数字化矿山技术在煤矿安全管理中的应用

2016-01-28李成林杜厚霖冯昌如山东科技大学

科学中国人 2016年20期

李成林，杜厚霖，冯昌如山东科技大学

数字化矿山技术在煤矿安全管理中的应用

李成林，杜厚霖，冯昌如
山东科技大学

数字化矿山技术的应用，能够大大提升我国煤矿安全管理的效率，为我国矿山企业的发展提供了更多动力支持。本文首先分析了数字化矿山技术的概念和意义，然后选取四维地理信息、生产监测监控系统、井下人员与设备管理和综合调度等不同技术路线进行了分析，有效的推动了我国数字化矿山技术的智能化发展。

数字化矿山；技术路线；智能化

众所周知，矿山工业是缓解我国能源紧张且发展极为迅速的支柱型产业，促进了我国国民经济的迅速发展。现如今，随着数字化矿山技术的广泛推广，射频技术、模糊算法等各类先进技术已经被综合的应用于矿山的开采、控制及遥感预警当中，只需通过各类智能终端设备，就能轻松的完成各类井下数据和设备控制信息的监测与监控，有效的提升煤矿安全管理精细化和智能化水平，也为打造安全型煤矿奠定良好的技术基础，成为提升煤矿安全管理的一项重大举措。

1.数字化矿山技术的概念

数字化矿山技术是实现矿山三维数字镜像、安全监控和生产管理的一种应用技术，通过数据采集、传输、处理的各个环节，来实现矿业生产的数字化与可视化。数字化矿山的建造是一个庞大的工程，从基础网络平台到安全保障体系再到统一的指挥调度系统，数字化矿山技术以高精准的数字建模和逼真的视觉画面，从而真正确保煤矿安全管理的管控一体化。对于数字化矿山的理解可以是多个层面的，如果从管理角度来看，数字化矿山技术的应用，能够很好的实现煤矿安全的多元化动态监管，大量的信息资源可以通过数字化平台进行显示，使得矿井下的设备、人员都处于安全监控的范围下，有效的提升了煤矿管理的安全级别。

2.数字化矿山技术在煤矿安全管理的意义

随着时间的推移，对于煤炭开采的安全性要求也变得越来越高，与发达国家相比，我国的矿山企业在传统安全管理过程中，还普遍存在管理信息化水平较低以及安全事故较多两大主要问题。从目前绝大多数煤矿企业的信息化建设现状来看，各种各样的井下监测系统在煤矿安全管理方面发挥了一定的作用，但这些系统往往各自独立，造成了信息孤岛和资源的浪费。同样的，频频发生的煤炭安全事故，不仅会造成惨重的人员伤亡事故，也会为煤炭企业带来严重的经济损失。

造成上述问题的原因在于缺乏一套行之有效的安全防控技术，重复信息化建设，造成了企业资金的浪费，而缺乏稳定可靠的监测技术，则不能准确的对矿山灾害进行辨识与预测，更不能及时消除因设备、生产环境、人员等因素造成的事故隐患。鉴于此，数字化矿山技术的使用，为解决上述安全管理问题提供了很好的解决之道，它存在的意义在于：

首先，数字化矿山技术能够大大降低煤炭安全事故的发生几率。它的应用可以将煤矿的地质状况、设备使用情况、生产环境信息等完整的表达出来，避免了安全管理信息之间的孤立，整合信息孤岛，彻底改善了传统安全管理模式；其次，数字化矿山技术还能够适应日益复杂的煤炭开采要求，煤炭开采势必会对周围环境带来一定的负面影响，通过将地表形态、水土信息、矿井滑坡等数据的数字化处理，能够为煤炭企业提供更为科学的安全管理策略，满足现代煤炭企业的可持续发展要求。

3.数字化矿山技术在煤矿安全管理中的应用

在我国，煤炭作为一种不可替代的主体能源，每年都需要投入大量的资金用于安全生产，数字化矿山技术的应用就是其中重要一项，这也成为实现矿山信息化、智能化的必经之路。其中，综合集成技术是打造数字化矿山安全管理体系的一项重要技术，它更为强调顶层设计，将整个煤矿企业当做一个整体，在综合考虑安全管理系统之间的衔接与整体设计前提下，更加突出数字化矿山技术的实用性，主要才采取的技术路线如下所示：

3.1四维地理信息技术

数字矿山作为数字地球的一种重要的应用分支，是通过在整个矿山范围内建立三维地理坐标，并综合矿山的各种数据而构建的一种信息模型，能够清晰、完整的表达与矿山相关的各类地理信息，这种技术被称为GIS（地理信息系统技术）。由于煤炭安全管理工作具有连续性和动态性的特点，近些年来，在三维地理信息系统的基础上，可以加入空间和时间的维度，来丰富数字化矿山技术的层次，构造全新的四维地理信息数据模型，这一技术的应用代表了数字化矿山的未来发展方向，除了具备地理信息的检索、分析、显示等功能外，还能够实现视频互动、编辑管理等操作，在煤矿安全动态化管理方面发挥了重要的实用价值。

3.2煤矿安全生产监测监控技术

煤矿是以自然资源为生产对象，矿山资源的分布十分复杂与随意，这也进一步加剧了矿山生产环境的恶劣性，不利于生产过程的控制。因此，采用先进的安全生产监测监控技术，其安全管理功能主要表现为两个方面：一是完成井下生产过程中有害气体、火灾等的监测，通过各类传感器采集井下甲烷、一氧化碳、水位等多个环境指，形成统一的监测数据库，一旦超标则立即发出警报并自动通知相关人员，确保煤矿生产的安全与高效；二是要实现井下视频的监控，综合利用视频监控、信号传输等先进技术，监视和记录井下现场情况，并通过专用客户端或手机完成远程监视与控制操作，大大消除了煤矿事故的安全隐患。

3.3煤矿井下人员与设备定位技术

煤矿生产安全的核心为人员的生命安全，以RFID为代表的无线射频识别技术在井下人员定位方面有突出的优势，能够以优异的防水、防静电、防磁等性能适应井下恶劣环境，并具备同时识别多个移动目标，既能完成对井下矿工与设备的分布情况和区域实时监控，又可以形成齐备的运动路线轨迹记录，成为构建数字化矿山的首选技术。借助于人员与设备定位技术，调度中心能够迅速获得事故发生区域人员和设备信息，自动制定出最佳的避灾方案，为救援工作提供了更多参考数据，有效提高了事故救援的成功率。