礦山安全生產中數字化集成技術應用范文

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摘要：為減少礦山安全事故的發生，加強礦山的安全生產，通過數字化集成技術，將生產現場作業人員和設備的信息數據進行采集和管理，對收集到的數據信息進行整理之后，運用3DMine建模技術建立相應的模型，集成相關信息數據，根據信息，確定危險區域和礦山生產人員的安全狀態，并作出安全預警。以某礦山的生產為例，運用數字化集成技術對生產人員和設備進行實時監控，判斷出危險區域的因素后進行安全預警，確保礦山安全生產。

關鍵詞：數字化集成技術；3Dmine；安全生產；數據集成；危險因素

在礦山生產中，為了實現礦井數字一體化控制，秦文光等通過對王家嶺礦某工作面支護設備運行參數的提取和分析，達到遠程集中控制的目的，為礦井生產提供了安全保障［1］。陳蒙等通過對遙感衛星、無人機、大數據、云計算和人工智能等數字化技術提出一套多模塊的監測預警系統［2］。李德臣提出了一種基于數字化集成保護的防越級系統，通過采用可整定的失壓保護與全站信息共享技術解決了漏電保護無選擇等越級跳閘問題［3］。張燕提出在礦山安裝并實施主井設備信息化控制系統、采區運輸系統信息化監控系統等相關數字化控制系統，為礦井的安全生產提供了保障［4］。王立梅在利用3DMine礦業工程軟件建立了礦山地表地形模型和井下巷道實體模型，重點研究了礦山三維可視化模型在礦山設計上的應用，實現對采掘巷道的三維可視化設計［5-6］。通過研究發現，目前對數字化集成技術在礦山安全生產中的應用研究較少。因此，本研究根據某礦山生產現場實例，對數字化集成技術在礦山安全生產中的應用進行研究，對數字化集成技術在礦山安全生產的應用具有重要意義。

1礦山數字化集成技術

礦山數字化集成技術是指通過優化整合現有礦山條件，采用先進的信息和自控技術，實現生產過程智能控制，滿足礦山安全生產要求，提高礦山產量。該技術主要特點可概括為集成化和數字化。

2礦山數字化集成技術的應用路線

礦山安全管理當前的一個主要問題是監測監控，當前在監測監控方面有待進一步的提高。基于此，針對這些問題本研究引入數字化集成技術，提出礦山數字化集成技術的應用路線，為礦山安全監測監控提供解決方案。應用路線圖如圖1所示。

2．1數據信息采集與整理

(1)數據信息采集。在礦山，建構筑物、設備、采空區、采場和巷道等數據信息的來源主要利用礦山的攝像機和監視器等采集設備每隔一定的時間間隔對這些數據信息讀取一次數值，然后記錄下來，進行分析。生產人員數據信息的采集主要通過生產人員佩帶的射頻識別標簽，當生產人員通過或接近射頻讀卡器，讀卡器感應到信號并將此信息上傳到監控室的計算機上。溫度、氧氣濃度、一氧化碳濃度、風速、炮煙等這些數據信息先轉化為電子信息，然后通過傳感器和通信電纜傳輸到地面，在地面數據分析處理，供工作人員參考。(2)數據信息的整理。在收集到礦山環境氣體和設備運行信息的基礎上，由于軟件在數據錄入上的差異，有必要對采集到數據進行整理。如表1所示。

2．2建立三維模型

在數字化集成技術應用的路線下，由于應用目的主要是提升礦山生產的監測監控，為了數據信息的自由處理和監測監控的有效性，故選取3DMine作為集成技術應用的最終平臺。對于生產設備、采場和巷道等的空間信息建模主要使用3Dmine軟件，通過攝像機和監視器的數據采集，將收集得到的圖片通過圖像處理軟件進行轉換圖片文件格式，再將轉換后的文件變為3D仿真模型。對于生產人員信息通過射頻讀卡器統計為Excel表格，導入到3DMine之中生成一個由點構成面的生產人員仿真模型了。對于溫度、一氧化碳濃度、風速、炮煙等信息通過傳感器讀取相關數據，利用3Dmine生成相關作業環境仿真模型。

2．3數據信息集成與處理

數據信息集成通過數據交換與共享平臺來實現，由數據庫和模型庫組成。數據庫主要由井下生產人員、有害氣體、視頻監控、生產調度、井下設備監控等相關數據組成。模型庫為三維工程模型，三維模型與數據相結合，用于礦山安全監測監控的實現。數據信息處理主要是分析生產設備、采場、巷道、溫度、一氧化碳濃度、風速、炮煙和生產人員等相關信息，按照危險因素類別，判斷生產人員和設備是否處于危險區域中，并做出預警。

3案例運用

以某礦山井下－387m中段生產為例，在馬頭門、石門及運輸巷道等施工完成基礎之上，對該中段運輸巷道進行3Dmine仿真模型構建，構建運輸巷道的相關生產人員、生產環境、設備和地形的仿真模型，如圖2所示。

3．1建立礦山仿真模型和數據集成標準

按照礦山采場生產的工藝流程，以礦山的單體設計為標準，建立礦山生產的仿真模型。建立礦山生產過程監控數據的統一集成標準，以礦山生產的仿真模型為載體，將礦山生產過程中多系統數據進行實時動態集成，便于礦山的生產過程監控與管理。

3．2集成多數據系統

通過集成技術和標準實現多數據系統的融合，通過基于礦山仿真模型的安全監測監控和數據集成技術，能夠更加直觀有效地進行安全管理，將生產人員數據、地壓檢測數據、有害氣體監控過程數據、頂板控制數據等相關數據進行實時動態集成，實時監控礦山生產，提高了礦山施工過程監控的效率，提升礦山安全管理的水平。

3．3危險因素識別與預警

對構建的3Dmine仿真模型進行信息提取，識別出不同危險因素。通過識別和提取危險因素，可知某礦山在該－387m中段運輸巷道生產的危險環境因素有4大類，即炮煙、冒頂、片幫和礦車。在確定了危險區域范圍的基礎上，分析其安全狀態。危險環境因素信息傳輸給模型，根據人員與危險區域的相對距離，作出相應級別的預警。

4結論

數字化礦山集成技術在礦山中的應用，推動著礦山發展方式變革。通過數字化集成技術，將生產現場作業人員和設備的信息數據機進行采集和管理，對收集到的數據信息進行整理之后，運用3DMine建模技術建立相應的模型，集成相關信息數據，根據信息，確定危險區域和礦山生產人員的安全狀態，并作出安全預警。只有讓數字化礦山集成技術覆蓋到礦山的各個領域，才能確保礦山安全生產。

參考文獻

［1］秦文光，代衛衛．綜采工作面數字化集成控制系統的設計與實現［J］．煤礦機械，2016，37(3):11-13．

［2］陳蒙，林錦富，段昌盛．綠色礦山建設中的地質災害監測數字化技術應用［J］．地質災害與環境保護，2018，29(4):54-57．

［3］李德臣．基于煤礦數字化集成保護的防越級系統研究［J］．中國科技信息，2013，47(16):89，93．

［4］張燕．礦井數字化集成系統的實踐應用［J］．山東煤炭科技，2014(9):160-161．

［5］王立梅．三維可視化建模技術在礦山設計中的應用［J］．煤礦安全，2018，49(11):121-124．

［6］顧基發，王浣塵，唐錫晉，等．綜合集成方法體系與系統學研究［M］．北京:科學出版社，2007．

作者：馮松 周權 湯民波 單位：湖南有色金屬職業技術學院