某銅礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”的建設與應用*

尹東升，周科禮，趙雄文，蔡世祥，鄧呂強

(大冶有色金屬有限責任公司銅綠山礦， 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)形勢依然嚴峻，對事故的預防和預警工作仍然存在較大問題。與此同時，在事故發(fā)生后，井下緊急避險和應急救援工作還有待進一步加強[1-4]。國家相關部門印發(fā)了相關規(guī)定和要求，對金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”建設做出了原則規(guī)定、下達了建設標準與要求[5]。

某銅礦開采深度已達 1060 m，作業(yè)地點高達60個，10余個中段同時開采，生產(chǎn)作業(yè)范圍廣，井下同時作業(yè)人員有500人，由20世紀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，加上開采深度、開采范圍較大，開采風險隨之加大，發(fā)生安全事故的風險進一步增加。

某銅礦已建成完整的采礦、運輸提升、供電、供風、供水、通風、排水、充填、選礦、尾礦等設施。但尚未建立完善的礦山井下安全避險六大系統(tǒng)，壓風、供水系統(tǒng)也未達到壓風自救、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)絡系統(tǒng)有一定的基礎，但也未達到安全避險六大系統(tǒng)建設規(guī)范要求，在事故應對和應急救援及人員避險方面還存在著一定的差距，按照國家相關政策規(guī)定及標準的要求，建設和完善井下安全避險“六大系統(tǒng)”迫在眉睫。

1 井下安全避險“六大系統(tǒng)”建設要求

1.1 設計原則

分析安全避險“六大系統(tǒng)”的建設內容，確定以下設計原則[6-8]：

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

（2）先進適用的原則。保持一定的技術先進性，技術選擇既符合技術發(fā)展規(guī)律，也符合礦山本身生產(chǎn)經(jīng)營實際需求。

（3）統(tǒng)籌兼顧原則。結合“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?，建設統(tǒng)一的能滿足3種信號同網(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 主要建設內容

本次建設的主要內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)絡系統(tǒng)通過信息管理平臺緊密融合，構成一個完整的安全體系[9-10]。

（1）綜合信息管理平臺。將整個系統(tǒng)建成一個標準平臺，包括綜合信息管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡安全系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)、調度指揮中心和綜合管控平臺軟件系統(tǒng)等。滿足監(jiān)測監(jiān)控、自動控制和人員定位、通信聯(lián)絡、應急救援指揮調度等各方面數(shù)據(jù)、語音、視頻同網(wǎng)傳輸、儲存及數(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、通風系統(tǒng)監(jiān)測等。按要求實時采集和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在虛擬現(xiàn)實軟件平臺上顯示各參數(shù)實時變化曲線，當參數(shù)量值超出設定標準，監(jiān)控現(xiàn)場和調度室會發(fā)出報警提示。

（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)域人員的動態(tài)分布及變化情況的功能。

（4）緊急避險系統(tǒng)。在井下建立緊急避險設施，通過人員定位、通信聯(lián)絡系統(tǒng)及時組織人員通過避險網(wǎng)路脫離危險區(qū)域并采取相應控制與治理措施。

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

（6）通信聯(lián)絡系統(tǒng)。除能與系統(tǒng)、基站、同類通訊設備正常聯(lián)系外，還可以兼容常用通信設備的接入；在通信網(wǎng)絡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)”的建設與應用

2.1 綜合信息管理平臺建設

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)點多、機械設備振動及爆破振動頻繁、生產(chǎn)區(qū)域不斷變動等特點，安全避險“六大系統(tǒng)”的綜合信息管理系統(tǒng)參照圖1構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

為實現(xiàn)監(jiān)測要求，需在每個監(jiān)測點設置一套智能數(shù)據(jù)采集分站和通訊控制單元，所有監(jiān)測參數(shù)由采集分站自動采集，通訊控制器將分站的串口通訊方式轉換為以太網(wǎng)通訊方式，實現(xiàn)與 TCP/IP網(wǎng)絡的連通，通過綜合信息管理平臺上傳和存儲，系統(tǒng)拓撲見圖2。

圖1 總體架構拓撲結構

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在井下關鍵點布置視頻監(jiān)控，攝像機監(jiān)控信號通過視頻線傳輸至視頻服務器，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將信號傳輸至指揮調度中心，實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構見圖3。

為了防止視頻線的長度較大，影響視頻監(jiān)控質量，設計每一個監(jiān)控點配置一臺視頻服務器，同時所有監(jiān)控點采用高速智能球攝像機（球機）和防水型紅外夜視攝像機（槍機）。

2.4 人員定位系統(tǒng)

井下無線基站均具備電子標簽識別功能，已經(jīng)為人員定位提供了基礎條件，在綜合信息管理平臺設計過程中，考慮了人員定位的需要，建設了井下接入層交換機和無線基站。綜合通訊平臺建成后構建人員定位系統(tǒng)極為簡便，只需為下井人員配備WIFI身份識別卡就能實現(xiàn)人員定位功能，硬件拓撲見圖4。

2.5 壓風自救系統(tǒng)

考慮到礦山的實際情況，壓風系統(tǒng)初步布置如下：

（1）利用礦山地表現(xiàn)有的空壓機站作為供風風源；

圖2 有毒有害氣體及通風系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結構

圖3 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

圖4 井下人員定位子系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

（2）利用現(xiàn)有供風管網(wǎng)，主供風管從壓風機站送到副井內，再從副井到各中段馬頭門、石門、各中段運輸平巷；

（3）利用各中段供風設施，在各主中段石門裝設油水分離器，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 緊急避險系統(tǒng)

在進行緊急避險設施設計時，其容量須滿足突發(fā)緊急情況下所服務區(qū)域人員緊急避險的需要，包括生產(chǎn)人員、管理人員、監(jiān)督檢查人員及可能出現(xiàn)的其他臨時人員[3]。

（1）在-425中段設計避險硐室，硐室的位置設置在圍巖穩(wěn)定、支護良好的巷道中，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、壓風自救、供水施救、通訊聯(lián)絡等系統(tǒng)要與緊急避險設施建立有機聯(lián)系，與緊急避險設施形成井下完善的安全避險系統(tǒng)。

（3）緊急避險硐室配備正壓氧氣呼吸器、氣體凈化與除濕設施、休息及活動場所、室內壓風自救系統(tǒng)、室內供水施救設施、急救箱、工具箱、排泄物收集設施、室內監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、室內照明 及指示裝置、室內供電設施、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，加裝轉換電動閥門，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中段及工作面供水；

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

（3）在井筒、井底車場、運輸巷道設置供水主管，進入采區(qū)巷道設置供水干管，進入采掘工作面、重要硐室或避險硐室設置供水支管。

2.8 通信聯(lián)絡系統(tǒng)

通信聯(lián)絡系統(tǒng)選擇有線+無線相結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，保證信息的及時準確傳達。

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

圖5 井下無線通信聯(lián)絡子系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

3 結論

通過分析某銅礦井下安全避險六大系統(tǒng)，查找現(xiàn)有系統(tǒng)的不足之處，結合該銅礦井下生產(chǎn)實際和安全要求，建設WIFI綜合通訊平臺系統(tǒng)。通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集，通訊控制單元傳輸實現(xiàn)井下通風和有毒有害氣體監(jiān)測。通過建設井下接入層交換機、無線基站、WIFI身份識別卡實現(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)相結合的雙通信聯(lián)絡系統(tǒng)實現(xiàn)井下通訊便捷。該銅礦通過對井下“六大系統(tǒng)”進行信息技術裝備升級，實現(xiàn)了井下、地面信息互通的目的，為該礦在事故應對、應急救援和安全生產(chǎn)等方面提供了有力技術支持。