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地下矿山安全监测与信息化技术李世席

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第12期作者：李世席

[导读] 矿难的频繁发生不仅危及技术人员的安全，也影响了矿山企业的经济效益，严重阻碍了矿山企业的可持续发展。如何纠正矿山灾难性事故，最大限度地降低矿山灾难性事故的可能性

        六盘水高新技术产业开发区城市管理处贵州 553000
        摘要：矿难的频繁发生不仅危及技术人员的安全，也影响了矿山企业的经济效益，严重阻碍了矿山企业的可持续发展。如何纠正矿山灾难性事故，最大限度地降低矿山灾难性事故的可能性，将成为一个关键问题。随着我国社会经济的快速发展，人们对各种矿山资源的需求也在不断增加。为了满足如此巨大的供应需求，矿山企业必须不断开发地下矿山资源。然而，目前由于缺乏先进的技术，矿山灾害频繁发生，这对矿山企业的可持续发展非常不利。
        关键词：地下矿山；安全监测；信息化技术；

        研究了地下矿山的安全监测和信息技术，介绍了矿山安全生产的现状：地质复杂，检测手段缺乏，安全生产基础薄弱，安全隐患多。分析了地下开采中存在的问题：能见度低，空气流动性差，易发生冒顶、冒落和突水事故。阐述了信息技术的应用：信息采集与基础数据库、安全监测预警系统、安全决策支持系统、安全管理信息系统。这样可以有效避免矿难事故的发生，从而促进矿山企业的可持续发展。
        1 矿山安全灾害分析
        1.1 地下开采的特点。就矿山而言，有金属矿床开采、非金属材料矿床开采、煤炭开采、石油开采等。除石油和天然气使用钻探外，采矿过程是凿岩、爆破、出矿、装载和运输。有露天开采和地下开采。露天开采与地下开采虽然在技术上有一定的区别，但主要开采技术与安全生产有许多相似之处，如凿岩爆破、采装运输、排水供电等，不同之处在于所用设备类型不同，以及井下通风条件、能见度等条件不同。地下开采诱发事故的主要特点如下；1）井下巷道工程复杂，作业通道狭窄，井下能见度低，视线差，易发生坠井、触电等事故。2）井下气流不畅，易造成废气中毒事故。如果发生火灾事故，危害更大。3）地下岩层的地质条件难以直接观测，地压、水文等因素对安全生产影响很大。冒顶、突水等事故时有发生。4）地下采空区易引起地表塌陷，造成地表建筑物的破坏和地表水的渗透，还可能产生冲击波和高速空气波，严重威胁地下矿山从业人员和生产设备的安全。
        1.2 矿山安全灾害的类型。1）金属非金属地下矿山的灾害是由矿床地下开采引起的，灾害的主要形式包括冒顶、深部岩爆、地表塌陷、地下突水、大面积采空区塌陷等。冒顶冒（片）帮事故是地下矿山最常见、事故率最高的灾害之一。顶板冒落和帮肋剥落包括岩石冒落、块体冒落、不良地层崩塌以及开采和地质构造引起的各种崩塌。特别是难采矿体和软弱夹层，矿岩稳定性差，易发生大面积冒落，造成冒顶、冒落（顶板冒落）事故。2）深层岩爆。近年来，一些金属矿山已进入1000 米以下的深部开采，在高应力条件下，地下岩爆往往发生在坚硬岩层中。冬瓜山铜矿已开采1100米，深部有岩爆和抛石现象。红透山铜矿开采面积达1337米2，开采深度约1100 米，大采区花岗岩柱及上下壁发生多次大规模岩爆，地表听雷，严重破坏矿山工程，对生产造成危害。大厂105号矿体埋深1000米，民用采矿开挖形成大面积采空区。发生许多巨大的岩爆和微震，震动地表，深部民用采矿段发生大规模坍塌。3）地表塌陷。地表塌陷是金属矿山的常见现象，危害极大。由于浅部采空区或大规模开采的影响，地表附近的岩石运动可能对地表建筑物和道路造成一定的危害，有的甚至引起山体滑坡。当爆破诱导或岩层移动到一定程度时，会发生大规模的采空区塌陷。由于采空区的突然坍塌，将产生巨大的地震波、空气冲击波等灾害。4）地下突水。水突然涌出主要是非法开采或异常开采造成的，与采矿密切相关。在开采过程中，一旦接近废弃巷道、老窑和采空区，或遇到洞穴和地下河流，当孤立的岩层突然失去稳定性时，很容易造成重大灾害。5）大面积采空区塌陷。利用空场法、崩落法开采的地下矿山往往形成巨大的采空区和崩落采空区。

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当这些采空区达到一定规模时，就会产生大面积的采空区塌陷。如果防治措施不当，将造成重大事故和灾害。此外，大量采空区的存在也是采空区塌陷事故的一大隐患。
        2 矿山安全信息技术
        建设信息矿山，打造安全、高效、可持续的矿业发展模式，是中国矿业未来发展的必由之路。安全信息化建设是信息矿山的重要组成部分，矿山安全信息化系统的建设是一个相当复杂的过程。要结合我国金属矿山企业安全信息化的现状和实际需要，宏观把握，统筹规划，制定其基本框架和总体框架，逐步稳步推进。安全信息矿山的基本框架由核心控制系统、井下安全信息采集系统、动态监测预警系统、安全决策支持系统、安全管理信息系统等组成。1）信息采集和基础数据库。从各种矿山数据库中收集有用的信息，并将其集成到一个综合数据库中。最终的数据库应该是一个实时、动态的数据库系统，可以随时更新，并立即提交给中央控制室。建立基础信息数据库，首先要建立快速、准确、自动化的信息采集与处理系统，这是矿山安全信息化的前提。另外，还需要结合矿山三维拓扑建模与分析技术、矿山虚拟现实仿真与可视化仿真技术、井下快速定位与自动导航技术、智能采矿与高效安全技术、矿山3S技术等。过去，矿工们只是用经验来预测事故征兆，其中最常用的方法是敲帮问顶。随着科学技术的不断进步，事故征兆的预测手段也在不断改进。对事故征兆的预测已从经验方法逐步向科学预测方法转变，如探地雷达、应力监测、火灾预警系统、射频发射跟踪系统等，三维动态采空区微震监测系统在井下事故预测和救援中得到了很好的应用。利用上述仪器系统，结合无线数据传输技术、计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动控制技术和自动检测技术，通过在井下工作面、硐室设置传感器，采空区观测点，对井下生产环境中的空气粉尘、爆破烟尘、氮硫氧化物、一氧化碳、硫氧化物、一氧化碳等进行检测，可实时监测温度、湿度及围岩应力，并将现场实测数据信息及时发送到地面调度室。一旦发现井下异常情况，可按预先设定的程序和步骤及时发出警报，地面调度室值班人员可立即停止井下作业，通知井下作业人员迅速撤离危险区域或撤至地面。3）安全决策支持系统。在地面监控中心安全信息数据库的支持下，将井下作业人员传输的数据信号输入到大型综合数据库中，并进行软件处理，从而在地面监控主机上实时显示人员和其他运动目标的动态分布和环境安全状况，实现人员和运动目标环境安全状况的自动跟踪、自动监控、轨迹回放和数字化管理。当发生井下火灾、大面积塌方、突水等灾害时，可实时显示灾区人员的人数、身份、位置等信息，为及时进行应急救援提供准确的决策依据。以围岩及地表变形有限元分析计算的理论和方法为基础，结合先进        的计算机技术，对采动引起的围岩及顶板变形、塌方、顶板破坏、顶板破坏、顶板破坏等进行了预测，地表移动变形及对周围建筑物、构筑物的安全影响，以便在事故发生前及时消除隐患或安排相应的预防措施。4）安全管理信息系统。运用现代信息网络技术，建立先进的信息管理系统和完善的应急救援体系，确保快速反应、协同作战、反应准确和责任落实。通过与其他监控系统的连接，可以动态反映矿井的生产经营情况，实时提供地质调查、通风防尘、给排水、安全信息、避灾路线等数据，机电交通和通讯可及时方便地接入。
        总之，随着中国经济的快速发展，经济发展对自然矿产资源的需求将会增加由于中国矿业现代化程度高、水平低，因此更加需要创新安全技术和加强管理。中国矿山应充分利用信息技术和高技术手段，建立矿山安全信息监测系统，重点是对矿山安全信息进行实时监测，结合隐患预警、事故预警、生存等功能，并应用计算机三维图形技术和虚拟现实仿真技术进行事故仿真。
        参考文献；
        ［1］杨文生，关于地下矿山安全监测与信息化技术.2020.
        ［2］张南锰，地下矿山安全监督与信息化技术的应用分析.2020.