地下矿山 安全生产

发挥自动化技术优势,提高矿山技术装备水平,加强安全基础工作,构建矿山安全长效机制,确保矿山生产安全。

我国是矿产资源开采大国,矿产资源的开发利用是我国经济发展的重要支柱。但由于矿山安全生产保障条件差、工程地质灾害隐患多,每年金属非金属矿山发生事故的死亡人数仅次于煤矿事故和交通事故。

截至2010年底,全国共有金属非金属矿山7万多座,其中地下开采矿山近1万座;还有在建矿山1万多座。2001至2010年的10年间,全国金属非金属矿山共发生各类事故16794起,死亡21259人;2011年,我国金属非金属矿山发生事故871起,造成1060人死亡;2012年,金属非金属矿山共发生事故737起,死亡929人。其中一些较大的事故如2001年7月17日,广西南丹县拉甲坡锡矿透水事故,死亡81人;2002年6月22日,山西繁峙县义兴寨金矿区特大爆炸事故,死亡38人;2004年11月20日,河北邢台铁矿特别重大火灾事故,死亡70人;2009年8月28日,湖南省郴州市原积财石墨矿中毒窒息事故,死亡15人;2009年9月8日,河南省灵宝市金源矿业公司重大火灾事故,死亡13人;2010年8月6日,山东省招远市岭南矿业有限责任公司重大火灾事故,死亡16人;2013年1月14日,吉林省吉林老金厂金矿股份有限公司重大火灾事故,死亡10人。

如何针对金属非金属地下矿山安全生产存在的问题积极开展工作,以便从根本上扭转安全生产被动局面,是我们共同关心的问题。

地下矿山安全避险“六大系统”

2010年10月,中国国家安全生产监督管理总局对金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查发布了暂行规定,所谓安全避险“六大系统”是指监测监控系统、井下人员定位系统、通信联络系统、紧急避险系统、压风自救系统和供水施救系统。国家安全生产监督管理总局还要求我国金属非金属地下矿山企业应按规定要求期限安装使用安全避险“六大系统”,并加强日常管理和维护,确保各系统正常运行。

1)监测监控系统

监测监控系统是由主机、传输接口、传输线缆、分站、传感器等设备及管理软件组成的系统,具有信息采集、传输、存储、处理、显示、打印和声光报警功能,对用于监测地下矿山有毒有害气体浓度,以及风速、风压、温度、烟雾、通风机开停状态、地压等的功能提出了具体的要求,如规定了CO传感器设置的地点、数量和报警浓度设定值应为0.0024%等细节。

2)井下人员定位系统

井下人员定位系统是由主机、传输接口、分站(读卡器)、识别卡、传输线缆等设备及管理软件组成的系统,具有对携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等信息进行监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能。

地下矿山企业井下最多同时作业人数不少于30人的应建立完善的人员定位系统;井下最多同时作业人数少于30人的应建立完善的人员出入井信息管理制度,以准确掌握井下各个区域作业人员的数量。

3)通信联络系统

通信联络系统是在生产、调度、管理、救援等各环节中,通过发送和接收通信信号实现通信及联络的系统,包括有线通信联络系统和无线通信联络系统。

地下矿山企业应按照在灾变期间能够及时通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求,建设完善井下通信联络系统。

地面调度室至井下操作人员的工作地点及避灾硐室、爆破时撤离人员集中地点等,应设有可靠的通信联络系统。

采用无线通信系统的地下矿山企业,通信信号应覆盖有人员流动的竖井、斜井、运输巷道、生产巷道和主要采掘工作面。

4)紧急避险系统

紧急避险系统是当矿山井下发生灾变时,为避灾人员避险提供生命保障的系统,它是由避灾路线、紧急避险设施、设备和措施等组成的有机整体。

紧急避险设施是当矿山井下发生灾变时,为避灾人员避险提供生命保障的密闭空间,具有安全防护、氧气供给、有毒有害气体处理、通信、照明等基本功能,主要包括避灾硐室和救生舱。

5)压风自救系统

压风自救系统是当矿山井下发生灾变时,为井下提供新鲜风流的系统,包括空气压缩机、送风管路、三通及阀门、油水分离器、压风自救装置等。

压风自救装置是安装在压风管道上,通过防护袋或面罩向使用人员提供新鲜空气的装置,具有减压、节流、消噪声、过滤、开关等功能。

地下矿山企业应在建立压风系统的基础上,按照为采掘作业的地点在灾变期间能够提供压风供气的要求,建立完善压风自救系统。

6)供水施救系统

供水施救系统是当矿山井下发生灾变时,为井下提供人员生活饮用水的系统,包括水源、过滤装置、供水管路、三通及阀门等。

地下矿山企业应在现有生产和消防供水系统的基础上,按照为采掘作业地点及灾变时人员集中场所能够提供水源的要求,建立完善的供水施救系统。

地下矿山安全避险“六大系统”与矿山安全

六大系统都是为了围绕“生命”这一主题(见图1),在正常生产时,通过监测监控系统检测各种环境安全参数、设备工况参数。如实现对井下温度、风速、有毒有害气体(如CO)浓度等动态监控,为矿山安全管理提供决策依据;如实现设备工况参数检测,加强系统设备维护,确保设备性能完好;如实现井下关键位置的图像视频监控,管理和指挥调度人员无需下井,即可统一进行生产调度指挥,及时排除安全隐患。井下人员定位系统、通信联络系统可对下井人员实施跟踪定位、通信联络,便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时,井下人员可就近进入救生舱、避难所等待救援,可通过压风自救系统和供水施救系统得到新鲜的空气和干净的饮水,救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据及视频监控图像,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。

图1  六大系统的“生命至上”理念

紧急避险系统(可包括救生舱、避难所、逃生引导系统)、压风自救系统、供水施救系统则是当事故发生时的逃生避难装备。救生舱(见图2左)是在井下发生灾变事故时,为遇险矿工提供应急避险空间和生存条件,救生舱通常为移动式,可通过牵引、吊装等方式实现移动,是适应井下采掘作业不断掘进要求的避险设施。避难所固定建立在矿井下各危险工作区域的密闭空间,依托矿井巷道构筑而成,具备很好的防护性能,能够抵御一定的外力冲击;硐室内提供生存必需的氧气、水、食物、急救药品、废气处理等设施(见图2右)。当灾变发生时,遇险人员可迅速躲进避难所等待外部救援,是降低遇险人员伤亡率的最有效途径。

图2  救生舱(左)和避难所(右)

压风自救系统是当井下发生火灾、爆炸,有毒气体逸出等事故时,供井下人员佩戴呼吸面罩呼吸空气,以避免因中毒或窒息死亡。供水施救系统保证事故发生后为井下人员提供生活饮用水。

在中国,紧急避险系统为降低遇险人员伤亡率发挥了重大作用,突出的实例有:20世纪80年代,江西丰城建新矿发生煤与瓦斯突出事故,36人利用压风自救装置成功获救;2007年,辽宁抚顺老虎台矿发生煤与瓦斯突出事故,16人利用压风自救装置成功获救;2007年7月29日,河南陕县支建煤矿发生火灾,69人被困,畅通的井下电话成为希望热线,压风管道成为生命线,经过75个多小时的紧急营救全部安全脱险;2008年8月1日,河南平禹煤电公司发生煤与瓦斯突出事故,2名矿工及时躲进20m外的避难硐室成功获救。

所以六大系统有的起事前预警功能,有的起事后救援功能(见图3),当然,像监测监控系统、井下人员定位系统、通信联络系统这样的系统既可以在事前起预警作用,还可以在事后救援中发挥关键的作用。

图3  六大系统的事前预警、事后救援功能

地下矿山安全避险“六大系统”与自动化

六大系统中的前三大系统——监测监控系统、井下人员定位系统、通信联络系统是由自动化装置实施的,因而是直接相关的。而后三大系统——紧急避险系统、压风自救系统和供水施救系统也有很多自动化的内容,如紧急避险系统(救生舱、避难所)内的空气净化与温湿度调节、环境监测、通讯、照明、动力供应,如压风自救系统的压风减压、定流量供气等。

1) 监测监控系统

矿山安全监控系统按金属非金属矿山行业标准的要求,既可接入各种类型的模拟量传感器,例如瓦斯、CO、CO2、风速、温度、湿度、烟雾、物位、流量、电流、电压、水位、负压等信号,又能接入各种类型的开关量传感器,例如风门、风筒、风机、提升机等设备开停的信号。监测监控系统还能整合了矿山的基础自动化系统,如井下多级通风系统、矿石提升系统、矿石破碎运输系统、井下人员定位调度系统、铁路信号系统、变电站变电所电网系统、井下中央泵房控制系统等,可通过计算机网络对覆盖整个采矿作业区的主要生产过程数据进行收集、显示、记录和统计,集设备运行监控和生产计划管理于一体,实现集环境安全、生产监控、生产调度、信息管理、网络运用等多种子系统为一体的新型矿山综合监测监控系统管理。

2) 井下人员定位系统

系统以非接触射频识别技术(RFID)实现人员(还可包括车辆)的位置传感,结合无线发射接收技术、数据通讯技术、数据处理技术及图形展示软件技术等,使系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反映到地面计算机系统,使管理人员能够随时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况,能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹(见图4),以便于企业进行更加合理的调度和管理。

图4  井下人员车辆定位画面

3)通信联络系统

在生产、调度、管理、救援等各环节中,通过发送和接收通信信号实现通信及联络的系统,包括有线通信联络系统和无线通信联络系统。也可以光纤有线网络为骨干,分支高速电缆通信网络以及无线网络为延伸,在井下设立若干基站,通过无线通信手段,可接入多种用户终端,包括普通自动电话机、本安自动电话机、地面扩音装置、Wi-Fi手机等实现生产调度管理及信息交流等功能。

4)提高自动化水平,减少下井人数

提高井下开采过程机械化、自动化水平,减少井下操作人员数量,也是确保操作人员生命安全的重要保障。2012年8月,中国恩菲工程技术有限公司、安徽铜陵有色集团冬瓜山铜矿在冬瓜山铜矿试验线路上的无人驾驶电机车运输项目取得成功。

以往矿山地下轨道运输存在以下问题:技术陈旧;电机车单体运输效率低;信集闭调度系统效率低;人员需求大人工成本高;劳动环境恶劣;人为误操作事故隐患;地下发生事故时,人员疏散压力大。

而地下矿无人驾驶电机车运输可以实现:

  • 电机车运行完全受控于计算机系统控制,不需要司机;
  • 电机车的运行状态通过无线通信实时在地表调度室显示和实施调度;
  • 通过视频系统在调度室完成遥控装矿操作;
  • 在卸矿站实现无人操作;
  • 运输任务由调度室人员通过控制系统完成;
  • 在调度室显示电机车精确定位(定位精度1m);
  • 在调度室实现对地下轨道运输的控制,人不需要下井。

所以,地下矿无人驾驶电机车运输具有下井人员少、杜绝人为误操作、运输效率高等优点,其成熟应用和推广将为地下矿山安全生产做出贡献。

结束语

在认真贯彻落实国家安全生产监督管理总局对金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”规定的基础上,充分发挥自动化技术优势,提高矿山技术装备水平,加强安全基础工作,构建矿山安全长效机制,实现矿山安全生产长治久安。

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