地下矿山安全避险“六大系统”数字化集成路径探索

李胜华

摘要：尽管地下矿山的开采实施十分关注效益，关注矿产资源量，但也必须以安全为基础和前提。应国家安全监管总局的倡议和要求，地下矿山需配合安全管理实践，组织开展安全避险“六大系统”的搭建工作。而在当今的数字化技术背景下，系统搭建的集成性将更能得到有效体现。本文首先分析系统集成以及“六大系统”的数字化集成，然后指出“六大系统”数字化集成应体现的特点，说明数字化集成带来的意义，最后探讨相关数字化集成的实现路径，以供参考。

关键词：地下矿山；数字化；“六大系统”

地下矿山远离地面，内部的开采场地、巷道等情况错综复杂，如果没有安全避险方案作为保障，就会使矿产资源开采的过程始终伴随事故风险，充满不确定性。而安全避险“六大系统”为地下矿山设置了安全网格与屏障，升级了相应的安全管理，也更加有章可循。但是当前各类地下矿山难以满足传统的“六大系统”安全管理模式，而要把时代性、先进性的技术融入进去，不断升级“六大系统”。本文立足于对数字化技术的融合，促使安全避险“六大系统”成为高度集成化的大系统，有助于地下矿山安全管理一体化升级，使管理效率与技术进步挂钩。

一、关于“六大系统”集成

（一）系统集成

系统集成以多样化的集成技术为手段、媒介，使原本处于独立运行状态的各类型设备或设备上的功能以及展示的信息等，都被归纳到统一的大系统中，从而实现互关互联、彼此配合。其中，能被高效率应用的集成技术有很多，例如，软件界面集成技术、功能集成技术、综合布线技术、网络集成技术等。在系统集成的情况下，原独立设备、功能等承载的信息资源、运行功效均被合理共享，而且共享过程极为便捷。

当然，在系统集成基础上，内在也可以划分更多子系统。换而言之，集成性主要体现在能将相对独立的小系统借由集成技术，集成为一个宏观的、效率更高的大系统。

（二）“六大系统”数字化集成

煤矿安全避险“六大系统”是国家强制要求矿山企业必须建立和完善的安全保障体系之一。对于矿产开采领域而言，“六大系统”具体指监测监控系统、地下人员定位系统、通信网络系统、紧急避险系统、压风自救系统以及供水施救系统。安全避险“六大系统”建设要满足国家关于矿井安全设施建设的标准，也要不断推进“六大系统”的深度融合，保持一定的技术先进性，符合矿山本身生产经营实际需求。围绕这几大系统的高效率集成，加入数字化技术应用，是将三维可视化平台作为一个安全避险管理介质，统一协调调度各个系统，促使统筹运行、协调协作、高效决策的目标得以达成。而数字化集成完成后，各个系统不再自成体系，会自动转化为一个安全避险体系节点，促使有效的采矿管理信息得以在节点上串联、沟通，从而消除信息“孤岛”。由此，所有的调度协调、应急救援等工作就被集合为一个整体，而且工作过程可视、不分散。所以数字化集成下的“六大系统”也应被视作安全管理智慧系统。

二、“六大系统”数字化集成的特点

（一）系统立体而可视

有数字化技术做铺垫，被集成的各系统、各应用能进行高精确度建模，从而在网络空间内模拟一个三维立体化的地下矿山场景，可视化可以反映实时的地下作业环境、生产状况，便于安全管理者进行必要的浏览和开展相应的检查、分析工作。

（二）系统运行可靠

目前，可辅助数字化系统集成实现的光纤网络是以太环网。网络得以布设后，不仅数据传输速度快，还能合理应对突发故障。例如，当某个节点突发故障，集成系统会即时向对应的地下矿山调度中心输送告警信息，还会及时智能化切换到新的环网数据传输端口，以确保系统 持续运行。

（三）系统自动更新

数字化技术应用的一大便利是自动更新系统数据，融入到“六大系统”后，可实时进行新的数据建模，以确保集成系统内的地下矿山综合情况数据不失真、不缺漏。因为地下矿山生产的过程是动态的，对应的山下或井下矿体体积、采掘面、巷道等信息数据并非一成不变，所以需要实时调整三维建模，做出有效的信息展示，而该问题能在数字化集成环境下很好地化解。

（四）系统留有扩充空间

数字化集成安全避险系统的基础框架是“六大系统”，但同样也允许系统扩容，主要是要考虑到地下矿山开采事业的与时俱进以及综合管理系统建设的动态更新与升级需求。因此，得以实现的数字集成化安全避险“六大系统”应是空间开放的，允许继续有新的平台功能加入。

三、“六大系统”数字化集成的意义

（一）发挥“六大系统”的集成数据效应

在数字化集成前提下，“六大系统”既能集中管控数据，又能确保安全管理中数据的安全性，并深度挖掘集成数据的价值。实际上，这发挥了“六大系统”的集成数据效应：第一，数据的集中管控体现在，数字化集成完成后，原本各行其是系统下的采矿相关数据被最大化和更快地集中起来，以进行统一化管理，提升数据管理效率。第二，数据的安全性体现在，数字化集成完成后，原本分散、非可视化管理的数据变得集中、透明，可得到实时反映，所以数据的失真概率切实降低，也能使管理者及时查缺补漏。此外，数据深度挖掘体现在，数字化集成后，便于安全管理者基于系统建模、生产报告等数据信息补充和更新安全避险管理方案以及地下矿山开采策略的前瞻性研究等，这发挥的是系统数据超值效应。

（二）发挥“六大系统”的集成功能效应

在“六大系统”各自运行时，各系统自身的功能发挥成效还存在局限性。经过数字化集成，每个系统的自身功能既是原功能本身，又是总体系统中互联互通的节点，所以无形中放大了其产生的作用，也就是集成系统的综合效应。同时，“六大系统”的各自功能实际上是用于辅助人力、替代人力的功能。系统原本各行其是，一定程度上改善了地下矿山安全避险管理的状况，降低了安全风险防范消耗的人力，且效果很好。而加入了数字化集成特征后，新的安全避险系统基于功能的集成管理与效应发挥，促使管理操作更为简洁，所需人力更少，发挥的矿山风险防控作用更强。例如，任何系统节点出现事故防范提示时，调度中心都会及时了解情况，继而以简洁的系统操作进行管理协调，从而降低潜在的事故威胁性。

四、地下矿山安全避险“六大系统”数字化集成的实现

（一）监测监控系统的集成体现

1.以视频展示为表现的数字化监测监控系统集成

该集成的实现要先确定一个统一的、唯一的网络IP地址，以此为基础进行视频监控的集中展示。IP地址是一个视频窗口，连接监控监测系统下设的所有摄像头，以此显示各监控场景的实时画面，且支持随时调用监控画面。其中，一旦有摄像头发生故障，正在显示的视频画面就会存在异常，而管理者可以结合画面图像情况分析与判断故障问题，也能针对故障摄像头进行三维定位，快捷锁定此时的空间位置。由此，尽快维修后续的摄像头设备，缩短故障位置排查时间。同时，在相应的监控视频展示中，也可以分类标识地下矿山重点监控位置，以便随时调看相应位置的作业状态，同时便于进行地下矿山安全管理分级。视频监控子系统的优点在于实时化、直观化，掌握地下矿山下的人员作业表现情况、发掘面或巷道危险源情况、设备运行情况，以避免违规作业、重大危险及严重故障等。特别是，视频对地下矿山采掘环境的重现能让管理者对着画面进行安全避险分析，包括分析事故原因、排查重危隐患等，以此提高管理的“知行合一”水平，使突发状况中应急救援及逃生不脱离实际。

2.以专项分类为表现的数字化监测监控系统集成

该集成的实现主要依托传感器，即有效连接所有的监控设备与传感器，后者可以实时采集、调用和计算分析相关的监控设备数据参数，包括锁定监控设备的空间位置。这一系列的过程实现也十分快捷，甚至可以称之为即时。而当传感器成功获取对应的监测监控数据后，基于与数据预设参数值的对比，可以计算分析监控设备所在位置的安全情况，进而针对危急情况作出报警提示。专项分类的监测监控子系统主要分为：

（1）通风子系统

矿山井下采矿工程大部分采用凿岩爆破方式，会对井下作业人员构成中毒隐患。该系统的监测监控中，借助传感器的辅助，能全面管理和分析通风监测设备采集、承载的信息数据，包括监测位置、空气温度、空气成分含量、风流风速等，首先对既定点位的通风实时监测。同时，一旦监测监控点位的空气状况有异常，主要和空气预设值不符，并已达到危害人体健康、安全的限值，系统会立即发出报警信息。

（2）提升子系统

该系统进行监测监控借助传感器能实时高效采集系统运行的相关数据参数的功能，例如，状态、空间位置等参数，也能实时采集卷扬机运行的对应数据参数，例如，电压、电流、功率、加速度等。当有提升系统运行异常出现时，相应的报警机制也会被触发。

（3）巷道子系统

该系统进行监测监控中借助传感器能实时采集巷道设备的各项参数的功能，例如，传输状态、空间位置等参数，还能及时比较参数数据与预设值之间的差异，以判断是否存有异常，并根据需求发出报警信息。

（4）其他子系统

与上述系统同理，在其他子系统的监测监控中，借助传感器能采集对应设备的各项参数，还能及时比较参数数据与预设值之间的差异，以判断是否存有异常，并根据需求发出报警信息。其他子系统可细化为很多主体，例如，空气指标子系统、排水子系统、地表监测子系统、尾矿坝监测子系统等。

（二）人员定位系统的集成体现

该系统集成的实现中有助于人员定位数据库发挥作用，即可调用数据库信息，实时掌握人员的精确位置。在定位中，利用所在人员定位基站的基础定位功能计算三维空间位置，从而精准显示选定监测人员、设备的位置，采集与统计相关数据，最终汇集为数据库。当需要查询定位信息时，基于人员持续定位与记录位置信息，再结合系统建立的竖井巷道模型（三维），就可以仿真回放指定人员的轨迹。定位系统在数字化环境下，可体现数据精准、浏览直观的优势。

（三）通讯联络系统的集成体现

该系统旨在紧急情况发生时，使地下矿山危险区域的人员在通讯畅通的情形下收到警报信息，继而迅速组织撤离。而在数字化集成的基础上，该系统将嵌入通讯和网络广播报警系统，以更高效地发出警报，并加入安全分析功能，以更科学地分析避灾路线，指导危险区域人员平安撤离。此外，系统中也要加入智慧通讯卡设备，当发生险情时，人员可立即按卡上的通讯报警按键，向系统自动报告危险源相关信息，而通讯卡与地面凋度指挥中心要形成智慧化连接。

（四）紧急避险系统的集成体现

该系统依托传感器组（设置在紧急避险硐室），能采集井下各项参数，例如，饮水、食品参数，供水供风管路参数、有毒有害气体检测仪器参数、人员自救器参数、照明设备参数等，以反映真实状态，从而在三维可视化集成平台上展示，为紧急避险需求做铺垫，而管理人员可以为井下人员制定最为合适的安全逃生路线，帮助他们明确地下避险位置。

（五）压风自救系统的集成体现

该系统依托的传感器分别安设在各压风管道上，可细化为压力监测传感器、阀门状态监测传感器、空气质量监测传感器等，以分类集成各参数数据，促使压风自救系统的常态化运行、维护都有充分的数据支撑。一旦有紧急情况出现，相关异常参数数据也会反映在三维可视化集成平台上，辅助管理者进行压风自救相关避险判断。

（六）供水施救系统的集成体现

该系统依托的传感器安设于供水管道上，例如，水质监测传感器、压力监测传感器、生产生活供水阀门监测传感器等，以分类集成各参数数据，促使供水施救系统的常态化运行、维护都有充分的数据支撑。一旦出现供水紧急问题，相关异常参数数据会反映到三维可视化集成平台，提示调度管理者进行供水系统调控。

五、结语

综上所述，当前地下矿山“六大系统”走向数字化集成几乎是必然选择，能为相应的安全避险管理提供充足的技术支撑，使安全管控可操作性更强。本文对相关数字化集成实现的论述是基于数字化技术中的一些优势展开的，例如，三维定位技术、可视化技术、传感技术等。但实际上，数字化是一个宏观的发展方向，其中包括的技术要素是多样的，且数字化的发展也有广阔的前景，未来还会不断有新的技术发明、技术升级。因而，本文的论述仍有待在地下矿山安全避险“六大系统”数字化集成实践中进行不断的补充、纠正。

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