李勝華

摘要：盡管地下礦山的開采實施十分關(guān)注效益，關(guān)注礦產(chǎn)資源量，但也必須以安全為基礎(chǔ)和前提。應(yīng)國家安全監(jiān)管總局的倡議和要求，地下礦山需配合安全管理實踐，組織開展安全避險“六大系統(tǒng)”的搭建工作。而在當(dāng)今的數(shù)字化技術(shù)背景下，系統(tǒng)搭建的集成性將更能得到有效體現(xiàn)。本文首先分析系統(tǒng)集成以及“六大系統(tǒng)”的數(shù)字化集成，然后指出“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成應(yīng)體現(xiàn)的特點，說明數(shù)字化集成帶來的意義，最后探討相關(guān)數(shù)字化集成的實現(xiàn)路徑，以供參考。

關(guān)鍵詞：地下礦山；數(shù)字化；“六大系統(tǒng)”

地下礦山遠(yuǎn)離地面，內(nèi)部的開采場地、巷道等情況錯綜復(fù)雜，如果沒有安全避險方案作為保障，就會使礦產(chǎn)資源開采的過程始終伴隨事故風(fēng)險，充滿不確定性。而安全避險“六大系統(tǒng)”為地下礦山設(shè)置了安全網(wǎng)格與屏障，升級了相應(yīng)的安全管理，也更加有章可循。但是當(dāng)前各類地下礦山難以滿足傳統(tǒng)的“六大系統(tǒng)”安全管理模式，而要把時代性、先進(jìn)性的技術(shù)融入進(jìn)去，不斷升級“六大系統(tǒng)”。本文立足于對數(shù)字化技術(shù)的融合，促使安全避險“六大系統(tǒng)”成為高度集成化的大系統(tǒng)，有助于地下礦山安全管理一體化升級，使管理效率與技術(shù)進(jìn)步掛鉤。

一、關(guān)于“六大系統(tǒng)”集成

（一）系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成以多樣化的集成技術(shù)為手段、媒介，使原本處于獨立運行狀態(tài)的各類型設(shè)備或設(shè)備上的功能以及展示的信息等，都被歸納到統(tǒng)一的大系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)互關(guān)互聯(lián)、彼此配合。其中，能被高效率應(yīng)用的集成技術(shù)有很多，例如，軟件界面集成技術(shù)、功能集成技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)等。在系統(tǒng)集成的情況下，原獨立設(shè)備、功能等承載的信息資源、運行功效均被合理共享，而且共享過程極為便捷。

當(dāng)然，在系統(tǒng)集成基礎(chǔ)上，內(nèi)在也可以劃分更多子系統(tǒng)。換而言之，集成性主要體現(xiàn)在能將相對獨立的小系統(tǒng)借由集成技術(shù)，集成為一個宏觀的、效率更高的大系統(tǒng)。

（二）“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成

煤礦安全避險“六大系統(tǒng)”是國家強制要求礦山企業(yè)必須建立和完善的安全保障體系之一。對于礦產(chǎn)開采領(lǐng)域而言，“六大系統(tǒng)”具體指監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、地下人員定位系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、緊急避險系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)以及供水施救系統(tǒng)。安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)要滿足國家關(guān)于礦井安全設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，也要不斷推進(jìn)“六大系統(tǒng)”的深度融合，保持一定的技術(shù)先進(jìn)性，符合礦山本身生產(chǎn)經(jīng)營實際需求。圍繞這幾大系統(tǒng)的高效率集成，加入數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，是將三維可視化平臺作為一個安全避險管理介質(zhì)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度各個系統(tǒng)，促使統(tǒng)籌運行、協(xié)調(diào)協(xié)作、高效決策的目標(biāo)得以達(dá)成。而數(shù)字化集成完成后，各個系統(tǒng)不再自成體系，會自動轉(zhuǎn)化為一個安全避險體系節(jié)點，促使有效的采礦管理信息得以在節(jié)點上串聯(lián)、溝通，從而消除信息“孤島”。由此，所有的調(diào)度協(xié)調(diào)、應(yīng)急救援等工作就被集合為一個整體，而且工作過程可視、不分散。所以數(shù)字化集成下的“六大系統(tǒng)”也應(yīng)被視作安全管理智慧系統(tǒng)。

二、“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成的特點

（一）系統(tǒng)立體而可視

有數(shù)字化技術(shù)做鋪墊，被集成的各系統(tǒng)、各應(yīng)用能進(jìn)行高精確度建模，從而在網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)模擬一個三維立體化的地下礦山場景，可視化可以反映實時的地下作業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)狀況，便于安全管理者進(jìn)行必要的瀏覽和開展相應(yīng)的檢查、分析工作。

（二）系統(tǒng)運行可靠

目前，可輔助數(shù)字化系統(tǒng)集成實現(xiàn)的光纖網(wǎng)絡(luò)是以太環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)得以布設(shè)后，不僅數(shù)據(jù)傳輸速度快，還能合理應(yīng)對突發(fā)故障。例如，當(dāng)某個節(jié)點突發(fā)故障，集成系統(tǒng)會即時向?qū)?yīng)的地下礦山調(diào)度中心輸送告警信息，還會及時智能化切換到新的環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸端口，以確保系統(tǒng) 持續(xù)運行。

（三）系統(tǒng)自動更新

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的一大便利是自動更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)，融入到“六大系統(tǒng)”后，可實時進(jìn)行新的數(shù)據(jù)建模，以確保集成系統(tǒng)內(nèi)的地下礦山綜合情況數(shù)據(jù)不失真、不缺漏。因為地下礦山生產(chǎn)的過程是動態(tài)的，對應(yīng)的山下或井下礦體體積、采掘面、巷道等信息數(shù)據(jù)并非一成不變，所以需要實時調(diào)整三維建模，做出有效的信息展示，而該問題能在數(shù)字化集成環(huán)境下很好地化解。

（四）系統(tǒng)留有擴充空間

數(shù)字化集成安全避險系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架是“六大系統(tǒng)”，但同樣也允許系統(tǒng)擴容，主要是要考慮到地下礦山開采事業(yè)的與時俱進(jìn)以及綜合管理系統(tǒng)建設(shè)的動態(tài)更新與升級需求。因此，得以實現(xiàn)的數(shù)字集成化安全避險“六大系統(tǒng)”應(yīng)是空間開放的，允許繼續(xù)有新的平臺功能加入。

三、“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成的意義

（一）發(fā)揮“六大系統(tǒng)”的集成數(shù)據(jù)效應(yīng)

在數(shù)字化集成前提下，“六大系統(tǒng)”既能集中管控數(shù)據(jù)，又能確保安全管理中數(shù)據(jù)的安全性，并深度挖掘集成數(shù)據(jù)的價值。實際上，這發(fā)揮了“六大系統(tǒng)”的集成數(shù)據(jù)效應(yīng)：第一，數(shù)據(jù)的集中管控體現(xiàn)在，數(shù)字化集成完成后，原本各行其是系統(tǒng)下的采礦相關(guān)數(shù)據(jù)被最大化和更快地集中起來，以進(jìn)行統(tǒng)一化管理，提升數(shù)據(jù)管理效率。第二，數(shù)據(jù)的安全性體現(xiàn)在，數(shù)字化集成完成后，原本分散、非可視化管理的數(shù)據(jù)變得集中、透明，可得到實時反映，所以數(shù)據(jù)的失真概率切實降低，也能使管理者及時查缺補漏。此外，數(shù)據(jù)深度挖掘體現(xiàn)在，數(shù)字化集成后，便于安全管理者基于系統(tǒng)建模、生產(chǎn)報告等數(shù)據(jù)信息補充和更新安全避險管理方案以及地下礦山開采策略的前瞻性研究等，這發(fā)揮的是系統(tǒng)數(shù)據(jù)超值效應(yīng)。

（二）發(fā)揮“六大系統(tǒng)”的集成功能效應(yīng)

在“六大系統(tǒng)”各自運行時，各系統(tǒng)自身的功能發(fā)揮成效還存在局限性。經(jīng)過數(shù)字化集成，每個系統(tǒng)的自身功能既是原功能本身，又是總體系統(tǒng)中互聯(lián)互通的節(jié)點，所以無形中放大了其產(chǎn)生的作用，也就是集成系統(tǒng)的綜合效應(yīng)。同時，“六大系統(tǒng)”的各自功能實際上是用于輔助人力、替代人力的功能。系統(tǒng)原本各行其是，一定程度上改善了地下礦山安全避險管理的狀況，降低了安全風(fēng)險防范消耗的人力，且效果很好。而加入了數(shù)字化集成特征后，新的安全避險系統(tǒng)基于功能的集成管理與效應(yīng)發(fā)揮，促使管理操作更為簡潔，所需人力更少，發(fā)揮的礦山風(fēng)險防控作用更強。例如，任何系統(tǒng)節(jié)點出現(xiàn)事故防范提示時，調(diào)度中心都會及時了解情況，繼而以簡潔的系統(tǒng)操作進(jìn)行管理協(xié)調(diào)，從而降低潛在的事故威脅性。

四、地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成的實現(xiàn)

（一）監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

1.以視頻展示為表現(xiàn)的數(shù)字化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)集成

該集成的實現(xiàn)要先確定一個統(tǒng)一的、唯一的網(wǎng)絡(luò)IP地址，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行視頻監(jiān)控的集中展示。IP地址是一個視頻窗口，連接監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)下設(shè)的所有攝像頭，以此顯示各監(jiān)控場景的實時畫面，且支持隨時調(diào)用監(jiān)控畫面。其中，一旦有攝像頭發(fā)生故障，正在顯示的視頻畫面就會存在異常，而管理者可以結(jié)合畫面圖像情況分析與判斷故障問題，也能針對故障攝像頭進(jìn)行三維定位，快捷鎖定此時的空間位置。由此，盡快維修后續(xù)的攝像頭設(shè)備，縮短故障位置排查時間。同時，在相應(yīng)的監(jiān)控視頻展示中，也可以分類標(biāo)識地下礦山重點監(jiān)控位置，以便隨時調(diào)看相應(yīng)位置的作業(yè)狀態(tài)，同時便于進(jìn)行地下礦山安全管理分級。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的優(yōu)點在于實時化、直觀化，掌握地下礦山下的人員作業(yè)表現(xiàn)情況、發(fā)掘面或巷道危險源情況、設(shè)備運行情況，以避免違規(guī)作業(yè)、重大危險及嚴(yán)重故障等。特別是，視頻對地下礦山采掘環(huán)境的重現(xiàn)能讓管理者對著畫面進(jìn)行安全避險分析，包括分析事故原因、排查重危隱患等，以此提高管理的“知行合一”水平，使突發(fā)狀況中應(yīng)急救援及逃生不脫離實際。

2.以專項分類為表現(xiàn)的數(shù)字化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)集成

該集成的實現(xiàn)主要依托傳感器，即有效連接所有的監(jiān)控設(shè)備與傳感器，后者可以實時采集、調(diào)用和計算分析相關(guān)的監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)參數(shù)，包括鎖定監(jiān)控設(shè)備的空間位置。這一系列的過程實現(xiàn)也十分快捷，甚至可以稱之為即時。而當(dāng)傳感器成功獲取對應(yīng)的監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)后，基于與數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)值的對比，可以計算分析監(jiān)控設(shè)備所在位置的安全情況，進(jìn)而針對危急情況作出報警提示。專項分類的監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)主要分為：

（1）通風(fēng)子系統(tǒng)

礦山井下采礦工程大部分采用鑿巖爆破方式，會對井下作業(yè)人員構(gòu)成中毒隱患。該系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控中，借助傳感器的輔助，能全面管理和分析通風(fēng)監(jiān)測設(shè)備采集、承載的信息數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測位置、空氣溫度、空氣成分含量、風(fēng)流風(fēng)速等，首先對既定點位的通風(fēng)實時監(jiān)測。同時，一旦監(jiān)測監(jiān)控點位的空氣狀況有異常，主要和空氣預(yù)設(shè)值不符，并已達(dá)到危害人體健康、安全的限值，系統(tǒng)會立即發(fā)出報警信息。

（2）提升子系統(tǒng)

該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控借助傳感器能實時高效采集系統(tǒng)運行的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的功能，例如，狀態(tài)、空間位置等參數(shù)，也能實時采集卷揚機運行的對應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)，例如，電壓、電流、功率、加速度等。當(dāng)有提升系統(tǒng)運行異常出現(xiàn)時，相應(yīng)的報警機制也會被觸發(fā)。

（3）巷道子系統(tǒng)

該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控中借助傳感器能實時采集巷道設(shè)備的各項參數(shù)的功能，例如，傳輸狀態(tài)、空間位置等參數(shù)，還能及時比較參數(shù)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值之間的差異，以判斷是否存有異常，并根據(jù)需求發(fā)出報警信息。

（4）其他子系統(tǒng)

與上述系統(tǒng)同理，在其他子系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控中，借助傳感器能采集對應(yīng)設(shè)備的各項參數(shù)，還能及時比較參數(shù)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值之間的差異，以判斷是否存有異常，并根據(jù)需求發(fā)出報警信息。其他子系統(tǒng)可細(xì)化為很多主體，例如，空氣指標(biāo)子系統(tǒng)、排水子系統(tǒng)、地表監(jiān)測子系統(tǒng)、尾礦壩監(jiān)測子系統(tǒng)等。

（二）人員定位系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

該系統(tǒng)集成的實現(xiàn)中有助于人員定位數(shù)據(jù)庫發(fā)揮作用，即可調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，實時掌握人員的精確位置。在定位中，利用所在人員定位基站的基礎(chǔ)定位功能計算三維空間位置，從而精準(zhǔn)顯示選定監(jiān)測人員、設(shè)備的位置，采集與統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，最終匯集為數(shù)據(jù)庫。當(dāng)需要查詢定位信息時，基于人員持續(xù)定位與記錄位置信息，再結(jié)合系統(tǒng)建立的豎井巷道模型（三維），就可以仿真回放指定人員的軌跡。定位系統(tǒng)在數(shù)字化環(huán)境下，可體現(xiàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、瀏覽直觀的優(yōu)勢。

（三）通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

該系統(tǒng)旨在緊急情況發(fā)生時，使地下礦山危險區(qū)域的人員在通訊暢通的情形下收到警報信息，繼而迅速組織撤離。而在數(shù)字化集成的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)將嵌入通訊和網(wǎng)絡(luò)廣播報警系統(tǒng)，以更高效地發(fā)出警報，并加入安全分析功能，以更科學(xué)地分析避災(zāi)路線，指導(dǎo)危險區(qū)域人員平安撤離。此外，系統(tǒng)中也要加入智慧通訊卡設(shè)備，當(dāng)發(fā)生險情時，人員可立即按卡上的通訊報警按鍵，向系統(tǒng)自動報告危險源相關(guān)信息，而通訊卡與地面凋度指揮中心要形成智慧化連接。

（四）緊急避險系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

該系統(tǒng)依托傳感器組（設(shè)置在緊急避險硐室），能采集井下各項參數(shù)，例如，飲水、食品參數(shù)，供水供風(fēng)管路參數(shù)、有毒有害氣體檢測儀器參數(shù)、人員自救器參數(shù)、照明設(shè)備參數(shù)等，以反映真實狀態(tài)，從而在三維可視化集成平臺上展示，為緊急避險需求做鋪墊，而管理人員可以為井下人員制定最為合適的安全逃生路線，幫助他們明確地下避險位置。

（五）壓風(fēng)自救系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

該系統(tǒng)依托的傳感器分別安設(shè)在各壓風(fēng)管道上，可細(xì)化為壓力監(jiān)測傳感器、閥門狀態(tài)監(jiān)測傳感器、空氣質(zhì)量監(jiān)測傳感器等，以分類集成各參數(shù)數(shù)據(jù)，促使壓風(fēng)自救系統(tǒng)的常態(tài)化運行、維護(hù)都有充分的數(shù)據(jù)支撐。一旦有緊急情況出現(xiàn)，相關(guān)異常參數(shù)數(shù)據(jù)也會反映在三維可視化集成平臺上，輔助管理者進(jìn)行壓風(fēng)自救相關(guān)避險判斷。

（六）供水施救系統(tǒng)的集成體現(xiàn)

該系統(tǒng)依托的傳感器安設(shè)于供水管道上，例如，水質(zhì)監(jiān)測傳感器、壓力監(jiān)測傳感器、生產(chǎn)生活供水閥門監(jiān)測傳感器等，以分類集成各參數(shù)數(shù)據(jù)，促使供水施救系統(tǒng)的常態(tài)化運行、維護(hù)都有充分的數(shù)據(jù)支撐。一旦出現(xiàn)供水緊急問題，相關(guān)異常參數(shù)數(shù)據(jù)會反映到三維可視化集成平臺，提示調(diào)度管理者進(jìn)行供水系統(tǒng)調(diào)控。

五、結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前地下礦山“六大系統(tǒng)”走向數(shù)字化集成幾乎是必然選擇，能為相應(yīng)的安全避險管理提供充足的技術(shù)支撐，使安全管控可操作性更強。本文對相關(guān)數(shù)字化集成實現(xiàn)的論述是基于數(shù)字化技術(shù)中的一些優(yōu)勢展開的，例如，三維定位技術(shù)、可視化技術(shù)、傳感技術(shù)等。但實際上，數(shù)字化是一個宏觀的發(fā)展方向，其中包括的技術(shù)要素是多樣的，且數(shù)字化的發(fā)展也有廣闊的前景，未來還會不斷有新的技術(shù)發(fā)明、技術(shù)升級。因而，本文的論述仍有待在地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成實踐中進(jìn)行不斷的補充、糾正。

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