尹東升，周科禮，趙雄文，蔡世祥，鄧呂強(qiáng)

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山礦， 湖北 黃石市 435101)

0 引言

近年來，全國非煤礦山發(fā)生多起安全事故，給國家和人民安全帶來了較大損失。安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻，對(duì)事故的預(yù)防和預(yù)警工作仍然存在較大問題。與此同時(shí)，在事故發(fā)生后，井下緊急避險(xiǎn)和應(yīng)急救援工作還有待進(jìn)一步加強(qiáng)[1-4]。國家相關(guān)部門印發(fā)了相關(guān)規(guī)定和要求，對(duì)金屬非金屬地下礦山安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”建設(shè)做出了原則規(guī)定、下達(dá)了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與要求[5]。

某銅礦開采深度已達(dá) 1060 m，作業(yè)地點(diǎn)高達(dá)60個(gè)，10余個(gè)中段同時(shí)開采，生產(chǎn)作業(yè)范圍廣，井下同時(shí)作業(yè)人員有500人，由20世紀(jì)50年代開始開采，已形成完善的礦山開采系統(tǒng)，但隨著開采向深部邁進(jìn)，加上開采深度、開采范圍較大，開采風(fēng)險(xiǎn)隨之加大，發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。

某銅礦已建成完整的采礦、運(yùn)輸提升、供電、供風(fēng)、供水、通風(fēng)、排水、充填、選礦、尾礦等設(shè)施。但尚未建立完善的礦山井下安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)，壓風(fēng)、供水系統(tǒng)也未達(dá)到壓風(fēng)自救、供水施救系統(tǒng)的要求，人員定位管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控與通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)有一定的基礎(chǔ)，但也未達(dá)到安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范要求，在事故應(yīng)對(duì)和應(yīng)急救援及人員避險(xiǎn)方面還存在著一定的差距，按照國家相關(guān)政策規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)的要求，建設(shè)和完善井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”迫在眉睫。

1 井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”建設(shè)要求

1.1 設(shè)計(jì)原則

分析安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的建設(shè)內(nèi)容，確定以下設(shè)計(jì)原則[6-8]：

（1）融合互補(bǔ)原則。既滿足安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”建設(shè)的規(guī)范要求，又與礦山生產(chǎn)建設(shè)相互補(bǔ)充、相互推進(jìn)。

（2）先進(jìn)適用的原則。保持一定的技術(shù)先進(jìn)性，技術(shù)選擇既符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律，也符合礦山本身生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)際需求。

（3）統(tǒng)籌兼顧原則。結(jié)合“六大系統(tǒng)”普遍涉及數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸、視頻傳輸?shù)墓残?，建設(shè)統(tǒng)一的能滿足3種信號(hào)同網(wǎng)傳輸?shù)南到y(tǒng)，適度兼顧現(xiàn)有系統(tǒng)改造的相容性與今后發(fā)展的需要。

1.2 主要建設(shè)內(nèi)容

本次建設(shè)的主要內(nèi)容為礦山井下六大安全系統(tǒng)。將監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)通過信息管理平臺(tái)緊密融合，構(gòu)成一個(gè)完整的安全體系[9-10]。

（1）綜合信息管理平臺(tái)。將整個(gè)系統(tǒng)建成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，包括綜合信息管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)、調(diào)度指揮中心和綜合管控平臺(tái)軟件系統(tǒng)等。滿足監(jiān)測監(jiān)控、自動(dòng)控制和人員定位、通信聯(lián)絡(luò)、應(yīng)急救援指揮調(diào)度等各方面數(shù)據(jù)、語音、視頻同網(wǎng)傳輸、儲(chǔ)存及數(shù)據(jù)安全的需求。

（2）監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包括有毒有害氣體監(jiān)測、通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測等。按要求實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)上顯示各參數(shù)實(shí)時(shí)變化曲線，當(dāng)參數(shù)量值超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控現(xiàn)場和調(diào)度室會(huì)發(fā)出報(bào)警提示。

（3）井下人員定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)具有管理上下井人員考勤、監(jiān)控井下各作業(yè)區(qū)域人員的動(dòng)態(tài)分布及變化情況的功能。

（4）緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。在井下建立緊急避險(xiǎn)設(shè)施，通過人員定位、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)及時(shí)組織人員通過避險(xiǎn)網(wǎng)路脫離危險(xiǎn)區(qū)域并采取相應(yīng)控制與治理措施。

（5）壓風(fēng)自救與供水施救系統(tǒng)。在礦山正常生產(chǎn)時(shí)，壓氣站為井下用氣設(shè)備提供壓風(fēng)；在人員活動(dòng)區(qū)域設(shè)置壓風(fēng)供應(yīng)接口及呼吸器，如發(fā)生事故，可用于壓風(fēng)自救與供水施救。

（6）通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。除能與系統(tǒng)、基站、同類通訊設(shè)備正常聯(lián)系外，還可以兼容常用通信設(shè)備的接入；在通信網(wǎng)絡(luò)局部遭到破壞的情況下，還可啟用備用通信方式。

2 井下“六大系統(tǒng)”的建設(shè)與應(yīng)用

2.1 綜合信息管理平臺(tái)建設(shè)

考慮到礦山井下生產(chǎn)范圍大且廣、中段數(shù)多、井下作業(yè)點(diǎn)多、機(jī)械設(shè)備振動(dòng)及爆破振動(dòng)頻繁、生產(chǎn)區(qū)域不斷變動(dòng)等特點(diǎn)，安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的綜合信息管理系統(tǒng)參照?qǐng)D1構(gòu)建綜合信息管理系統(tǒng)[11-12]。

2.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測要求，需在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置一套智能數(shù)據(jù)采集分站和通訊控制單元，所有監(jiān)測參數(shù)由采集分站自動(dòng)采集，通訊控制器將分站的串口通訊方式轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊方式，實(shí)現(xiàn)與 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的連通，通過綜合信息管理平臺(tái)上傳和存儲(chǔ)，系統(tǒng)拓?fù)湟妶D2。

圖1 總體架構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在井下關(guān)鍵點(diǎn)布置視頻監(jiān)控，攝像機(jī)監(jiān)控信號(hào)通過視頻線傳輸至視頻服務(wù)器，再通過 RJ45接口以CAT5雙絞線就近接入WIFI基站，最后通過綜合信息管理平臺(tái)將信號(hào)傳輸至指揮調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3。

為了防止視頻線的長度較大，影響視頻監(jiān)控質(zhì)量，設(shè)計(jì)每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置一臺(tái)視頻服務(wù)器，同時(shí)所有監(jiān)控點(diǎn)采用高速智能球攝像機(jī)（球機(jī)）和防水型紅外夜視攝像機(jī)（槍機(jī)）。

2.4 人員定位系統(tǒng)

井下無線基站均具備電子標(biāo)簽識(shí)別功能，已經(jīng)為人員定位提供了基礎(chǔ)條件，在綜合信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中，考慮了人員定位的需要，建設(shè)了井下接入層交換機(jī)和無線基站。綜合通訊平臺(tái)建成后構(gòu)建人員定位系統(tǒng)極為簡便，只需為下井人員配備WIFI身份識(shí)別卡就能實(shí)現(xiàn)人員定位功能，硬件拓?fù)湟妶D4。

2.5 壓風(fēng)自救系統(tǒng)

考慮到礦山的實(shí)際情況，壓風(fēng)系統(tǒng)初步布置如下：

（1）利用礦山地表現(xiàn)有的空壓機(jī)站作為供風(fēng)風(fēng)源；

圖2 有毒有害氣體及通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖4 井下人員定位子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（2）利用現(xiàn)有供風(fēng)管網(wǎng)，主供風(fēng)管從壓風(fēng)機(jī)站送到副井內(nèi)，再從副井到各中段馬頭門、石門、各中段運(yùn)輸平巷；

（3）利用各中段供風(fēng)設(shè)施，在各主中段石門裝設(shè)油水分離器，在中段各穿脈處、分段平巷各采場開口處安裝三通與閘閥。

2.6 緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)

在進(jìn)行緊急避險(xiǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，其容量須滿足突發(fā)緊急情況下所服務(wù)區(qū)域人員緊急避險(xiǎn)的需要，包括生產(chǎn)人員、管理人員、監(jiān)督檢查人員及可能出現(xiàn)的其他臨時(shí)人員[3]。

（1）在-425中段設(shè)計(jì)避險(xiǎn)硐室，硐室的位置設(shè)置在圍巖穩(wěn)定、支護(hù)良好的巷道中，靠近其所在生產(chǎn)中段人員較集中的地方。

（2）礦井安全監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、壓風(fēng)自救、供水施救、通訊聯(lián)絡(luò)等系統(tǒng)要與緊急避險(xiǎn)設(shè)施建立有機(jī)聯(lián)系，與緊急避險(xiǎn)設(shè)施形成井下完善的安全避險(xiǎn)系統(tǒng)。

（3）緊急避險(xiǎn)硐室配備正壓氧氣呼吸器、氣體凈化與除濕設(shè)施、休息及活動(dòng)場所、室內(nèi)壓風(fēng)自救系統(tǒng)、室內(nèi)供水施救設(shè)施、急救箱、工具箱、排泄物收集設(shè)施、室內(nèi)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、室內(nèi)照明 及指示裝置、室內(nèi)供電設(shè)施、防水門與防水硐室。

2.7 供水施救系統(tǒng)

考慮到礦山的實(shí)際情況，供水系統(tǒng)初步布置如下：

（1）通過在地面新增管道連接生活水池，接入副井的生產(chǎn)供水管路，加裝轉(zhuǎn)換電動(dòng)閥門，在緊急情況下切換閥門，切斷生產(chǎn)供水而改由生活水池向各個(gè)中段及工作面供水；

（2）副井內(nèi)主供水管路自副井井口開始鋪設(shè)向下延伸至各中段及溜破系統(tǒng)并設(shè)置三通、閥門及水質(zhì)凈化器；

（3）在井筒、井底車場、運(yùn)輸巷道設(shè)置供水主管，進(jìn)入采區(qū)巷道設(shè)置供水干管，進(jìn)入采掘工作面、重要硐室或避險(xiǎn)硐室設(shè)置供水支管。

2.8 通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)選擇有線+無線相結(jié)合的雙通道通訊系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定和可靠通信，保證信息的及時(shí)準(zhǔn)確傳達(dá)。

在綜合信息管理平臺(tái)上，依托接入IP語音網(wǎng)關(guān)（路由器）、SVP SERVER等硬件設(shè)備[13-14]，構(gòu)建無線通訊系統(tǒng)。無線通訊采用固定WIFI路由器發(fā)射信號(hào)，采用礦用或普通裝有WIFI接收模塊的智能中段接收。其硬件架構(gòu)見圖5。

圖5 井下無線通信聯(lián)絡(luò)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

通過分析某銅礦井下安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)，查找現(xiàn)有系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合該銅礦井下生產(chǎn)實(shí)際和安全要求，建設(shè)WIFI綜合通訊平臺(tái)系統(tǒng)。通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通訊控制單元傳輸實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)和有毒有害氣體監(jiān)測。通過建設(shè)井下接入層交換機(jī)、無線基站、WIFI身份識(shí)別卡實(shí)現(xiàn)人員定位。通過有線電話系統(tǒng)和基于WIFI的無線通信系統(tǒng)相結(jié)合的雙通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下通訊便捷。該銅礦通過對(duì)井下“六大系統(tǒng)”進(jìn)行信息技術(shù)裝備升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了井下、地面信息互通的目的，為該礦在事故應(yīng)對(duì)、應(yīng)急救援和安全生產(chǎn)等方面提供了有力技術(shù)支持。