地下礦山安全避險“六大系統”數字化集成路徑探索

李勝華

摘要：盡管地下礦山的開采實施十分關注效益，關注礦產資源量，但也必須以安全為基礎和前提。應國家安全監管總局的倡議和要求，地下礦山需配合安全管理實踐，組織開展安全避險“六大系統”的搭建工作。而在當今的數字化技術背景下，系統搭建的集成性將更能得到有效體現。本文首先分析系統集成以及“六大系統”的數字化集成，然后指出“六大系統”數字化集成應體現的特點，說明數字化集成帶來的意義，最后探討相關數字化集成的實現路徑，以供參考。

關鍵詞：地下礦山；數字化；“六大系統”

地下礦山遠離地面，內部的開采場地、巷道等情況錯綜復雜，如果沒有安全避險方案作為保障，就會使礦產資源開采的過程始終伴隨事故風險，充滿不確定性。而安全避險“六大系統”為地下礦山設置了安全網格與屏障，升級了相應的安全管理，也更加有章可循。但是當前各類地下礦山難以滿足傳統的“六大系統”安全管理模式，而要把時代性、先進性的技術融入進去，不斷升級“六大系統”。本文立足于對數字化技術的融合，促使安全避險“六大系統”成為高度集成化的大系統，有助于地下礦山安全管理一體化升級，使管理效率與技術進步掛鉤。

一、關于“六大系統”集成

（一）系統集成

系統集成以多樣化的集成技術為手段、媒介，使原本處于獨立運行狀態的各類型設備或設備上的功能以及展示的信息等，都被歸納到統一的大系統中，從而實現互關互聯、彼此配合。其中，能被高效率應用的集成技術有很多，例如，軟件界面集成技術、功能集成技術、綜合布線技術、網絡集成技術等。在系統集成的情況下，原獨立設備、功能等承載的信息資源、運行功效均被合理共享，而且共享過程極為便捷。

當然，在系統集成基礎上，內在也可以劃分更多子系統。換而言之，集成性主要體現在能將相對獨立的小系統借由集成技術，集成為一個宏觀的、效率更高的大系統。

（二）“六大系統”數字化集成

煤礦安全避險“六大系統”是國家強制要求礦山企業必須建立和完善的安全保障體系之一。對于礦產開采領域而言，“六大系統”具體指監測監控系統、地下人員定位系統、通信網絡系統、緊急避險系統、壓風自救系統以及供水施救系統。安全避險“六大系統”建設要滿足國家關于礦井安全設施建設的標準，也要不斷推進“六大系統”的深度融合，保持一定的技術先進性，符合礦山本身生產經營實際需求。圍繞這幾大系統的高效率集成，加入數字化技術應用，是將三維可視化平臺作為一個安全避險管理介質，統一協調調度各個系統，促使統籌運行、協調協作、高效決策的目標得以達成。而數字化集成完成后，各個系統不再自成體系，會自動轉化為一個安全避險體系節點，促使有效的采礦管理信息得以在節點上串聯、溝通，從而消除信息“孤島”。由此，所有的調度協調、應急救援等工作就被集合為一個整體，而且工作過程可視、不分散。所以數字化集成下的“六大系統”也應被視作安全管理智慧系統。

二、“六大系統”數字化集成的特點

（一）系統立體而可視

有數字化技術做鋪墊，被集成的各系統、各應用能進行高精確度建模，從而在網絡空間內模擬一個三維立體化的地下礦山場景，可視化可以反映實時的地下作業環境、生產狀況，便于安全管理者進行必要的瀏覽和開展相應的檢查、分析工作。

（二）系統運行可靠

目前，可輔助數字化系統集成實現的光纖網絡是以太環網。網絡得以布設后，不僅數據傳輸速度快，還能合理應對突發故障。例如，當某個節點突發故障，集成系統會即時向對應的地下礦山調度中心輸送告警信息，還會及時智能化切換到新的環網數據傳輸端口，以確保系統 持續運行。

（三）系統自動更新

數字化技術應用的一大便利是自動更新系統數據，融入到“六大系統”后，可實時進行新的數據建模，以確保集成系統內的地下礦山綜合情況數據不失真、不缺漏。因為地下礦山生產的過程是動態的，對應的山下或井下礦體體積、采掘面、巷道等信息數據并非一成不變，所以需要實時調整三維建模，做出有效的信息展示，而該問題能在數字化集成環境下很好地化解。

（四）系統留有擴充空間

數字化集成安全避險系統的基礎框架是“六大系統”，但同樣也允許系統擴容，主要是要考慮到地下礦山開采事業的與時俱進以及綜合管理系統建設的動態更新與升級需求。因此，得以實現的數字集成化安全避險“六大系統”應是空間開放的，允許繼續有新的平臺功能加入。

三、“六大系統”數字化集成的意義

（一）發揮“六大系統”的集成數據效應

在數字化集成前提下，“六大系統”既能集中管控數據，又能確保安全管理中數據的安全性，并深度挖掘集成數據的價值。實際上，這發揮了“六大系統”的集成數據效應：第一，數據的集中管控體現在，數字化集成完成后，原本各行其是系統下的采礦相關數據被最大化和更快地集中起來，以進行統一化管理，提升數據管理效率。第二，數據的安全性體現在，數字化集成完成后，原本分散、非可視化管理的數據變得集中、透明，可得到實時反映，所以數據的失真概率切實降低，也能使管理者及時查缺補漏。此外，數據深度挖掘體現在，數字化集成后，便于安全管理者基于系統建模、生產報告等數據信息補充和更新安全避險管理方案以及地下礦山開采策略的前瞻性研究等，這發揮的是系統數據超值效應。

（二）發揮“六大系統”的集成功能效應

在“六大系統”各自運行時，各系統自身的功能發揮成效還存在局限性。經過數字化集成，每個系統的自身功能既是原功能本身，又是總體系統中互聯互通的節點，所以無形中放大了其產生的作用，也就是集成系統的綜合效應。同時，“六大系統”的各自功能實際上是用于輔助人力、替代人力的功能。系統原本各行其是，一定程度上改善了地下礦山安全避險管理的狀況，降低了安全風險防范消耗的人力，且效果很好。而加入了數字化集成特征后，新的安全避險系統基于功能的集成管理與效應發揮，促使管理操作更為簡潔，所需人力更少，發揮的礦山風險防控作用更強。例如，任何系統節點出現事故防范提示時，調度中心都會及時了解情況，繼而以簡潔的系統操作進行管理協調，從而降低潛在的事故威脅性。

四、地下礦山安全避險“六大系統”數字化集成的實現

（一）監測監控系統的集成體現

1.以視頻展示為表現的數字化監測監控系統集成

該集成的實現要先確定一個統一的、唯一的網絡IP地址，以此為基礎進行視頻監控的集中展示。IP地址是一個視頻窗口，連接監控監測系統下設的所有攝像頭，以此顯示各監控場景的實時畫面，且支持隨時調用監控畫面。其中，一旦有攝像頭發生故障，正在顯示的視頻畫面就會存在異常，而管理者可以結合畫面圖像情況分析與判斷故障問題，也能針對故障攝像頭進行三維定位，快捷鎖定此時的空間位置。由此，盡快維修后續的攝像頭設備，縮短故障位置排查時間。同時，在相應的監控視頻展示中，也可以分類標識地下礦山重點監控位置，以便隨時調看相應位置的作業狀態，同時便于進行地下礦山安全管理分級。視頻監控子系統的優點在于實時化、直觀化，掌握地下礦山下的人員作業表現情況、發掘面或巷道危險源情況、設備運行情況，以避免違規作業、重大危險及嚴重故障等。特別是，視頻對地下礦山采掘環境的重現能讓管理者對著畫面進行安全避險分析，包括分析事故原因、排查重危隱患等，以此提高管理的“知行合一”水平，使突發狀況中應急救援及逃生不脫離實際。

2.以專項分類為表現的數字化監測監控系統集成

該集成的實現主要依托傳感器，即有效連接所有的監控設備與傳感器，后者可以實時采集、調用和計算分析相關的監控設備數據參數，包括鎖定監控設備的空間位置。這一系列的過程實現也十分快捷，甚至可以稱之為即時。而當傳感器成功獲取對應的監測監控數據后，基于與數據預設參數值的對比，可以計算分析監控設備所在位置的安全情況，進而針對危急情況作出報警提示。專項分類的監測監控子系統主要分為：

（1）通風子系統

礦山井下采礦工程大部分采用鑿巖爆破方式，會對井下作業人員構成中毒隱患。該系統的監測監控中，借助傳感器的輔助，能全面管理和分析通風監測設備采集、承載的信息數據，包括監測位置、空氣溫度、空氣成分含量、風流風速等，首先對既定點位的通風實時監測。同時，一旦監測監控點位的空氣狀況有異常，主要和空氣預設值不符，并已達到危害人體健康、安全的限值，系統會立即發出報警信息。

（2）提升子系統

該系統進行監測監控借助傳感器能實時高效采集系統運行的相關數據參數的功能，例如，狀態、空間位置等參數，也能實時采集卷揚機運行的對應數據參數，例如，電壓、電流、功率、加速度等。當有提升系統運行異常出現時，相應的報警機制也會被觸發。

（3）巷道子系統

該系統進行監測監控中借助傳感器能實時采集巷道設備的各項參數的功能，例如，傳輸狀態、空間位置等參數，還能及時比較參數數據與預設值之間的差異，以判斷是否存有異常，并根據需求發出報警信息。

（4）其他子系統

與上述系統同理，在其他子系統的監測監控中，借助傳感器能采集對應設備的各項參數，還能及時比較參數數據與預設值之間的差異，以判斷是否存有異常，并根據需求發出報警信息。其他子系統可細化為很多主體，例如，空氣指標子系統、排水子系統、地表監測子系統、尾礦壩監測子系統等。

（二）人員定位系統的集成體現

該系統集成的實現中有助于人員定位數據庫發揮作用，即可調用數據庫信息，實時掌握人員的精確位置。在定位中，利用所在人員定位基站的基礎定位功能計算三維空間位置，從而精準顯示選定監測人員、設備的位置，采集與統計相關數據，最終匯集為數據庫。當需要查詢定位信息時，基于人員持續定位與記錄位置信息，再結合系統建立的豎井巷道模型（三維），就可以仿真回放指定人員的軌跡。定位系統在數字化環境下，可體現數據精準、瀏覽直觀的優勢。

（三）通訊聯絡系統的集成體現

該系統旨在緊急情況發生時，使地下礦山危險區域的人員在通訊暢通的情形下收到警報信息，繼而迅速組織撤離。而在數字化集成的基礎上，該系統將嵌入通訊和網絡廣播報警系統，以更高效地發出警報，并加入安全分析功能，以更科學地分析避災路線，指導危險區域人員平安撤離。此外，系統中也要加入智慧通訊卡設備，當發生險情時，人員可立即按卡上的通訊報警按鍵，向系統自動報告危險源相關信息，而通訊卡與地面凋度指揮中心要形成智慧化連接。

（四）緊急避險系統的集成體現

該系統依托傳感器組（設置在緊急避險硐室），能采集井下各項參數，例如，飲水、食品參數，供水供風管路參數、有毒有害氣體檢測儀器參數、人員自救器參數、照明設備參數等，以反映真實狀態，從而在三維可視化集成平臺上展示，為緊急避險需求做鋪墊，而管理人員可以為井下人員制定最為合適的安全逃生路線，幫助他們明確地下避險位置。

（五）壓風自救系統的集成體現

該系統依托的傳感器分別安設在各壓風管道上，可細化為壓力監測傳感器、閥門狀態監測傳感器、空氣質量監測傳感器等，以分類集成各參數數據，促使壓風自救系統的常態化運行、維護都有充分的數據支撐。一旦有緊急情況出現，相關異常參數數據也會反映在三維可視化集成平臺上，輔助管理者進行壓風自救相關避險判斷。

（六）供水施救系統的集成體現

該系統依托的傳感器安設于供水管道上，例如，水質監測傳感器、壓力監測傳感器、生產生活供水閥門監測傳感器等，以分類集成各參數數據，促使供水施救系統的常態化運行、維護都有充分的數據支撐。一旦出現供水緊急問題，相關異常參數數據會反映到三維可視化集成平臺，提示調度管理者進行供水系統調控。

五、結語

綜上所述，當前地下礦山“六大系統”走向數字化集成幾乎是必然選擇，能為相應的安全避險管理提供充足的技術支撐，使安全管控可操作性更強。本文對相關數字化集成實現的論述是基于數字化技術中的一些優勢展開的，例如，三維定位技術、可視化技術、傳感技術等。但實際上，數字化是一個宏觀的發展方向，其中包括的技術要素是多樣的，且數字化的發展也有廣闊的前景，未來還會不斷有新的技術發明、技術升級。因而，本文的論述仍有待在地下礦山安全避險“六大系統”數字化集成實踐中進行不斷的補充、糾正。

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