安全評(píng)價(jià)方法與采礦可視化技術(shù)的研究綜述

壽先淑

摘 要 本文在礦山安全數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法及其制定原則，針對(duì)采礦工程技術(shù)的過(guò)程中存在的問(wèn)題，深入分析安全評(píng)價(jià)方法與采礦可視化技術(shù)，并且將三維可視化技術(shù)引入到安全評(píng)價(jià)科學(xué)技術(shù)中，以期對(duì)地質(zhì)環(huán)境危險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)更加科學(xué)，希望能夠通過(guò)本文的研究為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞 采礦 安全評(píng)價(jià) 可視化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD821 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

由于采礦工作面臨的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的方法難以全面、準(zhǔn)確的掌握開(kāi)采過(guò)程中的不安全因素和重大危險(xiǎn)源，不能客觀地評(píng)價(jià)礦體開(kāi)采的安全性，更不能采取具有針對(duì)性的安全防范措施。借助計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的發(fā)展，采礦工程技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)由研究過(guò)程向可視化的分析研究過(guò)程的轉(zhuǎn)變。

1系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法從定性方法到定量方法，再到模糊評(píng)價(jià)方法，灰色綜合評(píng)價(jià)，經(jīng)歷了一個(gè)由粗放到精細(xì)的演變過(guò)程。在系統(tǒng)分析方法的研究中，如今世界上系統(tǒng)安全分析方法已有數(shù)十種，其中廣泛采用的方法有安全檢查表（SCL）、事故樹(shù)分析（FTA）、故障類型影響分析（FMEA）、事件樹(shù)分析（ETA）、危險(xiǎn)與可操作性研究（HAZOP）、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHA）、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)（LEC）等。在系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的研究中，比較成功的是美國(guó)道化學(xué)公司（DOW）和英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）的火災(zāi)、爆炸、毒性指數(shù)的安全評(píng)價(jià)方法。

近十多年來(lái)，礦業(yè)在安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域引入數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，使得礦山安全評(píng)價(jià)得到進(jìn)一步的發(fā)展。以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的安全評(píng)價(jià)方法的提出，拓展了原有系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的種類，我國(guó)礦山中已展開(kāi)的研究方法有模糊綜合評(píng)判方法、灰色預(yù)測(cè)綜合評(píng)價(jià)方法、礦山工程安全評(píng)價(jià)法等，使以計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維可視化技術(shù)為基礎(chǔ)的安全評(píng)價(jià)得到了一定的發(fā)展。

1.1系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法及對(duì)比

目前常見(jiàn)的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法有：危險(xiǎn)及可操作性研究、假定分析法、故障數(shù)法、檢查表、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。將上述幾種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，這些方法具有以下特點(diǎn)：第一，系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法基本上都屬于定性分析方法，而其中的故障樹(shù)法、道化學(xué)指數(shù)法及定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法則既可以進(jìn)行定性分析，又可以進(jìn)行定量分析；第二，在諸多安全評(píng)價(jià)方法中，只有安全檢查表法是不能對(duì)事故的后果和事故的發(fā)生頻率進(jìn)行判斷的；第三，系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法中，大多是需要投入較多的人力、資金和時(shí)間的。例如，其中的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就需要投入更多的時(shí)間和資金，但同時(shí)，這種評(píng)價(jià)方法又具有全面性和綜合性的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)解決出現(xiàn)的安全事故和進(jìn)行可靠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有較為明顯的效果。

1.2制定系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法的原則

系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法的制定需要以下原則：第一，合理性：合理性及最優(yōu)性，指在能夠有效的得出評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選出所用時(shí)間最少，操作最簡(jiǎn)單，對(duì)人員要求最低的方法；第二，針對(duì)性：一方面指所選的安全評(píng)價(jià)方法可以有效全面地針對(duì)某一領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)價(jià)；另一方面指所選擇的安全評(píng)價(jià)方法應(yīng)該能夠提供所需的結(jié)果；第三，適應(yīng)性：各個(gè)子系統(tǒng)要根據(jù)其使用范圍和特點(diǎn)來(lái)選擇安全評(píng)價(jià)方法，要求子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)互相適應(yīng)，并能夠跟整個(gè)系統(tǒng)完美的進(jìn)行配合；第四，充分性：充分性指的是在進(jìn)行系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)之前要做好充分的準(zhǔn)備，了解所需要進(jìn)行評(píng)價(jià)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，各種安全評(píng)價(jià)方法的含義、過(guò)程、可操作性及優(yōu)缺點(diǎn)；第五，系統(tǒng)性：各個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)和資料要進(jìn)行系統(tǒng)性的管理，形成一個(gè)和諧的整體。

2采礦可視化技術(shù)研究與應(yīng)用

近十年來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)在礦山領(lǐng)域開(kāi)始大量研究和應(yīng)用，推動(dòng)了新時(shí)代可視化技術(shù)的應(yīng)用。其中，虛擬仿真技術(shù)在礦山安全工程方面取得了大量研究成果。國(guó)外學(xué)者開(kāi)發(fā)出逼真的、人機(jī)交互式的、三維的、動(dòng)態(tài)的礦業(yè)空間環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、安全培訓(xùn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

3采礦可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

近二十多年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助建模技術(shù)在國(guó)內(nèi)安全科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域已有大量研究和應(yīng)用，用以加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)控，以達(dá)到減少安全事故的目的。大量學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度，生產(chǎn)安全方面的技術(shù)進(jìn)行廣泛研究，自主開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)礦山情況的數(shù)字礦山整體控制系統(tǒng)。研究成果顯著的研究機(jī)構(gòu)有中南大學(xué)數(shù)字礦山研究中心，其開(kāi)發(fā)的DIMINE數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺(tái)和礦山三維調(diào)度指揮系統(tǒng)，以“防患于未然”為原則，成功建立了安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”，包括綜合通訊控制平臺(tái)、人員定位系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、綜合軟件平臺(tái)。與此同時(shí)，普渡大學(xué)智能過(guò)程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)完成了HAZOP Expert軟件，經(jīng)過(guò)在多項(xiàng)石油化工裝置安全評(píng)價(jià)中應(yīng)用，以及與人工評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)照，表明自動(dòng)評(píng)價(jià)比較簡(jiǎn)單、易行，其評(píng)價(jià)思路與人工評(píng)價(jià)具有很好的一致性，不但效率高、速度快，而且評(píng)價(jià)結(jié)論的完備性更好。

3.1采礦研究中的問(wèn)題

礦產(chǎn)開(kāi)采主要是在地下進(jìn)行工作，并且在開(kāi)采過(guò)程中，涉及的環(huán)節(jié)較多。相關(guān)的工程技術(shù)人員在實(shí)際的礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，為了更好的解決這些問(wèn)題，就需要工作人員準(zhǔn)確的把握井下系統(tǒng)的巷道空間位置關(guān)系。目前我國(guó)的采礦工程中所使用的設(shè)備很少有三維立體礦井巷道系統(tǒng)模型，工作人員只有發(fā)揮自身的空間思維想象能力去估算巷道的三維位置。 （下轉(zhuǎn)第271頁(yè)）（上接第259頁(yè)）

3.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)正在逐漸向三維立體和可視化的方向發(fā)展，并且在采礦工程中，該技術(shù)仍然有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。目前，在采礦中使用較為廣泛的輔助計(jì)算機(jī)軟件有Auto計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，借助該軟件可以較為系統(tǒng)的、高效的繪制出三維立體礦井巷道布置系統(tǒng)模型，有利于實(shí)現(xiàn)可視化的目的，進(jìn)而為更好的解決各項(xiàng)問(wèn)題提供指導(dǎo)。巷道空間呈現(xiàn)交錯(cuò)狀態(tài)，使得工程技術(shù)人員不能很準(zhǔn)確的確定井下系統(tǒng)的巷道空間位置。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的可視化技術(shù)應(yīng)用，可以使礦井巷道的分布更加清晰、可辨，具有非常好的可視化效果，可以讓技術(shù)人員對(duì)礦井的三維結(jié)構(gòu)有更深刻的了解，以便在構(gòu)建三維模型的過(guò)程中探尋更多解決問(wèn)題的辦法。同時(shí)，采礦工程的相關(guān)技術(shù)人員也可以更快速的掌握三維礦山系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到提高采礦工程生產(chǎn)效率的目的。

3.3數(shù)值模擬的可視化技術(shù)在礦山安全領(lǐng)域的應(yīng)用

通常情況下，在解決礦山壓力、巖層控制等問(wèn)題的時(shí)候，需要進(jìn)行全面的分析，構(gòu)建相應(yīng)的三維動(dòng)態(tài)空間，這樣才可以更好的對(duì)采礦工程中可能出現(xiàn)的各種影響因素進(jìn)行全面的分析。在采礦工程中，借助數(shù)值模擬的可視化技術(shù)，能夠直接模擬各種情況，并且能夠是實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的壓力變化情況、不同部分的變形等情況的清晰顯示。例如：在采礦過(guò)程中，頂板巖層受力變形過(guò)程的數(shù)值模擬，上部為邊界，根據(jù)各層分布情況和深度來(lái)施加相同的重力，兩邊分別為支邊，下邊為固定點(diǎn)，以保持水平方向的平穩(wěn)。數(shù)值模擬的可視化技術(shù)應(yīng)用，可以有效與其它可視化技術(shù)相結(jié)合，是我國(guó)采礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支持。工作技術(shù)人員到礦井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，所看到的情況只是靜態(tài)現(xiàn)象，只能從理論上或者資料上去進(jìn)行空間想象，這樣會(huì)存在一些弊端。在解決該方面的問(wèn)題時(shí)，數(shù)值模擬計(jì)算方法就具有其獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，并且數(shù)值模擬計(jì)算方法的發(fā)展也越來(lái)越受到采礦工程的重視，逐漸的被采礦工程所引用。

4結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)在礦山安全評(píng)價(jià)、安全監(jiān)測(cè)、安全控制與安全訓(xùn)練等多領(lǐng)域多層面，正在或即將發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。在日常工作中，要堅(jiān)持安全評(píng)價(jià)方法的制定原則，提高安全評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，可視化技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，而且會(huì)出現(xiàn)更加先進(jìn)的技術(shù)，這就可以更好的提高采礦工程的整體生產(chǎn)效率及其安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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