汪精浩

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

信息化技術(shù)的發(fā)展對(duì)當(dāng)今世界產(chǎn)生影響越來越重大，信息技術(shù)革命是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的持續(xù)動(dòng)力，更推動(dòng)世界科技不斷向前。信息化技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)信息進(jìn)行獲取、加工、儲(chǔ)存、分析、傳輸，信息技術(shù)主要功能為為設(shè)備提供系統(tǒng)以及進(jìn)行信息服務(wù)。信息化技術(shù)近幾年不僅對(duì)經(jīng)濟(jì)、科技產(chǎn)生著巨大影響，對(duì)礦業(yè)的發(fā)展也提供了歷史性的機(jī)遇。信息技術(shù)具有強(qiáng)大的滲透性以及便捷性，與傳統(tǒng)的行業(yè)結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，使得傳統(tǒng)設(shè)備更加智能化、自動(dòng)化、通用化、數(shù)字化，提高信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確度，加快信息傳輸速度。信息化技術(shù)在地下礦山的應(yīng)用，對(duì)礦山的整體安全提供技術(shù)保障，信息化技術(shù)在地下礦山主要應(yīng)用于地下礦山的安全監(jiān)控、安全預(yù)警、安全監(jiān)管、安全監(jiān)管，對(duì)于事故預(yù)防以及突發(fā)事故的處理起著重要的作用，信息化技術(shù)在地下礦山的應(yīng)用將大大提高礦山安全的整體水平。

1 當(dāng)前地下礦山安全現(xiàn)狀分析

我國礦山具有分布廣泛、規(guī)模較小、種類復(fù)雜、基礎(chǔ)差等特點(diǎn)。由于早期技術(shù)管理不到位的影響，我國礦山開采安全形勢(shì)比較復(fù)雜，早年間礦山開采，安全事故如山體崩塌、地表塌陷等事故不斷發(fā)生，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定以及人民的生命安全都帶來了較大影響。為了避免礦山安全事故的發(fā)證，礦山企業(yè)必須做好安全管理工作。我國礦山生產(chǎn)過程中主要存在以下幾項(xiàng)安全問題：第一，我國礦山具有地質(zhì)繁雜的特點(diǎn)，這樣的地質(zhì)特性極大地增加了礦山安全發(fā)生事故的可能性；第二，在礦山安全管理過程中，不僅缺少較為完整的檢測(cè)系統(tǒng)，也沒有較為先進(jìn)的檢測(cè)方式；第三，對(duì)于礦山安全管理投資不足，對(duì)于礦山安全管理的資金投入較少。第四，不能及時(shí)解決安全問題，給安全問題不斷累積的機(jī)會(huì)。人類社會(huì)發(fā)展過程中，安全問題是不可避免的問題。人類在社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程中，從大自然獲取生產(chǎn)資料以及生活資料的過程中，不可避免地遭受大自然的傷害，在不斷發(fā)展過程中，也難免由于獲取資料工具的使用不當(dāng)遭受意外。因此，在礦山利用過程中，提升安全性，對(duì)于人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及降低開采成本有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。運(yùn)用當(dāng)前成熟的信息技術(shù)對(duì)礦山進(jìn)行安全監(jiān)控，成為提高礦山安全的重要途經(jīng)，降低礦山安全事故發(fā)生的概率，降低成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 地下礦山開采特性

地下礦山開采主要包括金屬開采、非金屬材料開采、煤礦開采以及石油開采。石油、天然氣的開采一般使用鉆井法，其余資源開采主要運(yùn)用巖鑿、爆破方式，再進(jìn)行運(yùn)輸。無論地下開采還是露天開采，相同之處大于不同，最主要不同便是設(shè)備運(yùn)用不同以及自然條件不同。地下開采條件相比露天開采更差，主要具有以下幾點(diǎn)特性：第一，地下礦山開采工程較為煩瑣，可見度較低，空間較小。墜井、觸電事故的發(fā)生率較高。第二，地下礦井通風(fēng)差，空氣流動(dòng)差，很容易發(fā)生氣體中毒事件，當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，危害性更大。第三，地下可見度低，工作人員對(duì)于地質(zhì)條件的觀察較難，地質(zhì)條件對(duì)于地下礦山開采安全有著重要影響，若觀察錯(cuò)誤，冒頂、突水等事故很容易發(fā)生。第四，地下開采遇到采空區(qū)很容易造成地表塌陷，對(duì)地上建筑物安全也會(huì)造成較大威脅，嚴(yán)重時(shí)，還可能會(huì)產(chǎn)生井下沖擊，威脅井上井下安全。

1.2 地下礦山災(zāi)害類型

（1）地下礦山冒頂片幫災(zāi)害。冒頂片幫是地下礦山最容易發(fā)生的災(zāi)害。主要表現(xiàn)形式包括巖層的脫落、塊體冒落、不良地層塌落等。對(duì)于一些巖石具有軟弱夾層和礦巖穩(wěn)定性較差的礦山，發(fā)生冒頂片幫的概率較大且規(guī)模較大，容易引起較大規(guī)模的事故。

（2）地下礦山深部巖爆災(zāi)害。部分金屬開采已經(jīng)達(dá)到地下1000m，地下硬巖層由于地下高壓開采，很容易發(fā)生地下巖爆的事故。發(fā)生巖爆事故時(shí)，地表也可以聽到如雷的響聲，對(duì)井巷工程危害極大，甚至?xí)沟玫乇韰^(qū)域發(fā)生塌陷，造成巨大安全事故。

（3）地下礦山地表塌陷災(zāi)害。地表塌陷容易在金屬礦發(fā)生。在礦山開采的過程中，淺部的空區(qū)加上過大的開采影響，在接近地表層的巖層移動(dòng)過程中，會(huì)對(duì)地表的一些建筑以及道路造成影響，使得地表塌陷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生山體滑移。

（4）地下礦山井下突水災(zāi)害。在地下礦山開采過程中，操作方式違規(guī)或者進(jìn)行非正常的開采是造成井下突水的重要原因。在作業(yè)的過程中，由于存在積水的巷道和采空區(qū)，或者當(dāng)開采時(shí)遇到地下暗河等情況，都很容易發(fā)生井下突水，很容易造成較大的傷害。

（5）地下礦山大面積空區(qū)垮塌災(zāi)害。由于一些礦山開采技術(shù)的限制，如空?qǐng)龇?、崩落法等方法，?huì)使得地下礦山容易形成較大空區(qū)和崩落空區(qū)。不斷的開采，不斷的積累，使得空區(qū)面積不斷擴(kuò)大，達(dá)到一定程度時(shí)，便會(huì)發(fā)生大面積的空垮塌。如果沒有良好的預(yù)防與處理，會(huì)嚴(yán)重威脅人身安全，損害經(jīng)濟(jì)。

2 信息化技術(shù)在地下礦山安全的應(yīng)用

信息化技術(shù)在地下礦山中的高度運(yùn)用，建設(shè)信息化礦山是中國礦山發(fā)展的必然道路。信息化技術(shù)對(duì)于礦山安全、高效開采具有重要意義，地下礦山開采的可持續(xù)發(fā)展離不開信息化技術(shù)的支持。信息化礦山的建設(shè)過程中，安全信息化建設(shè)是很重要的一部分，安全信息化建設(shè)離不開安全信息化系統(tǒng)的建設(shè)，礦山的信息化是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。因此，在礦山信息化建設(shè)過程中，腳踏實(shí)地，結(jié)合實(shí)際情況，制定相應(yīng)計(jì)劃，構(gòu)建框架，一步步建設(shè)是至關(guān)重要的。安全信息化礦山框架構(gòu)建是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，通過對(duì)地下礦山安全的分析，主要將信息化安全礦山框架分為核心控制、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)、安全決策支持、安全管路信息系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。逐步建立與完善，在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上再進(jìn)行穩(wěn)步發(fā)展。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

礦山數(shù)據(jù)庫的建立需要搜集礦山相關(guān)多種數(shù)據(jù)庫中的有價(jià)值信息，將這些具有價(jià)值的信息進(jìn)行整理整合，構(gòu)建一個(gè)綜合的礦山數(shù)據(jù)庫。這個(gè)數(shù)據(jù)庫需要具有實(shí)時(shí)更新、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，隨時(shí)隨地可以將礦山相應(yīng)數(shù)據(jù)傳遞給中央控制室。構(gòu)建這種實(shí)時(shí)變化的礦山信息庫，第一步便需要進(jìn)行信息采集系統(tǒng)的建立，此種信息采集系統(tǒng)需要快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化，信息系統(tǒng)是礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)化建立的基礎(chǔ)，這種信息系統(tǒng)除了需要良好的信息處理基礎(chǔ)技術(shù)外，還需要具有可以結(jié)合礦山3D建模，對(duì)礦山進(jìn)行技術(shù)分析，模擬開采，還需要對(duì)礦山井下可以在第一時(shí)間做出定位，保障礦山開采的安全與高效。

2.2 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

過去礦山開采過程中，對(duì)于礦山開采的安全預(yù)警往往憑借礦工的經(jīng)驗(yàn)，礦工將自己的經(jīng)驗(yàn)與客觀觀察事物結(jié)合在一起，預(yù)防礦山事故的發(fā)生。經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較低，并且經(jīng)常會(huì)預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，造成經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)礦山開采過程中事故預(yù)測(cè)的手段也在不斷地進(jìn)步，預(yù)兆事故的方式不斷從主觀經(jīng)驗(yàn)的方法逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，運(yùn)用一些儀器增加預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，如探地雷達(dá)、火災(zāi)預(yù)警器等。儀器的應(yīng)用對(duì)于安全事故的預(yù)測(cè)科學(xué)性的提高起到了重要作用。在科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)發(fā)達(dá)的當(dāng)今，將儀器的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)等相結(jié)合，通過儀器對(duì)地下氣體含量估算、對(duì)地下溫度、濕度估算并傳輸給信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)通過分析與實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)地下狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，達(dá)到了預(yù)測(cè)安全事故以及評(píng)價(jià)安全系數(shù)的作用。在預(yù)測(cè)到安全事故即將發(fā)生時(shí)，根據(jù)設(shè)定進(jìn)行預(yù)警并指揮控制，將大大降低安全事故的發(fā)生。

2.3 安全決策系統(tǒng)的應(yīng)用

安全決策系統(tǒng)的建立需要對(duì)射頻技術(shù)以及定位技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，并在GIS系統(tǒng)的支持下，對(duì)地下工作人員分布達(dá)到地上可視，并對(duì)人員分布密度可以進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保人員安全。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，對(duì)圍巖與地表進(jìn)行分析，充分利用有限元，從而預(yù)測(cè)事故的發(fā)生與否，從預(yù)測(cè)、預(yù)防提前降低事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 安全管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)信息管理系統(tǒng)的完善以及對(duì)應(yīng)急救援系統(tǒng)的管理維護(hù)是安全管理信息系統(tǒng)完美運(yùn)用的基礎(chǔ)。礦山的基本生存情況除了管理者的觀察外，還可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行連接進(jìn)行評(píng)估與反應(yīng)。通過及時(shí)的評(píng)估，對(duì)礦山的生產(chǎn)情況及時(shí)管理，對(duì)通風(fēng)、排水、防塵、通信等方方面面進(jìn)行調(diào)整，出現(xiàn)問題及時(shí)解決，提升礦山整體安全性。對(duì)于地下礦山安全監(jiān)測(cè)的研究尤其是信息化技術(shù)在地下礦山充分應(yīng)用的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于礦山安全信息化技術(shù)應(yīng)該保持不斷探討，不斷進(jìn)步的態(tài)度，將信息化技術(shù)與地下礦山的開采完美地融合在一起，從信息采集到建立完整的信息庫再到將信息技術(shù)與礦山實(shí)際結(jié)合并完美應(yīng)用，是一個(gè)漫長的過程，只有不斷前進(jìn)，才能有效地減少礦山安全事故的發(fā)生，提高地下礦山開采的安全性，推動(dòng)整個(gè)礦山行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。