某铜矿井下安全避险“六大系统”的建设与应用*

尹东升，周科礼，赵雄文，蔡世祥，邓吕强

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山矿， 湖北 黄石市 435101)

0 引言

近年来，全国非煤矿山发生多起安全事故，给国家和人民安全带来了较大损失。安全生产形势依然严峻，对事故的预防和预警工作仍然存在较大问题。与此同时，在事故发生后，井下紧急避险和应急救援工作还有待进一步加强[1-4]。国家相关部门印发了相关规定和要求，对金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设做出了原则规定、下达了建设标准与要求[5]。

某铜矿开采深度已达 1060 m，作业地点高达60个，10余个中段同时开采，生产作业范围广，井下同时作业人员有500人，由20世纪50年代开始开采，已形成完善的矿山开采系统，但随着开采向深部迈进，加上开采深度、开采范围较大，开采风险随之加大，发生安全事故的风险进一步增加。

某铜矿已建成完整的采矿、运输提升、供电、供风、供水、通风、排水、充填、选矿、尾矿等设施。但尚未建立完善的矿山井下安全避险六大系统，压风、供水系统也未达到压风自救、供水施救系统的要求，人员定位管理系统、视频监控与通信联络系统有一定的基础，但也未达到安全避险六大系统建设规范要求，在事故应对和应急救援及人员避险方面还存在着一定的差距，按照国家相关政策规定及标准的要求，建设和完善井下安全避险“六大系统”迫在眉睫。

1 井下安全避险“六大系统”建设要求

1.1 设计原则

分析安全避险“六大系统”的建设内容，确定以下设计原则[6-8]：

（1）融合互补原则。既满足安全避险“六大系统”建设的规范要求，又与矿山生产建设相互补充、相互推进。

（2）先进适用的原则。保持一定的技术先进性，技术选择既符合技术发展规律，也符合矿山本身生产经营实际需求。

（3）统筹兼顾原则。结合“六大系统”普遍涉及数据传输、语音传输、视频传输的共性，建设统一的能满足3种信号同网传输的系统，适度兼顾现有系统改造的相容性与今后发展的需要。

1.2 主要建设内容

本次建设的主要内容为矿山井下六大安全系统。将监视监控系统、人员定位系统、通信联络系统通过信息管理平台紧密融合，构成一个完整的安全体系[9-10]。

（1）综合信息管理平台。将整个系统建成一个标准平台，包括综合信息管理系统、网络安全系统、数据备份系统、调度指挥中心和综合管控平台软件系统等。满足监测监控、自动控制和人员定位、通信联络、应急救援指挥调度等各方面数据、语音、视频同网传输、储存及数据安全的需求。

（2）监测监控系统。井下监测监控系统包括有毒有害气体监测、通风系统监测等。按要求实时采集和存储监测数据，并在虚拟现实软件平台上显示各参数实时变化曲线，当参数量值超出设定标准，监控现场和调度室会发出报警提示。

（3）井下人员定位系统。定位系统具有管理上下井人员考勤、监控井下各作业区域人员的动态分布及变化情况的功能。

（4）紧急避险系统。在井下建立紧急避险设施，通过人员定位、通信联络系统及时组织人员通过避险网路脱离危险区域并采取相应控制与治理措施。

（5）压风自救与供水施救系统。在矿山正常生产时，压气站为井下用气设备提供压风；在人员活动区域设置压风供应接口及呼吸器，如发生事故，可用于压风自救与供水施救。

（6）通信联络系统。除能与系统、基站、同类通讯设备正常联系外，还可以兼容常用通信设备的接入；在通信网络局部遭到破坏的情况下，还可启用备用通信方式。

2 井下“六大系统”的建设与应用

2.1 综合信息管理平台建设

考虑到矿山井下生产范围大且广、中段数多、井下作业点多、机械设备振动及爆破振动频繁、生产区域不断变动等特点，安全避险“六大系统”的综合信息管理系统参照图1构建综合信息管理系统[11-12]。

2.2 监测监控系统建设

为实现监测要求，需在每个监测点设置一套智能数据采集分站和通讯控制单元，所有监测参数由采集分站自动采集，通讯控制器将分站的串口通讯方式转换为以太网通讯方式，实现与 TCP/IP网络的连通，通过综合信息管理平台上传和存储，系统拓扑见图2。

图1 总体架构拓扑结构

2.3 视频监控系统

在井下关键点布置视频监控，摄像机监控信号通过视频线传输至视频服务器，再通过 RJ45接口以CAT5双绞线就近接入WIFI基站，最后通过综合信息管理平台将信号传输至指挥调度中心，实现视频监控功能，视频监控子系统网络拓扑结构见图3。

为了防止视频线的长度较大，影响视频监控质量，设计每一个监控点配置一台视频服务器，同时所有监控点采用高速智能球摄像机（球机）和防水型红外夜视摄像机（枪机）。

2.4 人员定位系统

井下无线基站均具备电子标签识别功能，已经为人员定位提供了基础条件，在综合信息管理平台设计过程中，考虑了人员定位的需要，建设了井下接入层交换机和无线基站。综合通讯平台建成后构建人员定位系统极为简便，只需为下井人员配备WIFI身份识别卡就能实现人员定位功能，硬件拓扑见图4。

2.5 压风自救系统

考虑到矿山的实际情况，压风系统初步布置如下：

（1）利用矿山地表现有的空压机站作为供风风源；

图2 有毒有害气体及通风系统监测监控网络拓扑结构

图3 视频监控子系统网络拓扑结构

图4 井下人员定位子系统网络拓扑结构

（2）利用现有供风管网，主供风管从压风机站送到副井内，再从副井到各中段马头门、石门、各中段运输平巷；

（3）利用各中段供风设施，在各主中段石门装设油水分离器，在中段各穿脉处、分段平巷各采场开口处安装三通与闸阀。

2.6 紧急避险系统

在进行紧急避险设施设计时，其容量须满足突发紧急情况下所服务区域人员紧急避险的需要，包括生产人员、管理人员、监督检查人员及可能出现的其他临时人员[3]。

（1）在-425中段设计避险硐室，硐室的位置设置在围岩稳定、支护良好的巷道中，靠近其所在生产中段人员较集中的地方。

（2）矿井安全监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通讯联络等系统要与紧急避险设施建立有机联系，与紧急避险设施形成井下完善的安全避险系统。

（3）紧急避险硐室配备正压氧气呼吸器、气体净化与除湿设施、休息及活动场所、室内压风自救系统、室内供水施救设施、急救箱、工具箱、排泄物收集设施、室内监测监控系统、室内照明 及指示装置、室内供电设施、防水门与防水硐室。

2.7 供水施救系统

考虑到矿山的实际情况，供水系统初步布置如下：

（1）通过在地面新增管道连接生活水池，接入副井的生产供水管路，加装转换电动阀门，在紧急情况下切换阀门，切断生产供水而改由生活水池向各个中段及工作面供水；

（2）副井内主供水管路自副井井口开始铺设向下延伸至各中段及溜破系统并设置三通、阀门及水质净化器；

（3）在井筒、井底车场、运输巷道设置供水主管，进入采区巷道设置供水干管，进入采掘工作面、重要硐室或避险硐室设置供水支管。

2.8 通信联络系统

通信联络系统选择有线+无线相结合的双通道通讯系统，以保证系统安全稳定和可靠通信，保证信息的及时准确传达。

在综合信息管理平台上，依托接入IP语音网关（路由器）、SVP SERVER等硬件设备[13-14]，构建无线通讯系统。无线通讯采用固定WIFI路由器发射信号，采用矿用或普通装有WIFI接收模块的智能中段接收。其硬件架构见图5。

图5 井下无线通信联络子系统网络拓扑结构

3 结论

通过分析某铜矿井下安全避险六大系统，查找现有系统的不足之处，结合该铜矿井下生产实际和安全要求，建设WIFI综合通讯平台系统。通过传感器进行数据采集，通讯控制单元传输实现井下通风和有毒有害气体监测。通过建设井下接入层交换机、无线基站、WIFI身份识别卡实现人员定位。通过有线电话系统和基于WIFI的无线通信系统相结合的双通信联络系统实现井下通讯便捷。该铜矿通过对井下“六大系统”进行信息技术装备升级，实现了井下、地面信息互通的目的，为该矿在事故应对、应急救援和安全生产等方面提供了有力技术支持。