安全评价方法与采矿可视化技术的研究综述

张丕洪 马天勇

摘 要：本文通过梳理大量的相关研究文献，在目前的矿山安全数字化建设中，可以做到利用三维可视化技术，对矿床地质进行模拟，并将模拟出的矿井环境安全参数或设备工况参数实时传递给监测系统进行动态监测。将三维可视化技术引入到安全评价科学技术中，建立一个长效互通机制，结合可视化模型与传统安全评价方法，可使得对地质环境危险程度的评价更加科学。

关键词：采矿；安全评价；可视化；文献

传统的矿山开采安全评价程序是通过现场勘察收集地质环境资料，采用安全分析方法，进行危险因素辨识与分析，确定评价单元，之后选定评价方法对矿山开采可能造成的地质环境的危险程度做出定性或定量评判。但是由于残矿形态各异、赋存的地质环境复杂，采用传统地方法难以全面、准确掌握影响开采的不安全因素和重大危险源，不能客观地评价残矿体开采的安全性，更不能针对性地采取合理地安全防范措施。

可视化技术通过计算机三维显示技术，将隐蔽不可见的矿体形态与环境直观、清晰地展现出来，这有利于全面了解和掌握矿体的开采条件，合理地评判矿体开采的安全性。

一、传统系统安全评价研究与应用现状

系统安全评价方法从定性方法到定量方法，再到模糊评价方法，灰色综合评价，经历了一个由粗放到精细的演变过程。在系统分析方法的研究中，如今世界上系统安全分析方法已有数十种，其中广泛采用的方法有安全检查表（SCL）、事故树分析（FTA）、故障类型影响分析（FMEA）、事件树分析（ETA）、危险与可操作性研究（HAZOP）、预先危险性分析（PHA）、作业条件危险性评价（LEC）等。在系统安全评价的研究中，比较成功的是美国道化学公司（DOW）和英国帝国化学公司（ICI）的火灾、爆炸、毒性指数的安全评价方法。

近十多年来，矿业在安全评价领域引入数学方法和计算机技术，使得矿山安全评价得到进一步的发展。以模糊数学为基础的安全评价方法的提出拓展了原有系统评价方法的种类，我国矿山中已展开研究的方法有模糊综合评判方法、灰色预测综合评价方法、矿山工程安全评价法等。以计算机程序设计、人工神经网络技术，三维可视化技术为基础的安全评价得到了一定的发展。

有学者将人工神经网络技术应用于矿山安全评价，如陈魏利用人工神经网络设计出煤矿综合安全评价模型对义马煤业集团公司下属耿村、常村等矿进行评价。还有学者进行计算机辅助安全评价技术的研究，开发安全评价软件，如刘坤设计并开发了非煤露天矿安全评价的计算机辅助系统，形成了定性的安全评价模块、半定量的安全评价模块和定量的安全评价等三大模块。

二、采矿可视化技术研究与应用

20世纪90年代中期，如盖尔施泰因所预期的：数据库技术、三维图像处理技术（包括软件和硬件技术）飞速发展和逐渐成熟，为矿山可视化技术注入新的活力。我国对计算机辅助地质建模技术作出了大量的研究和应用。具有代表性的研究成果有：具有交互式三维图形处理功能的地质建模和可从事地下采矿设计的系统。如：一些矿山企业通过引进国外先进的软件技术进行生产管理，如：梅山铁矿以Mapgis为信息管理平台，Surpac为三维模型平台，涵盖从地质样品数据录入到回采出矿管理整个采矿生产过程的集地质、测量、采矿管理于一体的数字化采矿管理系统。还有一些企业对引进的软件进行二次开发，也出现了有价值的开发产品，如山东黄金矿业的新城金矿于2007年引进加拿大Gemcom公司的Surpac矿业软件，还利用该软件的打印绘图模块实现生产过程中各种图件的自动化绘制及打印。

近十年来，计算机仿真模拟技术在矿山领域开始大量研究和应用，将可视化技术带入新时代。其中，虚拟仿真技术在矿山安全工程方面取得了大量研究成果。国外学者利用VR 技术开发出逼真的、人机交互式的、三维的、动态矿业空间环境，可实现采矿作业的动态风险评价、安全培训、实时监控等。

三、采矿可视化技术在矿山安全领域的研究与应用

近二十多年来，计算机辅助建模技术在国内安全科学技术领域已有大量研究和应用，用以加强安全生产监控，以达到减少安全事故的目的。大量学者和科研机构对生产过程控制与调度，生产安全方面的技术进行广泛研究，自主开发出适合我国矿山情况的数字矿山整体控制系统。研究成果显著的研究机构有中南大学数字矿山研究中心，其开发的DIMINE数字采矿软件系统平台和矿山三维调度指挥系统以“防患于未然”为原则，成功建立了安全避险“六大系统”，包括综合通讯控制平台、人员定位系统、通讯联络系统、监测监控系统、视频监控系统、综合软件平台等。

其中，将仿真模拟技术应用于安全科学领域，国外学者已作出了大量研究和应用。美国矿业通过采用计算机仿真模拟、虚拟现实技术，预测采矿过程中由于操作失误、控制系统故障或设备故障等非正常原因导致的危险事故，以及故障在流程中传播的不利后果，并将采矿工艺和安全控制融合在一起，发挥各自的长处，这样就增强了对安全隐患的预见性，大幅度减少煤矿挖掘中的意外险情，同时还可以设定干扰，以确定最佳的安全控制方案和救援预案。

通过将符号定向图法（SDG）引入危险与可操作性分析（HAZOP），美国在计算机辅助安全评价方面做出了积极的探索，实现了计算机辅助安全评价技术的飞跃。例如，普渡大学智能过程系统实验室开发完成了HAZOPExpert 软件，经过在多项石油化工装置安全评价中应用，以及与人工评价结果对照，表明自动评价比较简单、易行，其评价思路与人工评价具有很好的一致性，不但效率高、速度快，而且评价结论的完备性更好。国内，仿真技术的研究与应用较早，发展迅速。随着安全科学技术特别是安全系统科学的发展成熟，安全模拟与安全仿真学已成为其重要学科分支。随着信息技术和计算机技术的发展，仿真技术在矿山安全评价、安全监测、安全控制与安全训练等多领域多层面，正在或即將发挥着越来越大的作用。

参考文献：

[1] 曲芳，徐文娟，李广录.矿车自重及其重心位置对矿车运行特性的影响分析[J].煤矿机械，2009（04）.