矿山安全生产中数字化集成技术应用范文

摘要：为减少矿山安全事故的发生，加强矿山的安全生产，通过数字化集成技术，将生产现场作业人员和设备的信息数据进行采集和管理，对收集到的数据信息进行整理之后，运用3DMine建模技术建立相应的模型，集成相关信息数据，根据信息，确定危险区域和矿山生产人员的安全状态，并作出安全预警。以某矿山的生产为例，运用数字化集成技术对生产人员和设备进行实时监控，判断出危险区域的因素后进行安全预警，确保矿山安全生产。

关键词：数字化集成技术；3Dmine；安全生产；数据集成；危险因素

在矿山生产中，为了实现矿井数字一体化控制，秦文光等通过对王家岭矿某工作面支护设备运行参数的提取和分析，达到远程集中控制的目的，为矿井生产提供了安全保障［1］。陈蒙等通过对遥感卫星、无人机、大数据、云计算和人工智能等数字化技术提出一套多模块的监测预警系统［2］。李德臣提出了一种基于数字化集成保护的防越级系统，通过采用可整定的失压保护与全站信息共享技术解决了漏电保护无选择等越级跳闸问题［3］。张燕提出在矿山安装并实施主井设备信息化控制系统、采区运输系统信息化监控系统等相关数字化控制系统，为矿井的安全生产提供了保障［4］。王立梅在利用3DMine矿业工程软件建立了矿山地表地形模型和井下巷道实体模型，重点研究了矿山三维可视化模型在矿山设计上的应用，实现对采掘巷道的三维可视化设计［5-6］。通过研究发现，目前对数字化集成技术在矿山安全生产中的应用研究较少。因此，本研究根据某矿山生产现场实例，对数字化集成技术在矿山安全生产中的应用进行研究，对数字化集成技术在矿山安全生产的应用具有重要意义。

1矿山数字化集成技术

矿山数字化集成技术是指通过优化整合现有矿山条件，采用先进的信息和自控技术，实现生产过程智能控制，满足矿山安全生产要求，提高矿山产量。该技术主要特点可概括为集成化和数字化。

2矿山数字化集成技术的应用路线

矿山安全管理当前的一个主要问题是监测监控，当前在监测监控方面有待进一步的提高。基于此，针对这些问题本研究引入数字化集成技术，提出矿山数字化集成技术的应用路线，为矿山安全监测监控提供解决方案。应用路线图如图1所示。

2．1数据信息采集与整理

(1)数据信息采集。在矿山，建构筑物、设备、采空区、采场和巷道等数据信息的来源主要利用矿山的摄像机和监视器等采集设备每隔一定的时间间隔对这些数据信息读取一次数值，然后记录下来，进行分析。生产人员数据信息的采集主要通过生产人员佩带的射频识别标签，当生产人员通过或接近射频读卡器，读卡器感应到信号并将此信息上传到监控室的计算机上。温度、氧气浓度、一氧化碳浓度、风速、炮烟等这些数据信息先转化为电子信息，然后通过传感器和通信电缆传输到地面，在地面数据分析处理，供工作人员参考。(2)数据信息的整理。在收集到矿山环境气体和设备运行信息的基础上，由于软件在数据录入上的差异，有必要对采集到数据进行整理。如表1所示。

2．2建立三维模型

在数字化集成技术应用的路线下，由于应用目的主要是提升矿山生产的监测监控，为了数据信息的自由处理和监测监控的有效性，故选取3DMine作为集成技术应用的最终平台。对于生产设备、采场和巷道等的空间信息建模主要使用3Dmine软件，通过摄像机和监视器的数据采集，将收集得到的图片通过图像处理软件进行转换图片文件格式，再将转换后的文件变为3D仿真模型。对于生产人员信息通过射频读卡器统计为Excel表格，导入到3DMine之中生成一个由点构成面的生产人员仿真模型了。对于温度、一氧化碳浓度、风速、炮烟等信息通过传感器读取相关数据，利用3Dmine生成相关作业环境仿真模型。

2．3数据信息集成与处理

数据信息集成通过数据交换与共享平台来实现，由数据库和模型库组成。数据库主要由井下生产人员、有害气体、视频监控、生产调度、井下设备监控等相关数据组成。模型库为三维工程模型，三维模型与数据相结合，用于矿山安全监测监控的实现。数据信息处理主要是分析生产设备、采场、巷道、温度、一氧化碳浓度、风速、炮烟和生产人员等相关信息，按照危险因素类别，判断生产人员和设备是否处于危险区域中，并做出预警。

3案例运用

以某矿山井下－387m中段生产为例，在马头门、石门及运输巷道等施工完成基础之上，对该中段运输巷道进行3Dmine仿真模型构建，构建运输巷道的相关生产人员、生产环境、设备和地形的仿真模型，如图2所示。

3．1建立矿山仿真模型和数据集成标准

按照矿山采场生产的工艺流程，以矿山的单体设计为标准，建立矿山生产的仿真模型。建立矿山生产过程监控数据的统一集成标准，以矿山生产的仿真模型为载体，将矿山生产过程中多系统数据进行实时动态集成，便于矿山的生产过程监控与管理。

3．2集成多数据系统

通过集成技术和标准实现多数据系统的融合，通过基于矿山仿真模型的安全监测监控和数据集成技术，能够更加直观有效地进行安全管理，将生产人员数据、地压检测数据、有害气体监控过程数据、顶板控制数据等相关数据进行实时动态集成，实时监控矿山生产，提高了矿山施工过程监控的效率，提升矿山安全管理的水平。

3．3危险因素识别与预警

对构建的3Dmine仿真模型进行信息提取，识别出不同危险因素。通过识别和提取危险因素，可知某矿山在该－387m中段运输巷道生产的危险环境因素有4大类，即炮烟、冒顶、片帮和矿车。在确定了危险区域范围的基础上，分析其安全状态。危险环境因素信息传输给模型，根据人员与危险区域的相对距离，作出相应级别的预警。

4结论

数字化矿山集成技术在矿山中的应用，推动着矿山发展方式变革。通过数字化集成技术，将生产现场作业人员和设备的信息数据机进行采集和管理，对收集到的数据信息进行整理之后，运用3DMine建模技术建立相应的模型，集成相关信息数据，根据信息，确定危险区域和矿山生产人员的安全状态，并作出安全预警。只有让数字化矿山集成技术覆盖到矿山的各个领域，才能确保矿山安全生产。

参考文献

［1］秦文光，代卫卫．综采工作面数字化集成控制系统的设计与实现［J］．煤矿机械，2016，37(3):11-13．

［2］陈蒙，林锦富，段昌盛．绿色矿山建设中的地质灾害监测数字化技术应用［J］．地质灾害与环境保护，2018，29(4):54-57．

［3］李德臣．基于煤矿数字化集成保护的防越级系统研究［J］．中国科技信息，2013，47(16):89，93．

［4］张燕．矿井数字化集成系统的实践应用［J］．山东煤炭科技，2014(9):160-161．

［5］王立梅．三维可视化建模技术在矿山设计中的应用［J］．煤矿安全，2018，49(11):121-124．

［6］顾基发，王浣尘，唐锡晋，等．综合集成方法体系与系统学研究［M］．北京:科学出版社，2007．

作者：冯松 周权 汤民波 单位：湖南有色金属职业技术学院