济南钢城矿业公司数字化安全矿山的构建

王孝虎

（山东钢铁集团矿业有限公司， 山东 济南 250101）

济南钢城矿业有限公司（全文简称公司）原为济南张马屯铁矿，始建于1966年，为济钢集团有限公司的全资子公司。公司床水文地质条件极其复杂，涌水量特别大，为国内外罕见的大水矿山。建矿以来，成功地实施了小帷幕注浆堵水试验工程和大帷幕注浆堵水工程，实现了安全开采。经过多年的建设，公司已发展成为1座年设计生产能力50万t，采矿、选矿、充填互为原料、综合平衡的良性闭路循环，安全、高效、无废排放的绿色中型地下矿山。多年来，公司坚持以人为本，牢固树立安全发展的理念，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，紧紧依托科技进步，不断加大安全生产投入，推广应用安全适用的技术装备和防护设施，保障了安全生产。近几年来公司累计投资500多万元，先后建设了帷幕稳定性微震监测系统、视频监控系统、井下人员跟踪定位管理系统、井下无线通讯系统等项目，走出了一条富有特色的数字化矿山建设之路。

1 数字化矿山建设情况

近年来公司从自身需要出发，紧密结合生产安全实际情况，先后引进实施了一些先进的数字化监测监控技术手段，积极建设数字化矿山，不断提升了矿井的本质化安全水平。

1.1 研究开发了帷幕稳定性微震监测系统

公司作为国内外罕见的大水矿床水文地质条件极其复杂，经过几次帷幕注浆堵水工程，实现了矿体的安全可采。帷幕作为矿山安全开采的屏障，其稳定性对与矿山安全开采至关重要，但受水文地质条件复杂性和注浆施工技术适宜性的限制，帷幕工程并不均匀，帷幕薄弱位置在爆破震动的影响下可能发生变化，而且帷幕内外的高水力差异也会引起岩石稳定性变化，从而导致帷幕的稳定性存在不确定性，甚至发生破坏。如果帷幕的稳定性发生大变化，又没有预先监测预报并采取应对措施，可能发生灭顶之灾，其后果不堪设想[1-4]。

作为矿山安全的重要措施，在国内外的深井矿山中得到了广泛应用。2006年9月开始，公司与大连大学、青岛理工大学等合作，投资近150万元，开展了帷幕稳定性微震监测研究，引进加拿大ESG公司的微震监测系统，建成了国内第一个帷幕稳定性微震监测系统。利用微震监测技术，建立帷幕稳定性微震监测系统，实现了对张马屯铁矿注浆帷幕的微震活动24 h连续监测，获取了大量微震事件的时空数据、误差、震级以及能量等多项震源参数，应用系统的分析软件对监测数据进行初步分析研究，基本可以评价帷幕的稳定性。

1.2 矿井视频监控系统的建设

为提高矿井本质安全，公司从2006年11月份开始建设矿山视频监控系统，对井上、井下的关键设备和岗位进行监控。

一期投资36万余元，建成的视频监控系统设有30个监控点，主要分布在副井口、2.25绞车房、选矿球磨机、选矿浮选机、主井口、-240m主井口、-240 m泵房、-240 m配电室、-240 m炸药库、-200 m盲立井口、-240 m盲立井口、1.85 m绞车房、-360 m盲立井口、-360 m泵房、-360 m配电室等。该系统通过光纤或视频传入安装在调度室的电视墙显示画面，所有信号都由安装在调度室的1台服务器控制，同时通过服务器把监控视频信息传到公司局域网内，这样从公司任何1台联网电脑都能看到所有监控点画面。在三个提升系统的绞车房视频监视器可以实时看到提升罐笼运行及填车、出车情况，给绞车司机安全准确操作提供了保障。监控系统对分析、预防事故，随时掌握设备、工艺情况提供了便捷条件。从2007年起，公司根据需要又增加了8个监控点，主要分布在井下大巷、斜井、泵房等处。2010年底又投资37万多元对监控系统的显示器进行升级改造。经过不断地对视频监控系统完善改造，实现了对公司关键设备、关键岗位的实时视频监控，有力保障了安全生产。

1.3 井下人员跟踪定位管理系统的建设

由于地下矿山生产的特殊性，井下作业面分散、施工地点多、井下环境特殊复杂，很多地方不具备通讯条件，在遇到突发涌水等紧急情况时，不能准确掌握具体的施工人数和作业地点，仅靠现有的通讯设施不能在第一时间内通知到作业人员及时撤离，在实施救援时也难以确定人员位置，不利于进行统一的自动化调度管理，给公司的安全生产管理带来很大的隐患。

公司根据井下生产和安全实际情况，于2008年10月投资45万元建设了安装井下人员定位管理系统。实现了：人员定位，人员跟踪，运动轨迹回放；实时图形显示、查询、人员超时报警；考勤和特殊工种管理；数据统计分析等功能。

矿业公司井下人员定位系统主要由监控主机、24台数据采集器、2台KJJ108光纤数据传输接口和几百个人员标识卡组成。整个矿井一共设计分布了24个KGE102-RX无线数据采集器，分别用于人员定位和考勤管理。系统通讯主干网采用光纤进行传输,KJJ108光纤数据传输接口有四路RS485信号，可根据实际情况扩充接入8～16个采集器。每名下井职工的信息通过佩戴的IC磁卡，由在附近数据采集器收集后传输到井上调度中心，通过屏幕显示，随时掌握下井人员的位置，当出现紧急情况时，能够及时通知撤离和救援，提高了矿井应急反应能力。

1.4 -360 m水平排水远程控制系统的建设

作为大水地下矿山，排水保障能力是防水的关键。-360 m作为最低开采水平，最可能先被突水淹没，而矿山的一级排水泵房设在该水平。为提高矿井应急能力，在突发涌水情况下既能够保证泵房人员生命安全，同时又能最大限度保证矿井不被水淹，2009年下半年，公司投资近200万元对-360 m排水系统进行远程控制改造，建成了-360 m排水远程控制系统。-360 m排水远程控制操作：由超声液位传感器连续检测水仓水位，根据水仓和吸水井的水位，自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各台水泵能自动轮换工作，在危险水位时，自动投入运行必要数量的水泵。发生突水事故时，在-240 m泵房或地面远程启动、操作-360 m水泵，-360 m泵房无需留人值守。

该远程控制操作系统的主要特点：

1）根据公司现有设备状况，在保证操作安全前提下，实现了“自动”、“半自动”、“检修”三种工作方式。在“自动”模式下，由超声液位传感器连续检测水仓水位，根据水仓和吸水井的水位，自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各台水泵能自动轮换工作，在危险水位时，自动投入必要数量的水泵运行。此方式下可实现无人值守。

2）采用了超声水位计连续检测水仓水位，自动开停水泵，还能实现分时计费和“移峰填谷”，从而达到节能降耗目的。

3）系统留有网络接口，可以把井下水泵房的信息由PLC采集，再传输至地面计算机，与矿井监控系统联网后，管理人员在地面即可掌握井下水泵房监控设备的所有检测数据及工作状态。

排水远程控制操作的改造实现了-360 m泵房无人值守，在发生突水事故时，可以在-240 m泵房或地面远程启动、操作-360 m水泵，保证了水泵工的安全，提高了矿井应急能力。

1.5 井下无线通讯系统的安装

济南钢城矿业公司已经开采40多年，工作面从-80m到-360m，十几个分段水平，井口到工作面的距离近2000m，通讯线路比较庞大。20世纪90年代公司投资20多万元安装了电话程控交换机，目前已很难满足要求。近年来，无线通讯技术日渐成熟且费用也逐步降低。为了保证井下通讯畅通，保障安全，公司于2010年在井下安装了无线通讯系统，共计投资150万元。

无线通讯系统由移动公司总承包，从移动公司基站的机房中引出光纤，通过光纤将移动信号传输到矿井下各条巷道中的井下多模TD－GSM设备，井下多模TD－GSM设备将移动信号通过馈线传输到井下各地点，并由各种天线发射出去，最终实现无线信号覆盖井下各水平主要巷道，公司职工可以在井下移动信号覆盖的地点自由使用手机，以应对井下各事态的发生，同时可以在移动网络的基础上开发更多的应用功能。

井下无线通讯系统的建立解决了井下通信不便的瓶颈，大大提升了公司的应急反应能力，对安全生产具有重要意义。

2 结语

研究矿山生产过程优化及协同控制方法，切实建立关联自动流程控制模型是建立数字化矿山的关键[5]，今后几年公司将紧密跟踪国内外矿山安全生产先进技术装备，从本单位实际条件出发，坚持有计划有重点地引进、投资建设数字化、智能化矿山，并坚持与日常管理并重，使投资项目充分发挥了作用。我们将以国发23号文件要求为指导，继续加大安全生产各项投入，确保矿井安全避险“六大系统”建设按时完成，把公司建设成为本质安全型矿井。

[1]姜福兴，Xun Luo.微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应用[J].岩土工程学报，2002，24（2）：146-147.

[2]杨志国，于澜沧，郭然，等.微震监测技术在深井矿山中的应用[J].岩石力学与工程学报，2008，27（5）：1 066-1 067.

[3]黄维新，贾明涛.基于微震监测技术在矿山安全管理中的应用研究[J].中国安全科学学报，2008，18（1）：165-166.

[4]尹贤刚，李庶林.微震监测系统在矿山安全管理中的应用研究[J].矿业开发与研究，2006，26（1）：65-66.

[5]孙豁然，徐帅.论数字矿山[J].金属矿山，2007（2）：1-5.