信息化技术在地下矿山安全的应用

汪精浩

（1.煤科集团沈阳研究院有限公司；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122）

信息化技术的发展对当今世界产生影响越来越重大，信息技术革命是经济发展的持续动力，更推动世界科技不断向前。信息化技术是在计算机技术和通讯技术的基础上，对信息进行获取、加工、储存、分析、传输，信息技术主要功能为为设备提供系统以及进行信息服务。信息化技术近几年不仅对经济、科技产生着巨大影响，对矿业的发展也提供了历史性的机遇。信息技术具有强大的渗透性以及便捷性，与传统的行业结合，对传统设备进行优化，使得传统设备更加智能化、自动化、通用化、数字化，提高信息传输的准确度，加快信息传输速度。信息化技术在地下矿山的应用，对矿山的整体安全提供技术保障，信息化技术在地下矿山主要应用于地下矿山的安全监控、安全预警、安全监管、安全监管，对于事故预防以及突发事故的处理起着重要的作用，信息化技术在地下矿山的应用将大大提高矿山安全的整体水平。

1 当前地下矿山安全现状分析

我国矿山具有分布广泛、规模较小、种类复杂、基础差等特点。由于早期技术管理不到位的影响，我国矿山开采安全形势比较复杂，早年间矿山开采，安全事故如山体崩塌、地表塌陷等事故不断发生，对社会稳定以及人民的生命安全都带来了较大影响。为了避免矿山安全事故的发证，矿山企业必须做好安全管理工作。我国矿山生产过程中主要存在以下几项安全问题：第一，我国矿山具有地质繁杂的特点，这样的地质特性极大地增加了矿山安全发生事故的可能性；第二，在矿山安全管理过程中，不仅缺少较为完整的检测系统，也没有较为先进的检测方式；第三，对于矿山安全管理投资不足，对于矿山安全管理的资金投入较少。第四，不能及时解决安全问题，给安全问题不断累积的机会。人类社会发展过程中，安全问题是不可避免的问题。人类在社会工业化进程中，从大自然获取生产资料以及生活资料的过程中，不可避免地遭受大自然的伤害，在不断发展过程中，也难免由于获取资料工具的使用不当遭受意外。因此，在矿山利用过程中，提升安全性，对于人类经济发展以及降低开采成本有着巨大的现实意义。运用当前成熟的信息技术对矿山进行安全监控，成为提高矿山安全的重要途经，降低矿山安全事故发生的概率，降低成本，提升经济效益。

1.1 地下矿山开采特性

地下矿山开采主要包括金属开采、非金属材料开采、煤矿开采以及石油开采。石油、天然气的开采一般使用钻井法，其余资源开采主要运用岩凿、爆破方式，再进行运输。无论地下开采还是露天开采，相同之处大于不同，最主要不同便是设备运用不同以及自然条件不同。地下开采条件相比露天开采更差，主要具有以下几点特性：第一，地下矿山开采工程较为烦琐，可见度较低，空间较小。坠井、触电事故的发生率较高。第二，地下矿井通风差，空气流动差，很容易发生气体中毒事件，当火灾事故发生时，危害性更大。第三，地下可见度低，工作人员对于地质条件的观察较难，地质条件对于地下矿山开采安全有着重要影响，若观察错误，冒顶、突水等事故很容易发生。第四，地下开采遇到采空区很容易造成地表塌陷，对地上建筑物安全也会造成较大威胁，严重时，还可能会产生井下冲击，威胁井上井下安全。

1.2 地下矿山灾害类型

（1）地下矿山冒顶片帮灾害。冒顶片帮是地下矿山最容易发生的灾害。主要表现形式包括岩层的脱落、块体冒落、不良地层塌落等。对于一些岩石具有软弱夹层和矿岩稳定性较差的矿山，发生冒顶片帮的概率较大且规模较大，容易引起较大规模的事故。

（2）地下矿山深部岩爆灾害。部分金属开采已经达到地下1000m，地下硬岩层由于地下高压开采，很容易发生地下岩爆的事故。发生岩爆事故时，地表也可以听到如雷的响声，对井巷工程危害极大，甚至会使得地表区域发生塌陷，造成巨大安全事故。

（3）地下矿山地表塌陷灾害。地表塌陷容易在金属矿发生。在矿山开采的过程中，浅部的空区加上过大的开采影响，在接近地表层的岩层移动过程中，会对地表的一些建筑以及道路造成影响，使得地表塌陷，严重时甚至会发生山体滑移。

（4）地下矿山井下突水灾害。在地下矿山开采过程中，操作方式违规或者进行非正常的开采是造成井下突水的重要原因。在作业的过程中，由于存在积水的巷道和采空区，或者当开采时遇到地下暗河等情况，都很容易发生井下突水，很容易造成较大的伤害。

（5）地下矿山大面积空区垮塌灾害。由于一些矿山开采技术的限制，如空场法、崩落法等方法，会使得地下矿山容易形成较大空区和崩落空区。不断的开采，不断的积累，使得空区面积不断扩大，达到一定程度时，便会发生大面积的空垮塌。如果没有良好的预防与处理，会严重威胁人身安全，损害经济。

2 信息化技术在地下矿山安全的应用

信息化技术在地下矿山中的高度运用，建设信息化矿山是中国矿山发展的必然道路。信息化技术对于矿山安全、高效开采具有重要意义，地下矿山开采的可持续发展离不开信息化技术的支持。信息化矿山的建设过程中，安全信息化建设是很重要的一部分，安全信息化建设离不开安全信息化系统的建设，矿山的信息化是一个较为复杂的过程。因此，在矿山信息化建设过程中，脚踏实地，结合实际情况，制定相应计划，构建框架，一步步建设是至关重要的。安全信息化矿山框架构建是一个较为复杂的过程，通过对地下矿山安全的分析，主要将信息化安全矿山框架分为核心控制、动态监控、预警系统、安全决策支持、安全管路信息系统等多个系统。逐步建立与完善，在稳固的基础上再进行稳步发展。

2.1 基础数据库的建立

矿山数据库的建立需要搜集矿山相关多种数据库中的有价值信息，将这些具有价值的信息进行整理整合，构建一个综合的矿山数据库。这个数据库需要具有实时更新、动态变化等特点，随时随地可以将矿山相应数据传递给中央控制室。构建这种实时变化的矿山信息库，第一步便需要进行信息采集系统的建立，此种信息采集系统需要快速、准确、自动化，信息系统是矿山基础数据化建立的基础，这种信息系统除了需要良好的信息处理基础技术外，还需要具有可以结合矿山3D建模，对矿山进行技术分析，模拟开采，还需要对矿山井下可以在第一时间做出定位，保障矿山开采的安全与高效。

2.2 安全监测系统的应用

过去矿山开采过程中，对于矿山开采的安全预警往往凭借矿工的经验，矿工将自己的经验与客观观察事物结合在一起，预防矿山事故的发生。经验预测法预测准确率较低，并且经常会预测错误，造成经济损失与人员伤亡。随着科学技术的不断进步，对矿山开采过程中事故预测的手段也在不断地进步，预兆事故的方式不断从主观经验的方法逐渐转变为科学系统的预测方法，运用一些仪器增加预测准确性，如探地雷达、火灾预警器等。仪器的应用对于安全事故的预测科学性的提高起到了重要作用。在科学技术与信息技术发达的当今，将仪器的数据与计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动监测与控制技术等相结合，通过仪器对地下气体含量估算、对地下温度、湿度估算并传输给信息系统，信息系统通过分析与实时监控，对地下状态进行实时评估，达到了预测安全事故以及评价安全系数的作用。在预测到安全事故即将发生时，根据设定进行预警并指挥控制，将大大降低安全事故的发生。

2.3 安全决策系统的应用

安全决策系统的建立需要对射频技术以及定位技术进行充分应用，并在GIS系统的支持下，对地下工作人员分布达到地上可视，并对人员分布密度可以进行及时调整，确保人员安全。在计算机技术的支持下，对围岩与地表进行分析，充分利用有限元，从而预测事故的发生与否，从预测、预防提前降低事故发生风险。

2.4 安全管理信息系统的应用

对信息管理系统的完善以及对应急救援系统的管理维护是安全管理信息系统完美运用的基础。矿山的基本生存情况除了管理者的观察外，还可以与其他系统进行连接进行评估与反应。通过及时的评估，对矿山的生产情况及时管理，对通风、排水、防尘、通信等方方面面进行调整，出现问题及时解决，提升矿山整体安全性。对于地下矿山安全监测的研究尤其是信息化技术在地下矿山充分应用的研究具有重要的现实意义。对于矿山安全信息化技术应该保持不断探讨，不断进步的态度，将信息化技术与地下矿山的开采完美地融合在一起，从信息采集到建立完整的信息库再到将信息技术与矿山实际结合并完美应用，是一个漫长的过程，只有不断前进，才能有效地减少矿山安全事故的发生，提高地下矿山开采的安全性，推动整个矿山行业的可持续发展。