非煤矿山安全避险6大系统整体解决方案.pdf
矿山安全数字化整体解决方案矿山安全数字化整体解决方案 国发201023 号文，即国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知,强制推行先进适用的技术装备，保障矿山安全。煤矿、非煤矿山要安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备，并于 3 年之内完成。逾期未安装的，依法暂扣安全生产许可证、生产许可证。在大型尾矿库安装全过程在线监控系统，积极推进信息化建设，努力提高企业安全防护水平。矿山企业要充分利用数字矿山技术，实现矿山安全与生产信息化、数字化、自动化与智能化，建设本质安全型矿山，实现生产监控视频化、环境监测数字化、工作人员定位化、通讯畅通化、过程控制自动化和调度指挥科学化，达到事前实时监测预警，事后及时应急救援，将损失降到最低。矿山安全数字化是数字矿山技术在矿山安全中的具体应用，就是在三维可视化平台上，无缝集成在线监测监控系统和生产过程自动化系统，一方面通过物联网全面、实时地感知矿山，进行监测预警，最大限度地消除安全隐患，另一方面通过三维模拟仿真和系统分析，科学高效地进行预案演练、应急救援与调度指挥，将事故危害降到最低。山东金软科技有限公司成立以来一直从事黄金及金属矿业应用软件开发、矿山安全应用电子产品研发与生产、矿山信息化服务与数字矿山建设的软件企业和高新技术企业，为矿山提供采矿数字化、安全数字化的专业产品和整体解决方案，应用于矿山安全生产管理中的事前监测预警和事后应急救援指挥调度。如下图所示金软科技提供矿山生产经营管理 ERP 系统、数字化采矿软件系统、安全数字化系统等数字矿山建设一体化产品，围绕矿山安全数字化，金软科技提供综合产品、技术与服务。矿山安全监测预警与调度指挥系统框架图 一、一、矿山安全数字化产品与技术服务矿山安全数字化产品与技术服务 矿山安全与生产是一个动态、复杂、系统的过程，实现矿山安全数字化也要系统、综合考虑，要充分发挥整个系统高效、协同作业能力，各子系统既能独立运行，又能协作运行，保障调度指挥通畅高速。如井下定位和通信系统可以是独立安装运行，也可集成一体化运行，但必须有一个统一的系统集成平台，有效集成这些独立的子系统，统一分析与管理。以下提供的产品和技术适合不同矿井需求，用户可根据现场安全管理需求选择各系统。1.井下工业以太环网井下工业以太环网 矿山井下采矿活动随巷道逐渐延伸，用于传输井下监测监控数据的网络系统的稳定性尤为重要，在断电、断纤等特殊情况下能正常工作，保障矿山生产安全系统稳定传输，传统的系统不能保证网络稳定运行，井下需要布设环状网络。系统特点如下：1）井下工业以太环网利用闭合环网冗余传输特点，如果一处光纤损坏，环网能自动冗余备份，自动协商到达最近节点的路径，网络拓扑重新配置，达到正常网络状态只需 10 毫秒；2）环型结构采用光纤介质类型，在传输中有低损耗的特性，使得传输线路的无中继传输距离变长；3）环网传输带宽为 1Gbps，同时采用新的多数据处理技术，使得网络在重负荷情况下，仍能保持很高的带宽。这些优点非常适用于矿山井下复杂多变的恶劣环境，保证网络传输稳定、高速和安全。冗余电源支持井下停电 6 小时以上，网络系统仍能正常运行。井下工业以太环网布置示意图 2.井下人机定位系统井下人机定位系统 井下人员定位系统是集井下人员跟踪定位、下井考勤、灾后急救、日常管理为一体的综合性应用系统。通过遍布全矿井关键部位的读卡器对佩戴定位卡下井工人不断地监测实时位置，使管理人员能够随时掌握井下人员的运动轨迹，以便于进行合理的调度管理。一旦意外事件发生，救援人员可根据该系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率，主要功能如下：1）井下人员实时动态跟踪监测，位置自动显示。2）井下人员在指定时间段所处区域及运动轨迹回放。3）井下人员下井考勤，查询统计井下人员出入井情况。4）对指定区域人员进行搜寻和定位，以便及时救护。5）非法进入禁区报警和查询。6）定位卡报警按钮分中毒、火灾和水灾等三种形式，方便井下矿工遇到险情时及时报警和地面调度中心通知紧急撤离。井下人机定位系统分布示意图 3.井下漏泄通讯系统井下漏泄通讯系统 井下漏泄电缆通讯系统可以建立一个高速数字化的有线或无线的覆盖区域，实现实时语音通讯、网络远程诊断、远程爆破、人员和设备定位、跟踪等，提供了最有效的井下矿山车辆调度和人员调配的组织管理手段，也为预防事故发生、防止事故的扩大、提高救援效率提供了有利的工具。系统的技术优势主要表现在：1）先进的诊断系统。配备有独特的本地诊断和远程诊断系统，可以在线实时监测和确认问题点，使系统的维护和管理极为容易、总是处于良好的运行状态。2）上行流和下行流各有 15 MHz 的带宽，其通信能力是其它类似系统的 3 到 15 倍。3）500 米的放大器的间距，降低了系统的成本、缩短了安装所用的时间和相关费用、提高了系统的可靠性、较少了维护和修理费用。4）减轻了系统对供电中心的依赖。井下相邻电源之间的距离可达 9000 米。5）扩大的系统覆盖范围。在正确安装的前提下，系统离开电缆的最小通信距离是 30 米。这不仅降低了系统安装的成本，还大大改善了使用人员对通信的苛刻要求和对技术的满意度。井下漏泄通讯系统布置图 4.井下人机定位与无线通信综合一体化系统井下人机定位与无线通信综合一体化系统 实现井下人机定位与无线通信综合管理，在一套系统、一根线缆上实现人员定位、语音通讯共网传输，为用户节省大量成本，同时也可传输井下工作环境在线监测、视频监控系统，实现四网合一,一套价格，四套服务，四个子系统可合可分，功能任选。后续升级扩容非常方便。与单独定位、通讯系统相比，该综合系统实现井下作业人员看得见、联系得上，定位精度高、通话音质好，维护简单，方便调度指挥。主要特点为：1、矿井信号全覆盖，其它同类系统无法实现。基站无线覆盖距离可达 500 米，通过一定数量基站就可以保证井下信号全覆盖。2、精确定位，而非传统的区域定位。保证获取定位人员的具体位置，发生事故时可迅速锁定人员所在地点,为救援赢得时间。3、高速不漏卡。经矿山实践证明 100 张以 60km/h 的速度同时经过一个基站时不发生漏卡现象。4、有线中断时瞬间自动切换成无线工作方式。当基站和基站之间的线缆中断时，系统自动切换到无线工作方式，通过 ZIGBEE 特有的信号重叠，保证定位数据及时传输，不影响系统正常运行。5、双向定位卡实现双向通讯，紧急情况下调度中心可下达撤离信息到每个带卡矿工，井下矿工当发生中毒或伤害事故时可以按定位卡报警按钮求救。6、可以非常方便接入井下环网，只要井下有网络就可接入该系统。7、井下可以使用光纤通信，也可使用线缆，维护方便。8、单基站就可以通信和定位。基站只要通上电就可以支持基站无线覆盖范围内的手机通信，而不用通过服务器来处理。9、井上向井下群发短信。支持井上向井下所有手机群发短信。当发送安全事件时，可以通过群发短信告知并提供最佳逃离路线。10、井下手机之间、井下手机和固话之间可实现无线通话、通话监控及查询。监控中心可切断或插入通话，也可与多部手机同时通话。11、系统可扩展应用于井下温度、湿度、风量、有害气体监测。井下人机定位与无线通信综合一体化系统示意图 5.远程视频监控系统远程视频监控系统 有别于传统监控系统，该系统充分利用网络进行视频数据传输，嵌入式视频采集前端可以方便地布置在网络的任何地方，视频图像可以灵活地在网络上的任何地点被接收、查看。有别于传统视频监控系统，主要特点为：1、利用现有的网络资源，不需要为新建监控系统铺设光缆、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控；2、扩展能力强，只要有网络的地方增加监控点设备就可扩展新的监控点；3、授权用户可通过企业内部网或 Internet 浏览视频监控实时画面，实现远程视频监控矿山重点部位安全情况。基于 IP 网络视频监控系统布置示意图 6.井下应急网络广播报警系统井下应急网络广播报警系统 系统是基于网络进行广播和警报，当井下发生突发事件时，在地面调度中心能控制井下矿房及巷道里的照明灯有规律的闪烁，并通过在井下巷道及矿房内安装的扩音喇叭进行广播喊话，以警示现场作业人员迅速撤离作业地点，指挥引导井下人员沿指定路线有序撤离。系统扩展方便，只要有网络地方就可增加报警设备，进行井下与地面双向喊话报警。同时可对任意区域进行定点广播、独立地对某一区域进行广播而不干扰其它区域，也可同时对几个区域进行广播、全体广播和背景音乐、安全知识等宣传广播。井下应急广播系统报警系统示意图 7.尾矿库监测预警系统尾矿库监测预警系统 通过对坝体渗压和弱面位移、内部变形、库区水位、降雨量、干滩高度等关键指标的实时监测与分析处理，实现尾矿库科学调洪、安全预警，便于企业和安全监管部门快速及时掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标，随时掌握其运行状况和安全现状，提高尾矿库的安全监管水平，保障人民的生命财产安全。主要有库水位、干滩长度、坝体位移、坝体内部孔隙水压力、安全超高、浸润线、构筑物变形、渗流水量及浑浊度、暗渠稳定性监测。尾矿坝监测传感器布置示意图 8.通风自动化控制系统通风自动化控制系统 通过实时监测矿井风压、风量、通风机功率、轴承温度、电机绕组温度以及通风机开停、反风等状态信号，随时了解全矿风机的运行状况以及井下主要中段的风量、空气温度、空气中氧气、CO 等含量，根据生产需要随时对某些风机开停，及时发现矿井通风异常情况，在满足生产需风的同时最大限度地节约通风能耗，降低通风费用。系统远程操纵风机的启停控制、运行显示、风机电流、温度的监测以及风量、温度以及空气中氧气、CO 含量的监测，实时传输到上位计算机进行数据分析处理，将风机的运行状态和各种监测数据以图表和组态显示，当检测到风机过载或需风时，及时预警并远程控制。9.排水自动化控制系统排水自动化控制系统 通过水仓安装的超声波液位计，吸水管道安装的电磁流量计、排水管道安装电动阀等基础设施，对排水系统的液位、电流、流量、时间等指标综合检测和组态显示。为充分利用夜间的谷段，对电机运行的用电时段进行有效控制，工作水泵在设定允许的时间范围内启动，节约能源，降低劳动强度，实现排水泵房的无人值守和自动排水。10.矿山安全生产调度指挥中心矿山安全生产调度指挥中心 调度指挥中心是矿山安全数字化的中枢系统，是集现场信息采集、传输、处理、切换、控制、显示、决策、调度指挥于一体的高科技综合性系统中心，可随时对各种现场信号和各类计算机图文信号进行多画面显示和分析，及时做出判断和处理，发布调度指令，实现实时监控和集中调度。通过调度中心将远程视频监控、自动化控制、人员定位与尾矿坝等在线监测系统等视频信号和计算机信号在大屏幕上进行单屏、跨屏、全屏显示，通过操作台进行远程调度指挥。大屏幕拼接系统一般有 DLP 和 LCD 两种类型，由于 LCD 屏高亮度、高清晰度、耗电少、故障率低、维护费用少，适用于长时间不间断播放，近年来逐渐替代 DLP 屏，是发展的新技术，被用户广泛采用。调度指挥中心效果图 二、二、安全数字化系统集成安全数字化系统集成 矿山安全数字化，不仅是在线监测监控生产环境、设备和作业人员，进行事前预警，还要在发生突发事件后能模拟分析、科学决策与调度指挥，这就需要有统一的三维可视化集成平台，集成管理矿山安全在线监测监控系统、生产过程自动化控制系统等，各系统互相联动，数据共享，便于三维模拟与分析，为调度指挥提供科学依据。1.三维可视化平台三维可视化平台 通过三维建模和仿真虚拟，模拟采掘生产活动，建立与系统设备无关、数据共享的通用三维可视化分析决策系统平台，进行系统集成、智能分析和综合调度。通过该三维可视化平台，将各安全生产子系统有效集成，统一进行数据处理、综合分析和集中显示，便于整体决策与调度指挥。1）矿山虚拟设计系统。由反映井下巷道连接关系的二维系统图，配置监测传感器、线路等相关信息，生成采掘虚拟工程和虚拟环境，用于漫游与三维分析。2）三维可视化系统。用户对矿区虚拟场景进行漫游、属性查询，进行逼真的虚拟体验。虚拟采掘环境与监测传感器准确关联，随时获得精准的监测数据，驱动虚拟场景即时改变状态，体现真实环境中的各系统工作状态，在虚拟世界中实现最接近真实采掘环境与运行状态的分析决策与调度管理。三维可视化平台集成显示井下定位系统 2.系统集成系统集成 利用三维可视化平台对矿山安全生产运行系统进行集成管理和三维分析，各系统协同工作、有效配合，实现从现场监测监控、数据分析、预警到调度、指挥一体化的科学、系统、综合管理，为矿山安全管理提供技术支撑和手段，加强安全防范，防患于未然，提高应急救援效率，将损失降到最低。当井下粉尘或有害气体浓度超标，监测系统将自动报警，地面调度中心大屏显示报警事件。管理人员接到报警后，从报警信息中了解到超标地点和报警事由后，首先点击报警地点得到当前位置的粉尘或有害气体浓度，在远程控制通风机通风的同时，从定位系统中查询出事地点当前的人员数量，通过三维可视化平台对事件模拟逃生路线，制定最优救援方案和最佳逃生路线，通过井下应急广播报警系统通知该工作点人员全部撤离，通过定位系统对该区域工作人员定位卡进行有害气体超标闪烁报警，并通过井下无线通讯系统通知该工作区域管理员组织撤离，同时调度中心可以通过视频监控或定位系统查看有无人员未撤离，通过无线通讯远程调度指挥逃生避险。利用该系统，避免了传统人工方式传递信息的低效率、不准确、救援的盲目性和冒险性，为有效地组织救援赢得宝贵的生命时间，使灾难的危害降到最小提供非常重要的不可替代的决策支持。如果发生如冒顶、着火、透水等严重事故，导致事发现场线缆中断、停电等情况，系统自动启动保护功能，系统自备电源可保证整个系统运行 6 小时以上，井下环网自动链接到最近点，保证网络系统畅通无阻。即使部分系统由于事故中断运行，系统也有历史记录供查询参考。管理人员通过定位系统中的数据查询出事地点的人员数量和事发后人员的动态分布情况，通过录像调出出事之前出事地点的情况，以便实施搜救。并考虑现场环境（查看粉尘、气体监测）等多种因素，如果有超标现象，则控制通风机进行通风，然后根据事故现场情况组织并派人带着搜救设备下去，根据定位系统提供的数据在最短时间内确认位置并进行搜救，从而避免了以前搜救工作的低效率、盲目性和不准确性。三、三、矿山安全数字化典型案例矿山安全数字化典型案例 1.招金矿业尹格庄金矿安全监测预警与调度指挥示范系统招金矿业尹格庄金矿安全监测预警与调度指挥示范系统 系统以安全生产三维可视化平台为基础，集成管理矿山井下监测预警系统与自动化系统，通过三维模拟与仿真，对应急预案进行模拟演练，实现矿山安全管理数字化和调度指挥科学化。主要包括井下网络系统、井下泄漏电缆移动通讯系统、井下人机定位系统、井下视频监控系统、三维可视化集成平台、调度指挥中心与安全管理信息系统等内容。某金矿安全监测预警与调度指挥系统 2.山东中矿安全监测预警与应急救援调度指挥系统山东中矿安全监测预警与应急救援调度指挥系统 实现该矿业公司三个主要矿井安全监测预警与应急救援调度指挥，主要包括井下工业以太环网、井下人机定位与通信综合系统、远程视频监控系统、井下应急广播报警系统、尾矿库监测预警系统、调度指挥中心建设等。3.山东招远曹家洼金矿监测预警与应急救援调度指挥系统山东招远曹家洼金矿监测预警与应急救援调度指挥系统 主要包括井下工业以太环网、井下人机定位与通信综合系统、远程视频监控系统、井下应急广播报警系统、调度指挥中心建设等。4.招金矿业金翅岭金矿监测预警与应急救援调度指挥系统招金矿业金翅岭金矿监测预警与应急救援调度指挥系统 5.灵宝黄金股份鸿鑫矿业有限公司监测预警与应急救援调灵宝黄金股份鸿鑫矿业有限公司监测预警与应急救援调度指挥系统度指挥系统 四、四、成功案例成功案例 产品的使用厂家产品的使用厂家 使用厂家地址使用厂家地址 说明说明 山东省招金矿业大尹格庄金矿 招远市齐山镇 2008 年 4 月完成，合同额 80 万 山东省招金矿业河东金矿 招远市蚕庄镇 2008 年 11 月完成、合同额 28 万 山东省招金矿业金翅岭金矿 招远市张星傎 2010 年 8 月完成，合同额 400 万 山东省招金矿业大秦家金矿 招远市大秦家镇 2009 年 10 月完成、合同额 25 万 山东省中矿金业玲南金矿 招远市玲珑镇 2010 年 7 月完成、合同额 150 万 山东省中矿金业阜山金矿 招远市阜山镇 2010 年 8 月完成、合同额 240 万 山东省中矿金业罗山金矿 招远市玲珑镇 2010 年 10 月完成、合同额 195 万 山东阜山矿业有限公司 招远市阜山镇 2010 年 11 月完成、合同额 87 万 河南省灵宝黄金股份有限公司 河南省灵宝县城 2010 年 12 月完成、合同额 69 万 招远市曹家洼金矿 招远市夏甸镇 2010 年 12 月完成、合同额 38 万 招远市阜山矿业李家庄分公司 招远市阜山镇 2010 年 12 月完成、合同额 71 万 招远市阜山矿业九曲蒋家分公司 招远市阜山镇 2011 年 1 月完成、合同额 78 网 招远市罗金矿业 招远市玲珑镇 2010 年 1 月完成、合同额 180 万 新疆托里北疆矿业 新疆托里 项目施工中、预计 2011 年 2 月完工 新疆伽师县铜辉矿业 新疆伽师 项目施工中、预计 2011 年 2 月完工 甘肃两当招金矿业 甘肃两当 项目施工中、预计 2011 年 3 月完工 甘肃岷县天昊黄金有限责任公司 甘肃岷县 项目施工中、预计 20114 月完工 新疆昆合矿业 阿勒泰 项目施工中、预计 20115 月完工
