绿色矿山智能安防体系分析

姜中晔，许 前，刘 旭，沈 波

（1.矿冶科技集团有限公司；2.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室；3.北矿智能科技有限公司，北京 100160；4.新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆 富蕴 836107）

金属矿山的安防体系一般指矿山地表与井下的视频监控系统，其主要功能是实时掌握现场工况，对现场工况进行可追溯查询。但是，矿山企业存在视频监控系统布控面积广、井下生产环境复杂、生产作业区域分布错综复杂、矿山安全管理严格、视频监控管理人员配置严重不足等不利因素，不利于矿山安防体系建设。根据《中国制造2025》要求，随着5G 网络的普及与应用，基于绿色矿山构建智能安防体系，将大数据技术、物联网技术应用到智能安防体系中，已成为现实。本文设计一套适用于金属矿山的智能安防体系，并对其中关键技术进行分析。

1 智能安防体系架构

智能安防体系由高速网络系统、智能监控系统和综合管理分析系统等系统共同构成，该体系具有架构稳定、安全分级管控、实时报警等功能。当前，金属矿山企业要构建智能安防体系。智能安防体系架构如图1所示。

图1 智能安防体系架构

2 高速网络系统

矿山视频监控点多且矿山生产作业环境复杂，故而智能安防体系需要更可靠、更稳定、更迅捷的传输网络。矿山网络建设过程中，要保证办公网、工控网、监控网三网独立，因此高速网络系统采用5G 网络+万兆光纤环网相结合的方式，并与办公网、工控网之间实现物理隔绝。同时，为保证视频监控网络的可靠性，在网络建设过程中，要保证网络的高可靠性、冗余。

由于视频解码器需要大带宽，因此网络传输采用链路聚合技术，从而提高矿山监控网络的可靠性，进而增加矿山网络线路的冗余功能。同时，高速网络系统采用相互独立的三层网络结构，从而消除视频监控数据传输过程中出现的图像延迟、卡顿等现象，实现前端与后端之间视频监控数据的传输。针对恶劣的矿山生产作业环境，高速网络系统采用新一代具有全生命周期管理能力的高防护网络模块进行建设，便于设备日常维护与升级管理。高速网络系统应符合表1 要求。

表1 网络传输质量要求

3 智能监控系统

智能监控系统由前端枪机与球机组成的矿山全方位监控体系和后端存储系统共同组成，监控人员能够在矿山安全管理中心、集控中心实时查看和调取区域视频监控信息。

3.1 前端监控系统

根据相关规定，地下矿山需要建设六大矿山安全避险系统，监控系统正是其重要组成部分。然而，部分金属矿山企业的视频监控系统建设时间较早，比较落后，现有视频监控系统存在大量模拟信号监控摄像头，在建设过程中，首先需要将这些过时的设备更换为现代化的智能监控摄像头。智能监控系统需要完全覆盖井下与地表的生产作业区域、重要的固定设施装备、主要交通干线、巷道交叉口等位置，并逐步实现全矿区整体覆盖。

为保证视频监控的安全可靠性，智能监控系统前端的枪机与球机需要充分考虑设备监控环境的高温、高湿、高腐蚀状况。因此，二者应采用IP67 防护等级的外壳。同时，为防止井下烟尘、雾气干扰监控设备的正常运行，其还需要加装防尘刷与雨刷。

3.2 后端存储系统

除了需要保证前端设备的可靠性外，智能监控系统还需要保证后端存储系统的可靠性。在矿山监控管理体系建设中，智能监控系统的后端存储系统采用分布式存储集中管理的模式，在各个矿区、选厂等区域分别建设视频监控数据存储系统，同时在矿山大数据中心建设集中存储系统，存储的数据还应支持数据上传云功能。智能监控系统的后端存储系统作为矿山安全监控体系记录、事件回溯功能的载体，按照矿山安全管理要求和安全预防体系分级要求，根据视频监控区域安全等级不同，分别采用不同的枪机与存储设备。不同枪机对应的存储设备质量要求如表2所示。

表2 存储设备质量要求

存储系统存储容量按照单通道24 h/d 的计算公式计算，如式（1）所示。同时，为保证事件可回溯性，存储设备应保留原始数据至少30 d。因此，存储磁盘选用8 TB 监控SATA3 硬盘，同时预留10%的码流峰值，以保证存储系统的可靠性。

式中：为存储系统存储容量，GB；为码流大小，Mbps。

4 综合管理分析系统

安全管控中心需要建设一套可视化预警平台。该平台不仅可以实现前端监控点位视频监控信息实时查看、回溯等功能，还可以利用人工智能技术实现危重区域侵入监测、车辆管理、人员行为监测和人员防疫管理等功能。

4.1 危重区域侵入监测功能

在危重区域安全警戒线或者安全门前安装智能监控枪机，危重区域的监控区分为矿山风险预警区与矿山风险管控区。当枪机检测到矿山人员或者车辆进入矿山风险预警区时，危重区域安装的灯光系统与广播系统会向侵入人员发出声光提示；当枪机检测到矿山人员或者车辆进入矿山风险管控区时，综合管理分析系统向安全监控人员发出声光报警，安全监控人员根据报警信息及时查看报警区域实时状况，从而避免安全事故发生。

4.2 车辆管理功能

在井下和地表交通干线、斜坡道入井处安装智能监控枪机，实时监控车辆行驶速度、井下行驶规则和礼让行人等执行情况。同时，配合矿山车辆管理守则，设立车辆驾驶12 分制。当出现违规情况时，综合管理分析系统自动记录违规车辆车牌号并给予扣分处罚，当12 分清零时，须对违规司机进行安全警示教育。

4.3 人员行为监测功能

在矿山生产作业区域安装智能监控枪机，实时监控人员安全帽、背夹、口罩等安全防护装备的佩戴情况。同时，配合矿山生产人员管理守则，设立矿山生产人员安全管理10 分制。当出现违规情况时，综合管理分析系统通过人脸识别自动记录违规人员工号并给予扣分处罚，当10 分清零时，须对违规人员进行安全警示教育。

4.4 人员防疫管理功能

在矿山人员入井区域安装智能监控枪机，实时监控入井人员体温、健康码、口罩等情况，做到应检尽检。综合管理分析系统对异常人员进行标记，并向安全监控人员发出声光报警，安全监控人员根据报警信息及时查看报警区域实时状况，从而避免事故发生。

5 结语

本文设计了一种绿色矿山智能安防体系，利用大数据分析、人工智能识别和5G 网络等先进技术，实现金属矿山安全的智能化管控。该体系具备高可靠性、高精准度和高防护性，经现场安装验证，其能够实现危重区域侵入监测、车辆管理、人员行为监测和人员防疫管理等功能，为矿山安全生产绿色化、智能化发展提供技术支持，对保障金属矿山安全生产起到重要支撑作用。