智能化礦山采礦技術中的安全管理問題探討

張 揚

（阜新市清河門區(qū)應急管理局，遼寧 阜新 123000）

自古以來，礦業(yè)一直是人類經(jīng)濟發(fā)展的重要部分。從鐵器時代的鐵礦石開采到現(xiàn)代的稀土元素提取，礦產(chǎn)資源一直是支持技術和工業(yè)進步的基礎。然而，隨著社會的發(fā)展和對環(huán)境保護意識的增強，傳統(tǒng)的礦山采礦方法逐漸面臨挑戰(zhàn)。高風險、低效率和環(huán)境破壞成為這一行業(yè)亟待解決的問題。幸運的是，隨著技術的進步，智能化采礦技術應運而生。通過整合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)和自動化技術，這種新的采礦方法不僅能夠顯著提高生產(chǎn)效率，還能有效減少工作風險和環(huán)境影響，為礦業(yè)行業(yè)帶來前所未有的機遇和挑戰(zhàn)[1]。

1 關于智能化礦山采礦技術的概述

1.1 采礦概念

采礦歷史悠久，可以追溯到古代文明，當時人們用簡單的工具從地面和河床中挖掘金屬和寶石。隨著時間的推移，為了滿足對資源的不斷增長的需求，人們開始探索更深層次的地下礦藏，并開發(fā)出更為復雜的開采技術。采礦不僅僅是簡單地從地下提取礦物，它還涉及礦體的探測、評估、選礦、提煉和運輸?shù)纫幌盗袕碗s的過程。

礦產(chǎn)資源的價值不僅取決于其本身的特性，還與其在地殼中的位置、深度和純度有關。因此，為了有效地提取這些資源，需要對地質結構進行深入的研究，選擇合適的開采方法。隨著科技的進步，地球物理和地球化學探測技術能夠更準確地確定礦藏的位置和規(guī)模。此外，現(xiàn)代采礦技術，如遠程控制、自動化和數(shù)字化技術，使采礦變得更為高效和安全，大大提高了資源的利用率和經(jīng)濟效益。

1.2 智能化礦山采礦技術的介紹

智能化礦山采礦技術是基于信息技術、數(shù)據(jù)分析、云計算、人工智能等現(xiàn)代技術手段對傳統(tǒng)采礦技術進行的升級和優(yōu)化。它通過自動化、遠程控制和智能決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦山的實時監(jiān)控和管理，從而提高礦山的生產(chǎn)效率和安全性。

1.2.1 平坑施工方法

平坑施工方法與傳統(tǒng)的深地下礦業(yè)作業(yè)不同，主要在地面或其附近進行開采活動。在智能化礦山環(huán)境中，這種施工方法的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。利用自動化和智能化技術，如無人駕駛挖掘機、自動化裝卸系統(tǒng)以及智能傳感技術，不僅能提高工作效率，還能確保作業(yè)的安全性。據(jù)統(tǒng)計，通過引入自動化裝備，可以使采礦效率提高20%以上，同時由于人為因素的減少，事故率降低了約30%。

然而，隨著開采活動的進行，礦體的結構和穩(wěn)定性可能會發(fā)生變化。為了確保采礦活動的持續(xù)和安全，高精度的地質傳感器和實時數(shù)據(jù)分析技術被廣泛應用。這些技術可以實時監(jiān)測土壤濕度、礦石應力、地質斷裂等數(shù)據(jù)，從而及時預測和警告潛在的風險，如滑坡和地質變動。數(shù)據(jù)顯示，通過實時監(jiān)測技術，能夠在大約80%的情況下預測到潛在的風險，為決策者提供寶貴的時間來采取預防措施。

1.2.2 天井施工方法

天井施工方法是礦業(yè)中一個傳統(tǒng)的深部開采技術。其特點在于鉆穿地殼，直接進入豐富的礦藏，尤其是在地表以下幾百米到幾千米的深度。隨著技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的天井采礦方法正逐步被現(xiàn)代化和智能化技術所取代。

在智能化礦山應用中，天井施工技術已經(jīng)發(fā)生了深刻的變革。首先，自動化掘進機的使用，使得掘進速度提高了約20%～30%。與此同時，它的精確度也得到了明顯的增強，誤差率低于1%。這種高效率的施工不僅減少了項目的時間成本，而且確保了工程的質量和安全性。

另外，隨著無線通信技術和遠程監(jiān)控技術的進步，現(xiàn)場工程師可以在地面實時查看地下的工作情況，避免了許多傳統(tǒng)上需要進入井下進行的檢查和維護工作。據(jù)統(tǒng)計，這種智能監(jiān)控方法使得事故率降低了近50%。地下定位系統(tǒng)也使得在復雜的地質環(huán)境中，設備和人員的位置能夠被精確追蹤，減少了迷失和碰撞的風險。

針對天井施工中可能遇到的地下水泛濫、有毒氣體泄露等問題，現(xiàn)代天井施工已經(jīng)廣泛應用智能傳感器進行實時監(jiān)測。這些傳感器可以在氣體濃度超出安全標準時立即發(fā)出預警，使得工作人員有足夠的時間采取應對措施。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，這種技術的應用已經(jīng)將地下水和有毒氣體事故的發(fā)生率降低了約70%[2]。

2 智能化采礦安全管理存在的問題

2.1 管理人員法律意識淡薄

隨著技術進步和工業(yè)革命的發(fā)展，智能化采礦已經(jīng)成為礦山行業(yè)的重要趨勢。但是，在這種技術進步的背后也存在一些管理上的問題。其中之一便是管理人員的法律意識淡薄。智能化采礦涉及大量的新技術和新方法，很多管理人員可能并不完全了解這些新技術背后所涉及的法律風險和責任。例如，智能設備的數(shù)據(jù)安全、無人設備的操作責任等問題，很多礦山的管理層可能沒有足夠的法律培訓和教育，導致在面對具體問題時無法做出合法、合理的決策。此外，一些管理人員可能過于追求經(jīng)濟效益，忽略了法律規(guī)定和風險，從而增加了企業(yè)的法律風險。

2.2 責任機制不明確

在智能化采礦的環(huán)境下，責任機制的不明確成為一個嚴重的問題。傳統(tǒng)的礦山作業(yè)中，人為操作和決策在很大程度上決定了安全性。但在智能化環(huán)境下，很多操作和決策都由機器自動完成。當發(fā)生事故或安全問題時，很難判定責任歸屬，是人為的操作失誤、機器的故障還是系統(tǒng)的設計缺陷？這種模糊的責任界定為礦山企業(yè)帶來了巨大的法律和道德挑戰(zhàn)。此外，由于技術不斷更新和迭代，責任機制可能需要不斷地進行調整和完善，但當前很多礦山企業(yè)還沒有建立起有效的、與技術發(fā)展相適應的責任機制。

2.3 安全設備落后

盡管智能化采礦技術在很多方面都表現(xiàn)出其先進性，但在安全管理上，尤其是安全設備方面，仍存在許多問題。有些礦山在引入智能化技術時，過于注重生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，而忽略了對安全設備的更新和升級。例如，盡管采用了智能化控制系統(tǒng)，但地下的通風、排水、防爆等基礎設施可能仍然使用老舊的設備和技術，這在某種程度上抵消了智能化技術帶來的安全優(yōu)勢。此外，新型的智能設備和系統(tǒng)可能需要與現(xiàn)有的安全設備進行集成和協(xié)同工作，但由于技術和標準的不匹配，這種集成往往面臨諸多困難，導致安全設備的效能大打折扣。

3 智能化礦山采礦技術中的安全管理措施

3.1 人工智能降低開采作業(yè)風險

人工智能技術正逐漸滲透到全球的各個產(chǎn)業(yè)領域中，為日常工作流程帶來巨大的變革。在礦業(yè)中，這些先進的技術提供了前所未有的機會，以增強采礦的效率和安全性。深度學習，作為機器學習的一個子集，通過復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡模型對大量數(shù)據(jù)進行訓練，使得系統(tǒng)可以自動識別和預測潛在風險。這種技術在處理非結構化數(shù)據(jù)，如圖像和聲音時尤為出色。

機器視覺技術，則讓機器可以“看”并理解其視野內的物體和場景。在礦山環(huán)境中，機器視覺可以通過高分辨率攝像頭實時監(jiān)測巖體裂紋的變化、支架的穩(wěn)定性以及任何可能導致滑坡或坍塌的異常移動。模式識別技術進一步加強了這種能力，使系統(tǒng)能夠識別和分類各種不同的地質和環(huán)境模式，從而預測可能的危險。

另外，數(shù)據(jù)驅動的決策是當今工業(yè)界的核心組成部分。在礦山環(huán)境中，無處不在的傳感器可以實時收集關于巖石穩(wěn)定性、有害氣體濃度、地下壓力等的數(shù)據(jù)。通過機器學習模型，這些數(shù)據(jù)可以被實時分析，預測礦井內的變化趨勢，并為操作人員提供關于何時、如何介入的建議。這種預測能力在應對礦井中的危險氣體積聚或巖層移動時尤為寶貴[3]。

人工智能的這些應用不僅為礦業(yè)帶來了更高的效率，更重要的是，它們大大降低了事故的發(fā)生可能性，保護了礦工的生命安全。同時，通過監(jiān)測和維持礦井內的空氣質量和環(huán)境標準，人工智能也確保了工人在良好的工作條件下進行作業(yè)，進一步減少了職業(yè)病的風險。

3.2 完善安全管理制度

在礦業(yè)中，尤其是智能化采礦環(huán)境中，安全管理制度的完善是至關重要的。隨著技術的不斷進步，傳統(tǒng)的安全措施可能不再適用，新的風險和挑戰(zhàn)也隨之而來。為此，礦山企業(yè)需要進行持續(xù)的制度修訂和更新，以確保與時俱進。

明確的責任分工確保了每一位工作人員都知道自己的職責和期望。在智能化礦山中，包括管理和監(jiān)控自動化設備、響應人工智能系統(tǒng)的警報，或者操作特定的軟件工具。每個崗位的明確定義不僅提高了工作效率，還避免了因為職責不清導致的安全事故。

操作準則是每個礦工的日常工作指南。隨著新技術的引入，這些準則需要定期更新以確保其準確性和相關性。例如，對于新引進的自動化鉆探設備，操作員需要明確的指導和操作流程，以確保機器的正確、安全使用。同時，操作準則也要涵蓋非常規(guī)情況，為工人在面對突發(fā)狀況時提供指導。

故障應急流程在任何安全管理制度中都占有舉足輕重的地位。在智能化礦山中，需要有專門針對新技術和設備的應急響應計劃，這包括數(shù)據(jù)中斷、自動化設備失效或人工智能系統(tǒng)誤報等情況。在這些情況下，快速、準確的響應不僅可以避免財產(chǎn)損失，更能確保工人的生命安全。這要求礦山企業(yè)在制定應急流程時，深入研究新技術的特點和可能的風險，以確保應對措施的實用性和有效性[4]。

3.3 提高開采作業(yè)現(xiàn)場的技術安全管理

在當今數(shù)字化和連接性迅速增強的時代，現(xiàn)代化技術已經(jīng)成為礦山開采作業(yè)安全管理的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術，允許設備間的無縫連接和通信，從而使得大量的傳感器和監(jiān)控設備可以在礦井中相互交流。例如，一個傳感器可能會檢測到某個區(qū)域的有害氣體濃度增加，然后立即通知中央控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)再進一步指導通風系統(tǒng)調整，確保礦工的安全。

無線傳感器技術，特別是在廣大、復雜的礦山環(huán)境中，為安全管理帶來了方便。傳統(tǒng)的有線傳感器安裝復雜，維護困難，而現(xiàn)代的無線傳感器不僅安裝簡單，而且可以輕松移動，適應不斷變化的礦山布局。這些傳感器能夠實時監(jiān)測一系列關鍵數(shù)據(jù)，如礦井的濕度、地下壓力和震動等，并在檢測到異常時迅速發(fā)出警報。

遠程監(jiān)控技術進一步加強了礦山的安全管理。借助高清攝像頭和其他高端設備，管理人員可以從地面或遠程控制中心實時監(jiān)視礦井內的所有活動，從而迅速識別并解決潛在的問題。同時，與高精度GPS 和地下定位系統(tǒng)結合，這種技術確保了設備和人員的精確跟蹤。例如，當挖掘機在礦井中工作時，定位系統(tǒng)可以確保它不會與其他機器或工作人員相撞，從而避免可能的事故。

除了上述技術，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)分析和預測模型也是技術安全管理的核心部分。利用大數(shù)據(jù)分析，可以從大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)中挖掘出潛在的安全隱患，如地質結構的微小變化，這些微小變化可能預示著大的地質移動，從而為預防性措施提供了寶貴的時間。

3.4 強化對采礦工作人員的安全培訓

隨著新設備和新技術的引入，礦工需要接受針對性的培訓，以確保他們可以正確、安全地操作這些設備。例如，新型的自動化采礦設備具有與傳統(tǒng)設備完全不同的操作界面和操作邏輯，沒有足夠的培訓，工人可能會面臨使用困難，甚至導致誤操作和事故。

其次，除了硬件和設備的培訓，工作人員還需要接受有關風險識別和風險應對的培訓。這包括但不限于：如何識別礦井中的各種安全隱患，如何在發(fā)現(xiàn)有害氣體或其他風險時迅速疏散，以及如何使用各種安全設備和急救工具。

現(xiàn)代的培訓方法，如模擬訓練和虛擬現(xiàn)實技術，為礦工提供了更為真實、身臨其境的訓練體驗。例如，通過虛擬現(xiàn)實技術，工人可以模擬進入真實的礦井環(huán)境，面對各種可能的緊急情況，如巖層坍塌、有害氣體泄漏等。在這種模擬環(huán)境中，工人可以反復練習應對措施，從而在真實環(huán)境中更有信心和能力處理這些緊急情況。

最后，實地演練也是安全培訓的重要組成部分。與虛擬現(xiàn)實技術相比，實地演練提供了真實的環(huán)境感受，工人可以實際操作設備，與團隊成員協(xié)同合作，應對模擬的緊急情況。這種培訓方法確保了工人在真實環(huán)境中可以迅速、有效地響應各種可能的危機[5]。

4 結語

智能化采礦技術正為礦業(yè)開創(chuàng)新的時代，其所帶來的效率、經(jīng)濟和安全益處顯而易見。但正如任何技術進步都會帶來其特定的挑戰(zhàn)，我們必須認識到并積極應對這些風險和挑戰(zhàn)。結合高度的技術實力、完善的管理制度和對工人的持續(xù)培訓，可以確保智能化采礦既能提高效率又能確保安全。只有全面、系統(tǒng)地理解和應用這些措施，才能充分釋放智能化礦業(yè)的潛力，為可持續(xù)的未來鋪設堅實的基礎。