礦山安全生產(chǎn)中數(shù)字化集成技術(shù)應(yīng)用范文

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摘要：為減少礦山安全事故的發(fā)生，加強(qiáng)礦山的安全生產(chǎn)，通過(guò)數(shù)字化集成技術(shù)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和設(shè)備的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理之后，運(yùn)用3DMine建模技術(shù)建立相應(yīng)的模型，集成相關(guān)信息數(shù)據(jù)，根據(jù)信息，確定危險(xiǎn)區(qū)域和礦山生產(chǎn)人員的安全狀態(tài)，并作出安全預(yù)警。以某礦山的生產(chǎn)為例，運(yùn)用數(shù)字化集成技術(shù)對(duì)生產(chǎn)人員和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，判斷出危險(xiǎn)區(qū)域的因素后進(jìn)行安全預(yù)警，確保礦山安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化集成技術(shù)；3Dmine；安全生產(chǎn)；數(shù)據(jù)集成；危險(xiǎn)因素

在礦山生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)礦井?dāng)?shù)字一體化控制，秦文光等通過(guò)對(duì)王家?guī)X礦某工作面支護(hù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的提取和分析，達(dá)到遠(yuǎn)程集中控制的目的，為礦井生產(chǎn)提供了安全保障［1］。陳蒙等通過(guò)對(duì)遙感衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等數(shù)字化技術(shù)提出一套多模塊的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)［2］。李德臣提出了一種基于數(shù)字化集成保護(hù)的防越級(jí)系統(tǒng)，通過(guò)采用可整定的失壓保護(hù)與全站信息共享技術(shù)解決了漏電保護(hù)無(wú)選擇等越級(jí)跳閘問(wèn)題［3］。張燕提出在礦山安裝并實(shí)施主井設(shè)備信息化控制系統(tǒng)、采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)信息化監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)字化控制系統(tǒng)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障［4］。王立梅在利用3DMine礦業(yè)工程軟件建立了礦山地表地形模型和井下巷道實(shí)體模型，重點(diǎn)研究了礦山三維可視化模型在礦山設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)采掘巷道的三維可視化設(shè)計(jì)［5-6］。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)數(shù)字化集成技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)中的應(yīng)用研究較少。因此，本研究根據(jù)某礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，對(duì)數(shù)字化集成技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，對(duì)數(shù)字化集成技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)的應(yīng)用具有重要意義。

1礦山數(shù)字化集成技術(shù)

礦山數(shù)字化集成技術(shù)是指通過(guò)優(yōu)化整合現(xiàn)有礦山條件，采用先進(jìn)的信息和自控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能控制，滿足礦山安全生產(chǎn)要求，提高礦山產(chǎn)量。該技術(shù)主要特點(diǎn)可概括為集成化和數(shù)字化。

2礦山數(shù)字化集成技術(shù)的應(yīng)用路線

礦山安全管理當(dāng)前的一個(gè)主要問(wèn)題是監(jiān)測(cè)監(jiān)控，當(dāng)前在監(jiān)測(cè)監(jiān)控方面有待進(jìn)一步的提高。基于此，針對(duì)這些問(wèn)題本研究引入數(shù)字化集成技術(shù)，提出礦山數(shù)字化集成技術(shù)的應(yīng)用路線，為礦山安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控提供解決方案。應(yīng)用路線圖如圖1所示。

2．1數(shù)據(jù)信息采集與整理

(1)數(shù)據(jù)信息采集。在礦山，建構(gòu)筑物、設(shè)備、采空區(qū)、采場(chǎng)和巷道等數(shù)據(jù)信息的來(lái)源主要利用礦山的攝像機(jī)和監(jiān)視器等采集設(shè)備每隔一定的時(shí)間間隔對(duì)這些數(shù)據(jù)信息讀取一次數(shù)值，然后記錄下來(lái)，進(jìn)行分析。生產(chǎn)人員數(shù)據(jù)信息的采集主要通過(guò)生產(chǎn)人員佩帶的射頻識(shí)別標(biāo)簽，當(dāng)生產(chǎn)人員通過(guò)或接近射頻讀卡器，讀卡器感應(yīng)到信號(hào)并將此信息上傳到監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)上。溫度、氧氣濃度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、炮煙等這些數(shù)據(jù)信息先轉(zhuǎn)化為電子信息，然后通過(guò)傳感器和通信電纜傳輸?shù)降孛妫诘孛鏀?shù)據(jù)分析處理，供工作人員參考。(2)數(shù)據(jù)信息的整理。在收集到礦山環(huán)境氣體和設(shè)備運(yùn)行信息的基礎(chǔ)上，由于軟件在數(shù)據(jù)錄入上的差異，有必要對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。如表1所示。

2．2建立三維模型

在數(shù)字化集成技術(shù)應(yīng)用的路線下，由于應(yīng)用目的主要是提升礦山生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，為了數(shù)據(jù)信息的自由處理和監(jiān)測(cè)監(jiān)控的有效性，故選取3DMine作為集成技術(shù)應(yīng)用的最終平臺(tái)。對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備、采場(chǎng)和巷道等的空間信息建模主要使用3Dmine軟件，通過(guò)攝像機(jī)和監(jiān)視器的數(shù)據(jù)采集，將收集得到的圖片通過(guò)圖像處理軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換圖片文件格式，再將轉(zhuǎn)換后的文件變?yōu)?D仿真模型。對(duì)于生產(chǎn)人員信息通過(guò)射頻讀卡器統(tǒng)計(jì)為Excel表格，導(dǎo)入到3DMine之中生成一個(gè)由點(diǎn)構(gòu)成面的生產(chǎn)人員仿真模型了。對(duì)于溫度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、炮煙等信息通過(guò)傳感器讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，利用3Dmine生成相關(guān)作業(yè)環(huán)境仿真模型。

2．3數(shù)據(jù)信息集成與處理

數(shù)據(jù)信息集成通過(guò)數(shù)據(jù)交換與共享平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)主要由井下生產(chǎn)人員、有害氣體、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、井下設(shè)備監(jiān)控等相關(guān)數(shù)據(jù)組成。模型庫(kù)為三維工程模型，三維模型與數(shù)據(jù)相結(jié)合，用于礦山安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)信息處理主要是分析生產(chǎn)設(shè)備、采場(chǎng)、巷道、溫度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、炮煙和生產(chǎn)人員等相關(guān)信息，按照危險(xiǎn)因素類別，判斷生產(chǎn)人員和設(shè)備是否處于危險(xiǎn)區(qū)域中，并做出預(yù)警。

3案例運(yùn)用

以某礦山井下－387m中段生產(chǎn)為例，在馬頭門、石門及運(yùn)輸巷道等施工完成基礎(chǔ)之上，對(duì)該中段運(yùn)輸巷道進(jìn)行3Dmine仿真模型構(gòu)建，構(gòu)建運(yùn)輸巷道的相關(guān)生產(chǎn)人員、生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)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(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)

按照礦山采場(chǎng)生產(chǎn)的工藝流程，以礦山的單體設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，建立礦山生產(chǎn)的仿真模型。建立礦山生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)一集成標(biāo)準(zhǔn)，以礦山生產(chǎn)的仿真模型為載體，將礦山生產(chǎn)過(guò)程中多系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)集成，便于礦山的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與管理。

3．2集成多數(shù)據(jù)系統(tǒng)

通過(guò)集成技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)系統(tǒng)的融合，通過(guò)基于礦山仿真模型的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)集成技術(shù)，能夠更加直觀有效地進(jìn)行安全管理，將生產(chǎn)人員數(shù)據(jù)、地壓檢測(cè)數(shù)據(jù)、有害氣體監(jiān)控過(guò)程數(shù)據(jù)、頂板控制數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)集成，實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山生產(chǎn)，提高了礦山施工過(guò)程監(jiān)控的效率，提升礦山安全管理的水平。

3．3危險(xiǎn)因素識(shí)別與預(yù)警

對(duì)構(gòu)建的3Dmine仿真模型進(jìn)行信息提取，識(shí)別出不同危險(xiǎn)因素。通過(guò)識(shí)別和提取危險(xiǎn)因素，可知某礦山在該－387m中段運(yùn)輸巷道生產(chǎn)的危險(xiǎn)環(huán)境因素有4大類，即炮煙、冒頂、片幫和礦車。在確定了危險(xiǎn)區(qū)域范圍的基礎(chǔ)上，分析其安全狀態(tài)。危險(xiǎn)環(huán)境因素信息傳輸給模型，根據(jù)人員與危險(xiǎn)區(qū)域的相對(duì)距離，作出相應(yīng)級(jí)別的預(yù)警。

4結(jié)論

數(shù)字化礦山集成技術(shù)在礦山中的應(yīng)用，推動(dòng)著礦山發(fā)展方式變革。通過(guò)數(shù)字化集成技術(shù)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和設(shè)備的信息數(shù)據(jù)機(jī)進(jìn)行采集和管理，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理之后，運(yùn)用3DMine建模技術(shù)建立相應(yīng)的模型，集成相關(guān)信息數(shù)據(jù)，根據(jù)信息，確定危險(xiǎn)區(qū)域和礦山生產(chǎn)人員的安全狀態(tài)，并作出安全預(yù)警。只有讓數(shù)字化礦山集成技術(shù)覆蓋到礦山的各個(gè)領(lǐng)域，才能確保礦山安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］秦文光，代衛(wèi)衛(wèi)．綜采工作面數(shù)字化集成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．煤礦機(jī)械，2016，37(3):11-13．

［2］陳蒙，林錦富，段昌盛．綠色礦山建設(shè)中的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2018，29(4):54-57．

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［6］顧基發(fā)，王浣塵，唐錫晉，等．綜合集成方法體系與系統(tǒng)學(xué)研究［M］．北京:科學(xué)出版社，2007．

作者：馮松 周權(quán) 湯民波 單位：湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院