安全評價方法與采礦可視化技術(shù)的研究綜述

壽先淑

摘 要 本文在礦山安全數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)安全評價方法及其制定原則，針對采礦工程技術(shù)的過程中存在的問題，深入分析安全評價方法與采礦可視化技術(shù)，并且將三維可視化技術(shù)引入到安全評價科學(xué)技術(shù)中，以期對地質(zhì)環(huán)境危險程度的評價更加科學(xué)，希望能夠通過本文的研究為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞 采礦 安全評價 可視化技術(shù)

中圖分類號：TD821 文獻標識碼：A

0引言

由于采礦工作面臨的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的方法難以全面、準確的掌握開采過程中的不安全因素和重大危險源，不能客觀地評價礦體開采的安全性，更不能采取具有針對性的安全防范措施。借助計算機多媒體技術(shù)的發(fā)展，采礦工程技術(shù)人員可以實現(xiàn)由研究過程向可視化的分析研究過程的轉(zhuǎn)變。

1系統(tǒng)安全評價研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

系統(tǒng)安全評價方法從定性方法到定量方法，再到模糊評價方法，灰色綜合評價，經(jīng)歷了一個由粗放到精細的演變過程。在系統(tǒng)分析方法的研究中，如今世界上系統(tǒng)安全分析方法已有數(shù)十種，其中廣泛采用的方法有安全檢查表（SCL）、事故樹分析（FTA）、故障類型影響分析（FMEA）、事件樹分析（ETA）、危險與可操作性研究（HAZOP）、預(yù)先危險性分析（PHA）、作業(yè)條件危險性評價（LEC）等。在系統(tǒng)安全評價的研究中，比較成功的是美國道化學(xué)公司（DOW）和英國帝國化學(xué)公司（ICI）的火災(zāi)、爆炸、毒性指數(shù)的安全評價方法。

近十多年來，礦業(yè)在安全評價領(lǐng)域引入數(shù)學(xué)方法和計算機技術(shù)，使得礦山安全評價得到進一步的發(fā)展。以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的安全評價方法的提出，拓展了原有系統(tǒng)評價方法的種類，我國礦山中已展開的研究方法有模糊綜合評判方法、灰色預(yù)測綜合評價方法、礦山工程安全評價法等，使以計算機程序設(shè)計、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維可視化技術(shù)為基礎(chǔ)的安全評價得到了一定的發(fā)展。

1.1系統(tǒng)安全評價方法及對比

目前常見的系統(tǒng)安全評價方法有：危險及可操作性研究、假定分析法、故障數(shù)法、檢查表、爆炸危險指數(shù)評價法、定量風(fēng)險評價等。將上述幾種評價方法進行對比，經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，這些方法具有以下特點：第一，系統(tǒng)安全評價方法基本上都屬于定性分析方法，而其中的故障樹法、道化學(xué)指數(shù)法及定量風(fēng)險評價方法則既可以進行定性分析，又可以進行定量分析；第二，在諸多安全評價方法中，只有安全檢查表法是不能對事故的后果和事故的發(fā)生頻率進行判斷的；第三，系統(tǒng)安全評價方法中，大多是需要投入較多的人力、資金和時間的。例如，其中的定量風(fēng)險評價就需要投入更多的時間和資金，但同時，這種評價方法又具有全面性和綜合性的優(yōu)點，對解決出現(xiàn)的安全事故和進行可靠的風(fēng)險評價具有較為明顯的效果。

1.2制定系統(tǒng)安全評價方法的原則

系統(tǒng)安全評價方法的制定需要以下原則：第一，合理性：合理性及最優(yōu)性，指在能夠有效的得出評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，選出所用時間最少，操作最簡單，對人員要求最低的方法；第二，針對性：一方面指所選的安全評價方法可以有效全面地針對某一領(lǐng)域進行評價；另一方面指所選擇的安全評價方法應(yīng)該能夠提供所需的結(jié)果；第三，適應(yīng)性：各個子系統(tǒng)要根據(jù)其使用范圍和特點來選擇安全評價方法，要求子系統(tǒng)的評價系統(tǒng)互相適應(yīng)，并能夠跟整個系統(tǒng)完美的進行配合；第四，充分性：充分性指的是在進行系統(tǒng)安全評價之前要做好充分的準備，了解所需要進行評價領(lǐng)域的專業(yè)知識，各種安全評價方法的含義、過程、可操作性及優(yōu)缺點；第五，系統(tǒng)性：各個子系統(tǒng)的評價數(shù)據(jù)和資料要進行系統(tǒng)性的管理，形成一個和諧的整體。

2采礦可視化技術(shù)研究與應(yīng)用

近十年來，計算機仿真模擬技術(shù)在礦山領(lǐng)域開始大量研究和應(yīng)用，推動了新時代可視化技術(shù)的應(yīng)用。其中，虛擬仿真技術(shù)在礦山安全工程方面取得了大量研究成果。國外學(xué)者開發(fā)出逼真的、人機交互式的、三維的、動態(tài)的礦業(yè)空間環(huán)境，可實現(xiàn)采礦作業(yè)的動態(tài)風(fēng)險評價、安全培訓(xùn)、實時監(jiān)控等。

3采礦可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

近二十多年來，計算機輔助建模技術(shù)在國內(nèi)安全科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域已有大量研究和應(yīng)用，用以加強安全生產(chǎn)監(jiān)控，以達到減少安全事故的目的。大量學(xué)者和科研機構(gòu)對生產(chǎn)過程控制與調(diào)度，生產(chǎn)安全方面的技術(shù)進行廣泛研究，自主開發(fā)出適合我國礦山情況的數(shù)字礦山整體控制系統(tǒng)。研究成果顯著的研究機構(gòu)有中南大學(xué)數(shù)字礦山研究中心，其開發(fā)的DIMINE數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺和礦山三維調(diào)度指揮系統(tǒng)，以“防患于未然”為原則，成功建立了安全避險“六大系統(tǒng)”，包括綜合通訊控制平臺、人員定位系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、綜合軟件平臺。與此同時，普渡大學(xué)智能過程系統(tǒng)實驗室開發(fā)完成了HAZOP Expert軟件，經(jīng)過在多項石油化工裝置安全評價中應(yīng)用，以及與人工評價結(jié)果對照，表明自動評價比較簡單、易行，其評價思路與人工評價具有很好的一致性，不但效率高、速度快，而且評價結(jié)論的完備性更好。

3.1采礦研究中的問題

礦產(chǎn)開采主要是在地下進行工作，并且在開采過程中，涉及的環(huán)節(jié)較多。相關(guān)的工程技術(shù)人員在實際的礦產(chǎn)開采的過程中，會遇到各種各樣的問題，為了更好的解決這些問題，就需要工作人員準確的把握井下系統(tǒng)的巷道空間位置關(guān)系。目前我國的采礦工程中所使用的設(shè)備很少有三維立體礦井巷道系統(tǒng)模型，工作人員只有發(fā)揮自身的空間思維想象能力去估算巷道的三維位置。 （下轉(zhuǎn)第271頁）（上接第259頁）

3.2計算機輔助設(shè)計的可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)前，計算機輔助設(shè)計技術(shù)正在逐漸向三維立體和可視化的方向發(fā)展，并且在采礦工程中，該技術(shù)仍然有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。目前，在采礦中使用較為廣泛的輔助計算機軟件有Auto計算機輔助設(shè)計軟件，借助該軟件可以較為系統(tǒng)的、高效的繪制出三維立體礦井巷道布置系統(tǒng)模型，有利于實現(xiàn)可視化的目的，進而為更好的解決各項問題提供指導(dǎo)。巷道空間呈現(xiàn)交錯狀態(tài)，使得工程技術(shù)人員不能很準確的確定井下系統(tǒng)的巷道空間位置。計算機輔助設(shè)計的可視化技術(shù)應(yīng)用，可以使礦井巷道的分布更加清晰、可辨，具有非常好的可視化效果，可以讓技術(shù)人員對礦井的三維結(jié)構(gòu)有更深刻的了解，以便在構(gòu)建三維模型的過程中探尋更多解決問題的辦法。同時，采礦工程的相關(guān)技術(shù)人員也可以更快速的掌握三維礦山系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，最終達到提高采礦工程生產(chǎn)效率的目的。

3.3數(shù)值模擬的可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的應(yīng)用

通常情況下，在解決礦山壓力、巖層控制等問題的時候，需要進行全面的分析，構(gòu)建相應(yīng)的三維動態(tài)空間，這樣才可以更好的對采礦工程中可能出現(xiàn)的各種影響因素進行全面的分析。在采礦工程中，借助數(shù)值模擬的可視化技術(shù)，能夠直接模擬各種情況，并且能夠是實現(xiàn)對礦山的壓力變化情況、不同部分的變形等情況的清晰顯示。例如：在采礦過程中，頂板巖層受力變形過程的數(shù)值模擬，上部為邊界，根據(jù)各層分布情況和深度來施加相同的重力，兩邊分別為支邊，下邊為固定點，以保持水平方向的平穩(wěn)。數(shù)值模擬的可視化技術(shù)應(yīng)用，可以有效與其它可視化技術(shù)相結(jié)合，是我國采礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支持。工作技術(shù)人員到礦井現(xiàn)場實習(xí)，所看到的情況只是靜態(tài)現(xiàn)象，只能從理論上或者資料上去進行空間想象，這樣會存在一些弊端。在解決該方面的問題時，數(shù)值模擬計算方法就具有其獨一無二的優(yōu)勢，并且數(shù)值模擬計算方法的發(fā)展也越來越受到采礦工程的重視，逐漸的被采礦工程所引用。

4結(jié)語

隨著信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)在礦山安全評價、安全監(jiān)測、安全控制與安全訓(xùn)練等多領(lǐng)域多層面，正在或即將發(fā)揮著越來越大的作用。在日常工作中，要堅持安全評價方法的制定原則，提高安全評價方法的準確性。與此同時，可視化技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用會越來越多，而且會出現(xiàn)更加先進的技術(shù)，這就可以更好的提高采礦工程的整體生產(chǎn)效率及其安全穩(wěn)定性。

參考文獻

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