地下礦山安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成路徑探索

李勝華

摘要：盡管地下礦山的開采實(shí)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(guó)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(shí)踐，組織開展安全避險(xiǎn)“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(diǎn)，說(shuō)明數(shù)字化集成帶來(lái)的意義，最后探討相關(guān)數(shù)字化集成的實(shí)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(chǎng)地、巷道等情況錯(cuò)綜復(fù)雜，如果沒(méi)有安全避險(xiǎn)方案作為保障，就會(huì)使礦產(chǎn)資源開采的過(guò)程始終伴隨事故風(fēng)險(xiǎn)，充滿不確定性。而安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”為地下礦山設(shè)置了安全網(wǎng)格與屏障，升級(jí)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(shí)代性、先進(jìn)性的技術(shù)融入進(jìn)去，不斷升級(jí)“六大系統(tǒng)”。本文立足于對(duì)數(shù)字化技術(shù)的融合，促使安全避險(xiǎn)“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(jí)，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(dú)立運(yùn)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(shí)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(dú)立設(shè)備、功能等承載的信息資源、運(yùn)行功效均被合理共享，而且共享過(guò)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(duì)獨(dú)立的小系統(tǒng)借由集成技術(shù)，集成為一個(gè)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(xiǎn)“六大系統(tǒng)”是國(guó)家強(qiáng)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(duì)于礦產(chǎn)開采領(lǐng)域而言，“六大系統(tǒng)”具體指監(jiān)測(cè)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(xiǎn)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)以及供水施救系統(tǒng)。安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”建設(shè)要滿足國(guó)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(yíng)實(shí)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(tái)作為一個(gè)安全避險(xiǎn)管理介質(zhì)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度各個(gè)系統(tǒng)，促使統(tǒng)籌運(yùn)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(gè)系統(tǒng)不再自成體系，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)安全避險(xiǎn)體系節(jié)點(diǎn)，促使有效的采礦管理信息得以在節(jié)點(diǎn)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(gè)整體，而且工作過(guò)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(diǎn)

（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(gè)三維立體化的地下礦山場(chǎng)景，可視化可以反映實(shí)時(shí)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(yùn)行可靠

目前，可輔助數(shù)字化系統(tǒng)集成實(shí)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(duì)突發(fā)故障。例如，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)突發(fā)故障，集成系統(tǒng)會(huì)即時(shí)向?qū)?yīng)的地下礦山調(diào)度中心輸送告警信息，還會(huì)及時(shí)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(yùn)行。

（三）系統(tǒng)自動(dòng)更新

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的一大便利是自動(dòng)更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)，融入到“六大系統(tǒng)”后，可實(shí)時(shí)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?yàn)榈叵碌V山生產(chǎn)的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，對(duì)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(shí)時(shí)調(diào)整三維建模，做出有效的信息展示，而該問(wèn)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(kuò)充空間

數(shù)字化集成安全避險(xiǎn)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(kuò)容，主要是要考慮到地下礦山開采事業(yè)的與時(shí)俱進(jìn)以及綜合管理系統(tǒng)建設(shè)的動(dòng)態(tài)更新與升級(jí)需求。因此，得以實(shí)現(xiàn)的數(shù)字集成化安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”應(yīng)是空間開放的，允許繼續(xù)有新的平臺(tái)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?cái)?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(jià)值。實(shí)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(lái)，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(shí)時(shí)反映，所以數(shù)據(jù)的失真概率切實(shí)降低，也能使管理者及時(shí)查缺補(bǔ)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(bào)告等數(shù)據(jù)信息補(bǔ)充和更新安全避險(xiǎn)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(yùn)行時(shí)，各系統(tǒng)自身的功能發(fā)揮成效還存在局限性。經(jīng)過(guò)數(shù)字化集成，每個(gè)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(diǎn)，所以無(wú)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(shí)，“六大系統(tǒng)”的各自功能實(shí)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(xiǎn)管理的狀況，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(jiǎn)潔，所需人力更少，發(fā)揮的礦山風(fēng)險(xiǎn)防控作用更強(qiáng)。例如，任何系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)事故防范提示時(shí)，調(diào)度中心都會(huì)及時(shí)了解情況，繼而以簡(jiǎn)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(xiǎn)“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成的實(shí)現(xiàn)

（一）監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)集成

該集成的實(shí)現(xiàn)要先確定一個(gè)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(gè)視頻窗口，連接監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下設(shè)的所有攝像頭，以此顯示各監(jiān)控場(chǎng)景的實(shí)時(shí)畫面，且支持隨時(shí)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(huì)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(wèn)題，也能針對(duì)故障攝像頭進(jìn)行三維定位，快捷鎖定此時(shí)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(shí)間。同時(shí)，在相應(yīng)的監(jiān)控視頻展示中，也可以分類標(biāo)識(shí)地下礦山重點(diǎn)監(jiān)控位置，以便隨時(shí)調(diào)看相應(yīng)位置的作業(yè)狀態(tài)，同時(shí)便于進(jìn)行地下礦山安全管理分級(jí)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)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(xiǎn)源情況、設(shè)備運(yùn)行情況，以避免違規(guī)作業(yè)、重大危險(xiǎn)及嚴(yán)重故障等。特別是，視頻對(duì)地下礦山采掘環(huán)境的重現(xiàn)能讓管理者對(duì)著畫面進(jìn)行安全避險(xiǎn)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(shí)際。

2.以專項(xiàng)分類為表現(xiàn)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)集成

該集成的實(shí)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(shí)時(shí)采集、調(diào)用和計(jì)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(guò)程實(shí)現(xiàn)也十分快捷，甚至可以稱之為即時(shí)。而當(dāng)傳感器成功獲取對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，基于與數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)值的對(duì)比，可以計(jì)算分析監(jiān)控設(shè)備所在位置的安全情況，進(jìn)而針對(duì)危急情況作出報(bào)警提示。專項(xiàng)分類的監(jiān)測(cè)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(huì)對(duì)井下作業(yè)人員構(gòu)成中毒隱患。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)備采集、承載的信息數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測(cè)位置、空氣溫度、空氣成分含量、風(fēng)流風(fēng)速等，首先對(duì)既定點(diǎn)位的通風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，一旦監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)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(huì)立即發(fā)出報(bào)警信息。

（2）提升子系統(tǒng)

該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控借助傳感器能實(shí)時(shí)高效采集系統(tǒng)運(yùn)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(shí)時(shí)采集卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)行的對(duì)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(yùn)行異常出現(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制也會(huì)被觸發(fā)。

（3）巷道子系統(tǒng)

該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控中借助傳感器能實(shí)時(shí)采集巷道設(shè)備的各項(xiàng)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(shí)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(bào)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(cè)監(jiān)控中，借助傳感器能采集對(duì)應(yīng)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，還能及時(shí)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(bào)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(cè)子系統(tǒng)、尾礦壩監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)中有助于人員定位數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)揮作用，即可調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)信息，實(shí)時(shí)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(jì)算三維空間位置，從而精準(zhǔn)顯示選定監(jiān)測(cè)人員、設(shè)備的位置，采集與統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，最終匯集為數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)需要查詢定位信息時(shí)，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(shì)。

（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(shí)，使地下礦山危險(xiǎn)區(qū)域的人員在通訊暢通的情形下收到警報(bào)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(bào)警系統(tǒng)，以更高效地發(fā)出警報(bào)，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(xiǎn)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(xiǎn)情時(shí)，人員可立即按卡上的通訊報(bào)警按鍵，向系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)告危險(xiǎn)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(xiǎn)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(xiǎn)硐室），能采集井下各項(xiàng)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(cè)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(shí)狀態(tài)，從而在三維可視化集成平臺(tái)上展示，為緊急避險(xiǎn)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(xiǎn)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(cè)傳感器、閥門狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(yùn)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(huì)反映在三維可視化集成平臺(tái)上，輔助管理者進(jìn)行壓風(fēng)自救相關(guān)避險(xiǎn)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(cè)傳感器、壓力監(jiān)測(cè)傳感器、生產(chǎn)生活供水閥門監(jiān)測(cè)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(yùn)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(wèn)題，相關(guān)異常參數(shù)數(shù)據(jù)會(huì)反映到三維可視化集成平臺(tái)，提示調(diào)度管理者進(jìn)行供水系統(tǒng)調(diào)控。

五、結(jié)語(yǔ)

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(xiǎn)管理提供充足的技術(shù)支撐，使安全管控可操作性更強(qiáng)。本文對(duì)相關(guān)數(shù)字化集成實(shí)現(xiàn)的論述是基于數(shù)字化技術(shù)中的一些優(yōu)勢(shì)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(shí)際上，數(shù)字化是一個(gè)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(lái)還會(huì)不斷有新的技術(shù)發(fā)明、技術(shù)升級(jí)。因而，本文的論述仍有待在地下礦山安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”數(shù)字化集成實(shí)踐中進(jìn)行不斷的補(bǔ)充、糾正。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)忠.思棉煤礦六大系統(tǒng)建設(shè)問(wèn)題分析[J].大科技，2021（08）：117-118.

[2]尹瑞光.試論金屬非金屬地下礦山“六大系統(tǒng)”建設(shè)的重要意義[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（17）：196.

[3]劉廣華.論金屬礦山安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的信息化改造[J].現(xiàn)代信息科技，2022，06（03）：129-132.

[4]尹東升，周科禮，趙雄文，等.某銅礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的建設(shè)與應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2021，21（01）：75-79.

[5]陳天鵬.安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”在鑫陽(yáng)礦業(yè)的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)[J].冶金與材料，2020，40（04）：150-151.