信息化技術在地下礦山安全的應用

汪精浩

（1.煤科集團沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

信息化技術的發展對當今世界產生影響越來越重大，信息技術革命是經濟發展的持續動力，更推動世界科技不斷向前。信息化技術是在計算機技術和通訊技術的基礎上，對信息進行獲取、加工、儲存、分析、傳輸，信息技術主要功能為為設備提供系統以及進行信息服務。信息化技術近幾年不僅對經濟、科技產生著巨大影響，對礦業的發展也提供了歷史性的機遇。信息技術具有強大的滲透性以及便捷性，與傳統的行業結合，對傳統設備進行優化，使得傳統設備更加智能化、自動化、通用化、數字化，提高信息傳輸的準確度，加快信息傳輸速度。信息化技術在地下礦山的應用，對礦山的整體安全提供技術保障，信息化技術在地下礦山主要應用于地下礦山的安全監控、安全預警、安全監管、安全監管，對于事故預防以及突發事故的處理起著重要的作用，信息化技術在地下礦山的應用將大大提高礦山安全的整體水平。

1 當前地下礦山安全現狀分析

我國礦山具有分布廣泛、規模較小、種類復雜、基礎差等特點。由于早期技術管理不到位的影響，我國礦山開采安全形勢比較復雜，早年間礦山開采，安全事故如山體崩塌、地表塌陷等事故不斷發生，對社會穩定以及人民的生命安全都帶來了較大影響。為了避免礦山安全事故的發證，礦山企業必須做好安全管理工作。我國礦山生產過程中主要存在以下幾項安全問題：第一，我國礦山具有地質繁雜的特點，這樣的地質特性極大地增加了礦山安全發生事故的可能性；第二，在礦山安全管理過程中，不僅缺少較為完整的檢測系統，也沒有較為先進的檢測方式；第三，對于礦山安全管理投資不足，對于礦山安全管理的資金投入較少。第四，不能及時解決安全問題，給安全問題不斷累積的機會。人類社會發展過程中，安全問題是不可避免的問題。人類在社會工業化進程中，從大自然獲取生產資料以及生活資料的過程中，不可避免地遭受大自然的傷害，在不斷發展過程中，也難免由于獲取資料工具的使用不當遭受意外。因此，在礦山利用過程中，提升安全性，對于人類經濟發展以及降低開采成本有著巨大的現實意義。運用當前成熟的信息技術對礦山進行安全監控，成為提高礦山安全的重要途經，降低礦山安全事故發生的概率，降低成本，提升經濟效益。

1.1 地下礦山開采特性

地下礦山開采主要包括金屬開采、非金屬材料開采、煤礦開采以及石油開采。石油、天然氣的開采一般使用鉆井法，其余資源開采主要運用巖鑿、爆破方式，再進行運輸。無論地下開采還是露天開采，相同之處大于不同，最主要不同便是設備運用不同以及自然條件不同。地下開采條件相比露天開采更差，主要具有以下幾點特性：第一，地下礦山開采工程較為煩瑣，可見度較低，空間較小。墜井、觸電事故的發生率較高。第二，地下礦井通風差，空氣流動差，很容易發生氣體中毒事件，當火災事故發生時，危害性更大。第三，地下可見度低，工作人員對于地質條件的觀察較難，地質條件對于地下礦山開采安全有著重要影響，若觀察錯誤，冒頂、突水等事故很容易發生。第四，地下開采遇到采空區很容易造成地表塌陷，對地上建筑物安全也會造成較大威脅，嚴重時，還可能會產生井下沖擊，威脅井上井下安全。

1.2 地下礦山災害類型

（1）地下礦山冒頂片幫災害。冒頂片幫是地下礦山最容易發生的災害。主要表現形式包括巖層的脫落、塊體冒落、不良地層塌落等。對于一些巖石具有軟弱夾層和礦巖穩定性較差的礦山，發生冒頂片幫的概率較大且規模較大，容易引起較大規模的事故。

（2）地下礦山深部巖爆災害。部分金屬開采已經達到地下1000m，地下硬巖層由于地下高壓開采，很容易發生地下巖爆的事故。發生巖爆事故時，地表也可以聽到如雷的響聲，對井巷工程危害極大，甚至會使得地表區域發生塌陷，造成巨大安全事故。

（3）地下礦山地表塌陷災害。地表塌陷容易在金屬礦發生。在礦山開采的過程中，淺部的空區加上過大的開采影響，在接近地表層的巖層移動過程中，會對地表的一些建筑以及道路造成影響，使得地表塌陷，嚴重時甚至會發生山體滑移。

（4）地下礦山井下突水災害。在地下礦山開采過程中，操作方式違規或者進行非正常的開采是造成井下突水的重要原因。在作業的過程中，由于存在積水的巷道和采空區，或者當開采時遇到地下暗河等情況，都很容易發生井下突水，很容易造成較大的傷害。

（5）地下礦山大面積空區垮塌災害。由于一些礦山開采技術的限制，如空場法、崩落法等方法，會使得地下礦山容易形成較大空區和崩落空區。不斷的開采，不斷的積累，使得空區面積不斷擴大，達到一定程度時，便會發生大面積的空垮塌。如果沒有良好的預防與處理，會嚴重威脅人身安全，損害經濟。

2 信息化技術在地下礦山安全的應用

信息化技術在地下礦山中的高度運用，建設信息化礦山是中國礦山發展的必然道路。信息化技術對于礦山安全、高效開采具有重要意義，地下礦山開采的可持續發展離不開信息化技術的支持。信息化礦山的建設過程中，安全信息化建設是很重要的一部分，安全信息化建設離不開安全信息化系統的建設，礦山的信息化是一個較為復雜的過程。因此，在礦山信息化建設過程中，腳踏實地，結合實際情況，制定相應計劃，構建框架，一步步建設是至關重要的。安全信息化礦山框架構建是一個較為復雜的過程，通過對地下礦山安全的分析，主要將信息化安全礦山框架分為核心控制、動態監控、預警系統、安全決策支持、安全管路信息系統等多個系統。逐步建立與完善，在穩固的基礎上再進行穩步發展。

2.1 基礎數據庫的建立

礦山數據庫的建立需要搜集礦山相關多種數據庫中的有價值信息，將這些具有價值的信息進行整理整合，構建一個綜合的礦山數據庫。這個數據庫需要具有實時更新、動態變化等特點，隨時隨地可以將礦山相應數據傳遞給中央控制室。構建這種實時變化的礦山信息庫，第一步便需要進行信息采集系統的建立，此種信息采集系統需要快速、準確、自動化，信息系統是礦山基礎數據化建立的基礎，這種信息系統除了需要良好的信息處理基礎技術外，還需要具有可以結合礦山3D建模，對礦山進行技術分析，模擬開采，還需要對礦山井下可以在第一時間做出定位，保障礦山開采的安全與高效。

2.2 安全監測系統的應用

過去礦山開采過程中，對于礦山開采的安全預警往往憑借礦工的經驗，礦工將自己的經驗與客觀觀察事物結合在一起，預防礦山事故的發生。經驗預測法預測準確率較低，并且經常會預測錯誤，造成經濟損失與人員傷亡。隨著科學技術的不斷進步，對礦山開采過程中事故預測的手段也在不斷地進步，預兆事故的方式不斷從主觀經驗的方法逐漸轉變為科學系統的預測方法，運用一些儀器增加預測準確性，如探地雷達、火災預警器等。儀器的應用對于安全事故的預測科學性的提高起到了重要作用。在科學技術與信息技術發達的當今，將儀器的數據與計算機網絡技術、數據庫技術、通信技術、自動監測與控制技術等相結合，通過儀器對地下氣體含量估算、對地下溫度、濕度估算并傳輸給信息系統，信息系統通過分析與實時監控，對地下狀態進行實時評估，達到了預測安全事故以及評價安全系數的作用。在預測到安全事故即將發生時，根據設定進行預警并指揮控制，將大大降低安全事故的發生。

2.3 安全決策系統的應用

安全決策系統的建立需要對射頻技術以及定位技術進行充分應用，并在GIS系統的支持下，對地下工作人員分布達到地上可視，并對人員分布密度可以進行及時調整，確保人員安全。在計算機技術的支持下，對圍巖與地表進行分析，充分利用有限元，從而預測事故的發生與否，從預測、預防提前降低事故發生風險。

2.4 安全管理信息系統的應用

對信息管理系統的完善以及對應急救援系統的管理維護是安全管理信息系統完美運用的基礎。礦山的基本生存情況除了管理者的觀察外，還可以與其他系統進行連接進行評估與反應。通過及時的評估，對礦山的生產情況及時管理，對通風、排水、防塵、通信等方方面面進行調整，出現問題及時解決，提升礦山整體安全性。對于地下礦山安全監測的研究尤其是信息化技術在地下礦山充分應用的研究具有重要的現實意義。對于礦山安全信息化技術應該保持不斷探討，不斷進步的態度，將信息化技術與地下礦山的開采完美地融合在一起，從信息采集到建立完整的信息庫再到將信息技術與礦山實際結合并完美應用，是一個漫長的過程，只有不斷前進，才能有效地減少礦山安全事故的發生，提高地下礦山開采的安全性，推動整個礦山行業的可持續發展。