濟南鋼城礦業公司數字化安全礦山的構建

王孝虎

（山東鋼鐵集團礦業有限公司， 山東 濟南 250101）

濟南鋼城礦業有限公司（全文簡稱公司）原為濟南張馬屯鐵礦，始建于1966年，為濟鋼集團有限公司的全資子公司。公司床水文地質條件極其復雜，涌水量特別大，為國內外罕見的大水礦山。建礦以來，成功地實施了小帷幕注漿堵水試驗工程和大帷幕注漿堵水工程，實現了安全開采。經過多年的建設，公司已發展成為1座年設計生產能力50萬t，采礦、選礦、充填互為原料、綜合平衡的良性閉路循環，安全、高效、無廢排放的綠色中型地下礦山。多年來，公司堅持以人為本，牢固樹立安全發展的理念，堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，緊緊依托科技進步，不斷加大安全生產投入，推廣應用安全適用的技術裝備和防護設施，保障了安全生產。近幾年來公司累計投資500多萬元，先后建設了帷幕穩定性微震監測系統、視頻監控系統、井下人員跟蹤定位管理系統、井下無線通訊系統等項目，走出了一條富有特色的數字化礦山建設之路。

1 數字化礦山建設情況

近年來公司從自身需要出發，緊密結合生產安全實際情況，先后引進實施了一些先進的數字化監測監控技術手段，積極建設數字化礦山，不斷提升了礦井的本質化安全水平。

1.1 研究開發了帷幕穩定性微震監測系統

公司作為國內外罕見的大水礦床水文地質條件極其復雜，經過幾次帷幕注漿堵水工程，實現了礦體的安全可采。帷幕作為礦山安全開采的屏障，其穩定性對與礦山安全開采至關重要，但受水文地質條件復雜性和注漿施工技術適宜性的限制，帷幕工程并不均勻，帷幕薄弱位置在爆破震動的影響下可能發生變化，而且帷幕內外的高水力差異也會引起巖石穩定性變化，從而導致帷幕的穩定性存在不確定性，甚至發生破壞。如果帷幕的穩定性發生大變化，又沒有預先監測預報并采取應對措施，可能發生滅頂之災，其后果不堪設想[1-4]。

作為礦山安全的重要措施，在國內外的深井礦山中得到了廣泛應用。2006年9月開始，公司與大連大學、青島理工大學等合作，投資近150萬元，開展了帷幕穩定性微震監測研究，引進加拿大ESG公司的微震監測系統，建成了國內第一個帷幕穩定性微震監測系統。利用微震監測技術，建立帷幕穩定性微震監測系統，實現了對張馬屯鐵礦注漿帷幕的微震活動24 h連續監測，獲取了大量微震事件的時空數據、誤差、震級以及能量等多項震源參數，應用系統的分析軟件對監測數據進行初步分析研究，基本可以評價帷幕的穩定性。

1.2 礦井視頻監控系統的建設

為提高礦井本質安全，公司從2006年11月份開始建設礦山視頻監控系統，對井上、井下的關鍵設備和崗位進行監控。

一期投資36萬余元，建成的視頻監控系統設有30個監控點，主要分布在副井口、2.25絞車房、選礦球磨機、選礦浮選機、主井口、-240m主井口、-240 m泵房、-240 m配電室、-240 m炸藥庫、-200 m盲立井口、-240 m盲立井口、1.85 m絞車房、-360 m盲立井口、-360 m泵房、-360 m配電室等。該系統通過光纖或視頻傳入安裝在調度室的電視墻顯示畫面，所有信號都由安裝在調度室的1臺服務器控制，同時通過服務器把監控視頻信息傳到公司局域網內，這樣從公司任何1臺聯網電腦都能看到所有監控點畫面。在三個提升系統的絞車房視頻監視器可以實時看到提升罐籠運行及填車、出車情況，給絞車司機安全準確操作提供了保障。監控系統對分析、預防事故，隨時掌握設備、工藝情況提供了便捷條件。從2007年起，公司根據需要又增加了8個監控點，主要分布在井下大巷、斜井、泵房等處。2010年底又投資37萬多元對監控系統的顯示器進行升級改造。經過不斷地對視頻監控系統完善改造，實現了對公司關鍵設備、關鍵崗位的實時視頻監控，有力保障了安全生產。

1.3 井下人員跟蹤定位管理系統的建設

由于地下礦山生產的特殊性，井下作業面分散、施工地點多、井下環境特殊復雜，很多地方不具備通訊條件，在遇到突發涌水等緊急情況時，不能準確掌握具體的施工人數和作業地點，僅靠現有的通訊設施不能在第一時間內通知到作業人員及時撤離，在實施救援時也難以確定人員位置，不利于進行統一的自動化調度管理，給公司的安全生產管理帶來很大的隱患。

公司根據井下生產和安全實際情況，于2008年10月投資45萬元建設了安裝井下人員定位管理系統。實現了：人員定位，人員跟蹤，運動軌跡回放；實時圖形顯示、查詢、人員超時報警；考勤和特殊工種管理；數據統計分析等功能。

礦業公司井下人員定位系統主要由監控主機、24臺數據采集器、2臺KJJ108光纖數據傳輸接口和幾百個人員標識卡組成。整個礦井一共設計分布了24個KGE102-RX無線數據采集器，分別用于人員定位和考勤管理。系統通訊主干網采用光纖進行傳輸,KJJ108光纖數據傳輸接口有四路RS485信號，可根據實際情況擴充接入8～16個采集器。每名下井職工的信息通過佩戴的IC磁卡，由在附近數據采集器收集后傳輸到井上調度中心，通過屏幕顯示，隨時掌握下井人員的位置，當出現緊急情況時，能夠及時通知撤離和救援，提高了礦井應急反應能力。

1.4 -360 m水平排水遠程控制系統的建設

作為大水地下礦山，排水保障能力是防水的關鍵。-360 m作為最低開采水平，最可能先被突水淹沒，而礦山的一級排水泵房設在該水平。為提高礦井應急能力，在突發涌水情況下既能夠保證泵房人員生命安全，同時又能最大限度保證礦井不被水淹，2009年下半年，公司投資近200萬元對-360 m排水系統進行遠程控制改造，建成了-360 m排水遠程控制系統。-360 m排水遠程控制操作：由超聲液位傳感器連續檢測水倉水位，根據水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，在危險水位時，自動投入運行必要數量的水泵。發生突水事故時，在-240 m泵房或地面遠程啟動、操作-360 m水泵，-360 m泵房無需留人值守。

該遠程控制操作系統的主要特點：

1）根據公司現有設備狀況，在保證操作安全前提下，實現了“自動”、“半自動”、“檢修”三種工作方式。在“自動”模式下，由超聲液位傳感器連續檢測水倉水位，根據水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，在危險水位時，自動投入必要數量的水泵運行。此方式下可實現無人值守。

2）采用了超聲水位計連續檢測水倉水位，自動開停水泵，還能實現分時計費和“移峰填谷”，從而達到節能降耗目的。

3）系統留有網絡接口，可以把井下水泵房的信息由PLC采集，再傳輸至地面計算機，與礦井監控系統聯網后，管理人員在地面即可掌握井下水泵房監控設備的所有檢測數據及工作狀態。

排水遠程控制操作的改造實現了-360 m泵房無人值守，在發生突水事故時，可以在-240 m泵房或地面遠程啟動、操作-360 m水泵，保證了水泵工的安全，提高了礦井應急能力。

1.5 井下無線通訊系統的安裝

濟南鋼城礦業公司已經開采40多年，工作面從-80m到-360m，十幾個分段水平，井口到工作面的距離近2000m，通訊線路比較龐大。20世紀90年代公司投資20多萬元安裝了電話程控交換機，目前已很難滿足要求。近年來，無線通訊技術日漸成熟且費用也逐步降低。為了保證井下通訊暢通，保障安全，公司于2010年在井下安裝了無線通訊系統，共計投資150萬元。

無線通訊系統由移動公司總承包，從移動公司基站的機房中引出光纖，通過光纖將移動信號傳輸到礦井下各條巷道中的井下多模TD－GSM設備，井下多模TD－GSM設備將移動信號通過饋線傳輸到井下各地點，并由各種天線發射出去，最終實現無線信號覆蓋井下各水平主要巷道，公司職工可以在井下移動信號覆蓋的地點自由使用手機，以應對井下各事態的發生，同時可以在移動網絡的基礎上開發更多的應用功能。

井下無線通訊系統的建立解決了井下通信不便的瓶頸，大大提升了公司的應急反應能力，對安全生產具有重要意義。

2 結語

研究礦山生產過程優化及協同控制方法，切實建立關聯自動流程控制模型是建立數字化礦山的關鍵[5]，今后幾年公司將緊密跟蹤國內外礦山安全生產先進技術裝備，從本單位實際條件出發，堅持有計劃有重點地引進、投資建設數字化、智能化礦山，并堅持與日常管理并重，使投資項目充分發揮了作用。我們將以國發23號文件要求為指導，繼續加大安全生產各項投入，確保礦井安全避險“六大系統”建設按時完成，把公司建設成為本質安全型礦井。

[1]姜福興，Xun Luo.微震監測技術在礦井巖層破裂監測中的應用[J].巖土工程學報，2002，24（2）：146-147.

[2]楊志國，于瀾滄，郭然，等.微震監測技術在深井礦山中的應用[J].巖石力學與工程學報，2008，27（5）：1 066-1 067.

[3]黃維新，賈明濤.基于微震監測技術在礦山安全管理中的應用研究[J].中國安全科學學報，2008，18（1）：165-166.

[4]尹賢剛，李庶林.微震監測系統在礦山安全管理中的應用研究[J].礦業開發與研究，2006，26（1）：65-66.

[5]孫豁然，徐帥.論數字礦山[J].金屬礦山，2007（2）：1-5.