和互联互动，发挥六大系统的综合效应。4数字矿山其他功能展望数字矿山是一个系统，整个系统的建立需要过程，要分步骤，有计划的进行。矿山是个庞

13、大复杂的系统，除了六大系统拓展的智能控制外还有许多功能需要开发，要建立整个数字矿山系统就要依托软件的模块嵌入功能加入其他子模块。各个单系统功能有效协调统一到一个主控平台，与所建立的三维可视化模型无缝衔接，形成直观的动态控制模式。例如可以加入水文地质模块，变形监测模块等。水文地质模块，在日常生产中将出水点、水量、时间等原始数据录入数据库，软件可将这些离散点三维模型化并表示在矿体模型中，这样就可以根据不同出水位置“智能”拟合出一条近似流线，根据具体的地质条件推测出可能出水点，对掘进安全提供基础数据如图7所示。图7 分析安全隐患分布图变形监测模块，将采场及尾矿库变形监测系统与平台相连，实时传送数据至

14、数据库，中控台设置变形阈值，中控台不仅能实时观测特定区域的变形情况，并且当变形达到阈值时，系统可以通过声、光等手段报警，以利于及时处理险情，有利于决策的科学性。六大系统的数字化扩展功能、以上列举出几个实用系统与矿山开采的数字化功能相结合，以原始的三维模型为基础，统一到以庞大的数据库为核心的数字矿山控制系统中（图8所示）。图8 主控中心5结语数字矿山建设是一个复杂而庞大的系统工程，也是未来科技矿山发展的方向，整个过程建设需要有目的，分步骤的计划实施。当前许多矿山已经或多或少的引进了单项的数字化功能工具，但是没有纳入整个矿山的数字化建设范畴中统一考虑，使系统不能发挥应有的效用。六大系统的实施是数字矿山的部分建设，在建设六大系统过程中一定不要为打造六大系统而打造，要把六大系统建设作为数字矿山建设的一部分，统一规划，最终有步骤的实现整个矿山的数字化建设。参考文献:1.吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山：特征、框架与关键技术J.煤炭学报,2003（1）.2 吴立新,朱旺喜,张瑞新.数字矿山与我国矿山未来发展N.科技导报.3 孙豁然,徐