数字化安全管理矿山

　　首云矿业位于北京市密云县巨各庄镇，成立于2009年6月，前身为始建于1959年的北京首云铁矿。2010年，首云矿业的露天采矿顺利结束，转向井下开采铁矿石，年设计开采铁矿石150万t，目前可年产70万t铁精粉。2012年，首云矿业的地下金属矿山数字化建设工程，被国家安全生产监管总局评为安全科技“四个一批”(一批安全生产科研攻关课题、一批可转化的安全科技成果、一批推广的安全生产先进适用技术、一批安全生产技术示范工程)项目中，非煤矿山领域的安全生产技术示范工程。

　　首云矿业的地下金属矿山安全管理数字化工程，利用矿山安全管理数字化与信息化，结合井下安全避险“六大系统”和尾矿库监测系统进行建设。目前已形成“一个中心、三大系统”，即：安全生产调度指挥中心、生产自动化控制系统、安全避险“六大”系统和尾矿库在线监测系统。

安全生产调度指挥中心

　　2011年，为保证井下作业人员的安全，提升安全生产综合保障能力，建设“安全健康、绿色和谐”的现代化矿山，首云矿业投资建设了安全生产调度指挥中心(以下简称“指挥中心”)。

　　指挥中心以大屏幕系统和语音通信系统为基础，共设置2台管控服务器、2个工程师站和12个操作员站。各分系统的运行数据、信号可实时传输至指挥中心，指挥中心的人员根据汇总的信息做出决策，实现公司所有生产系统的集中、实时监控与生产调度，不仅提高了调度指挥的准确性、及时性，也对安全生产管理起到了促进作用。比如，可以迅速处理井下人员的报警信息，并告知处理方法。

生产自动化控制系统

　　生产自动化控制系统除了提高工作效率外，还有利于管理和监控安全生产工作。首云矿业的生产自动化控制系统包括供配电监控系统、井下排水监控系统、井下窄轨铁路信号系统、斜坡道信号系统、井下破碎监控系统、主副井提升运行监控系统、工业电视系统。

　　供配电监控系统

　　首云矿业在所有变电所均装设多功能监测装置，这些监测装置的通信端口全部接入以太环网，将安全监控所需要的电气参数(如电流、电压、功率、单相接地报警信号等)通过网络传递到主控室，再由主控室进行监控决策。

　　井下排水监控系统

　　井下排水控制室可监控井下所有的排水设备，并显示各水泵及闸阀的工作状况和各种故障。井下排水监控系统能够根据液位传感器连续检测到的水仓水位，以及吸水井的水位等其他因素，合理调度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;当出现最大涌水及突出涌水时，井下排水监控系统可自动调节投入必要数量的水泵进行排水。

　　井下窄轨铁路信号系统

图1  生产自动化控制系统中的铁路运输调度监控系统

　　首云矿业井下窄轨铁路信号的控制采用集散式计算机控制系统，可以对列车的运行进行全程跟踪，指挥列车安全运行，实现自动调度;还可以对列车运行的系统故障进行自动诊断、报警，并自动记录运行过程数据，打印出管理报表。见图1所示。

　　斜坡道信号系统

　　该信号系统运用非接触射频识别技术，实现车辆的位置传感，使主控室能监控车辆的全部运输过程和识别车辆的型号。若有车辆违章行驶或停留时间过长，斜坡道信号系统会自动向主控室报警。

　　井下破碎监控系统

　　井下破碎监控系统是在破碎变电所内设立1个控制站，通过PLC(可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置)以太网模块接入以太环网，与主控室进行通信联系，由主控室控制破碎系统设备的开停机，并实时显示设备的运行状态。应用井下自动化矿石破碎生产系统后，无需岗位作业人员到现场操作、巡视，从根本上避免了生产过程中的人员机械伤害和噪声等职业危害。

　　主、副井提升运行监控系统

图2  生产自动化控制系统中的主井提升监控系统

　　首云矿业的主副井提升运行监控系统也全部采用PLC以太网模块接入以太环网，与主控室进行通信联系，主控室以动画模拟的形式表现提升系统罐笼的运行位置，并显示提升系统运行状况及电流电压情况，出现异常情况及时通知有关部门处理。见图2所示。

　　工业电视系统

　　为方便管理人员监督安全生产与调度指挥，首云矿业在调度室内安装了大屏幕拼接墙(上下3排，每排12台显示器)，每个单元块均选用了DLP(数字光处理)大屏幕显示器，安全管理人员可以直观、实时、全方位地掌握各个系统的信息。各系统信息在大屏幕上还可根据需要，以任意大小、任意位置和任意组合进行显示，提高安全管理的直观性和可操作性。

安全避险“六大系统”

　　2010年，首云矿业委托中冶北方工程技术有限公司设计建设了地下矿山安全避险“六大系统”，取得了一定成效。

　　井下监测监控系统

　　安全避险“六大系统”中的监测监控系统主要起到“事前”预防的作用。首云矿业通过各种传感器，对井下各生产分段及巷道内的有毒有害气体浓度进行监测，以及对井下通风风量、风压、风机电压、电流、轴承温度、开停状况等参数进行监测，提早发出预警信息，争取更多时间在事故发生前撤离。

　　同时，首云矿业在副井的各个马头门、主井提升装卸处、-16 m主溜井、-16m变电所、-136m中央水泵房、-136m中央变电所等重点部位，全部安装了视频监控摄像机，可以更全面地监控各部位的安全生产情况。显示终端设置在地表的主控室，并配备硬盘录像设备，能够实现录像存储及日后查询回放功能。

　　井下人员定位系统

　　井下人员定位系统可实时显示当前井下各区域作业人员的数量及分布情况，也可显示某些特定人员的当前位置及分布，并可随时查看当前或指定时刻井下某区域的人员数量及名单、人员出入记录及指定时段的活动轨迹。

图3  安全避险“六大系统”中的井下人员定位系统

　　作业人员在井下工作超过预定时间后，井下人员定位系统可自动报警;对于没有按时升井的作业人员，井下人员定位系统也能提供具体的人员信息。此外，井下人员定位系统具有对每名矿工下井作业进行自动考勤的功能，可生成当月的作业统计与管理方面的报表资料。见图3所示。

　　井下紧急避险系统

　　目前，首云矿业的矿井生产阶段还未到达设置固定避险硐室的深度。因此，首云矿业井下的安全避险通道主要出口有副井、主回风井和主斜坡道。遇到紧急情况，井下人员可通过副井、主回风井及主斜坡道逃生至地表，首云矿业为每位入井人员配备了额定防护时间不少于30min的自救器。

　　井下压风自救系统

　　首云矿业在地表设置4台压气机，3台常用1台备用，以满足压风自救系统对供风量的要求。见图4所示。压气主管道从压气站接管，经副井井筒至井下各分层水平进行敷设，再安装可提供新鲜空气的压风自救防护口罩。

　　井下供水施救系统

图4 安全避险“六大系统”中的供水施救系统(左)和压风自救系统(右)

　　井下供水施救系统由设在副井的供水管引至井下，供水管在井下各水平的马头门处设减压阀，将水流减压后沿平巷接至各用水点，然后在供水管上安装供水施救的具体装置。见图4所示。

　　井下通信联络系统

　　首云矿业的井下通信系统分为有线通信和无线通信两部分。井下各水平的马头门、电站、风机房、水泵房等重要部位，均采用有线通讯，安装固定电话直通中央监控指挥中心。各生产水平的运输巷道、井下车场、破碎硐室等生产作业场所，设置了移动通信基站和无线对讲平台，可使用手机或对讲机等无线通信设备进行联络。

尾矿库在线监测系统

　　2007年，首云矿业联合中国安全生产科学研究院建立了尾矿库溃坝灾害预警系统。尾矿库在线监测系统是一套远程自动化安全监测、安全分析、安全预警和安全指挥的管理系统，防止尾矿库发生溃坝灾害事故。该系统能够对尾矿库的浸润线、坝体位移、水位等进行实时监测、分析、预警，并及时反映到监控中心，帮助安全管理人员实时掌握尾矿库运行情况，确保尾矿库的安全。

　　数字矿山是未来现代化矿山的发展方向，首云矿业数字矿山的建设目标是，建立以生产、安全、质量标准化为基础的矿山安全生产全面风险管控体系。从企业的生产、技术、管理与数字化建模、自动化控制、信息化管理3个功能层面的结合出发，将数字矿山建设分为6部分：生产过程数字化、生产设备智能化、安全生产自动化、技术管理信息化、生产管理信息化、企业管理信息化。首云矿业计划在2~3年的时间内，初步达到数字矿山的建设要求，并在此基础上不断完善。

　　编辑 郑 君