地下矿山安全调度指挥系统优化研究.pdf

中图分类号X 窆三鱼 U D C6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 3 3 密级 公珏 地下矿山安全调度指挥系统优化研究 O p t i m i z a t i o nS t u d y o nS a f e t yD i s p a t c ha n d C o m m a n d S y s t e mo fU n d e r g r o u n dM i n e s 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 张芳燕 矿业工程 安全技术及工程 资源与安全工程学院 陈沅江副教授 史秀志教授 论文答辩日期塑 生答辩委员会主席 中南大学 2 0 1 3 年4 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名鍪苤整 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名监导师签名鞋越日期鲱年鱼月上日 中南大学硕士学位论文摘要 地下矿山安全调度指挥系统优化研究 摘要地下矿山生产系统复杂，生产环境特殊，安全管理工作难度很 大。地下矿山安全调度指挥系统的建立，有助于不同生产区安全信息 集成，实现软硬件资源共享，提高地下矿山协调运作能力，最终达到 动态安全管理的目标。为此，本文结合当前我国地下矿山的实际，应 用系统工程理论对地下矿山安全调度指挥系统进行研究，并以凡口铅 锌矿为例，对其安全调度指挥系统进行设计优化研究。主要研究内容 及成果如下 1 结合地下矿山的特点，分析了安全调度信息的特点与传递 过程，论述了地下矿山安全调度指挥系统的构成要素，并确定了其相 应职能。 2 依据系统生命周期理论，从社会环境、生产场所、技术等 方面分析了对地下矿山安全调度指挥系统建设和运行有影响的各方 面因素，获得了决定系统安全运行的1 4 个重要影响因子。 3 通过自行设计问卷进行调查，同时利用S P S S l 6 ．0 统计学软 件对所得结果进行分析，相关性分析得出影响系统安全调度指挥能力 的8 个主要因素为管理维护、组织机构、经济效益、地压、环境条件、 作业活动、应急管理、网络技术，所得结论为系统优化设计提供了依 据。 4 以凡口铅锌矿为依托，通过对其现有安全调度指挥系统的 分析，确定了其优化原则、技术构架与功能框架。进而对系统安全信 息的传输、显示、处理进行设计优化研究，优选了相关设备，并对总 费用进行了预算，为其施工可行性奠定了基础。 5 应用系统可靠性理论与B P 神经网络模型分析了凡口铅锌矿 安全调度指挥系统可靠性，得出优化设计后的安全调度指挥系统可靠 性高的结论。应用熵增理论分析系统运行的安全效益，得出系统能够 促使企业安全效益逐步提升。应用未确知测度模型理论预测系统运行 状况，得出系统运行等级为很好的结论。 关键词地下矿山；安全调度指挥系统；安全信息；影响因素；优化 研究；可靠性分析 分类号X 9 3 6 中南大学硕士学位论文 A B S T A C T O p t i m i z a t i o nS t u d yo nS a f e t yD i s p a t c ha n dC o mm a n d S y s t e mo fU n d e r g r o u n dM i n e s A b s t a c t T h eu n d e r g r o u n dm i n ei sac o m p l e xp r o d u c t i o ns y s t e mw i t h s p e c i a lp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t ，t h u st h es a f e t ym a n a g e m e n ti sd i f f i c u l t ． T h ec o n s t r u c t i o no fs a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n ds y s t e mo f u n d e r g r o u n d m i n e si sh e l p f u lf o re n t e r p r i s e st o i n t e g r a t es a f e t yi n f o r m a t i o nf o r m d i f f e r e n tp r o d u c t i o na r e a ，t os h a r es o t h v a i ea n dh a r d w a r er e s o u r c e s ，t o i m p r o v et h ea b i l i t yo ft h ec o o r d i n a t e do p e r m i o n ，a n dt oa c h i e v ed y n a m i c s a f e t ym a n a g e m e n t ．F o rt h i sg o a l ，c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no f c h i n a ’Su n d e r g r o u n dm i n e s ，t h i sp a p e ra p p l y e ds y s t e me n g i n e e r i n gt h e o r y t o 咖d yt h es a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n ds y s t e mo fu n d e r g r o u n dm i n e s ． A n dt a k e i n gF a nK o ul e a d - z i n cm i n ea sa ne x a m p l e ，t oo p t i m i z a t i o n s t u d yo nt h ed e s i g no f i t ss a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n d s y s t e m ．T h em a i n c o n t e n t sa n dr e s u l t so b t a i n e da r ea sf o l l o w s ． 1 A c c o r d i n gt ot h ec h a r a t e r i s t i c so fu n d e r g r o u n dm i n e s ，s a f e t y s c h e d u l i n gi n f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h et r a n s t e rp r o c e s sw e r e a n a l y z e d ，t h ec o m p o s i t i o no fs a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n ds y s t e mw a s d i s c u s s e d ，a n dt h e nt h ef u n c t i o n sw e r ed e t e r m i n e d ． 2 B a s e do nt h el i f e - c y c l et h e o r y , t h ev a r i o u si n f l u e n c ef a c t o r s f o r ms o c i a le n v i r o n m e n t ，p r o d u c t i o ns i t e sa n dt e c h n o l o g yw e r ea n a l y z e d ， t h a tw o u l di n f l u e n c et h ec o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no ft h es a f e t yd i s p a t c h a n dc o m m a n ds y s t e mo fu n d e r g r o u n dm i n e s ．A n d14i m p o r t a n tf a c t o r s w h i c hd e c i d e dt h es y s t e mo p e r a t i o nw e r eo b t a i n e d ． 3 I n f l u e n c ef a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e dt h r o u g has e l f - d e s i g n e d q u e s t i o n n a i r e ，a n dt h er e s u l t so ft h es u r v e yw e r ea n a l y z e db yS P S S16 ．0 ． E i g h ti m p o r t a n tf a c t o r sw e r eo b t a i n e dt h o u g hc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，w h i c h w e r em a n a g e m e n t ，o r g a n i z a t i o n ，e c o n o m i cb e n e f i t s ，g r o u n dp r e s s u r e ， e n v i r o m e n t a l c o n d i t i o n ，o p e r a t i n ga c t i v i t i e s ，e m e r g e n c ym a n a g e m e n t ， n e t w o r ke c h n o l o g y ． 4 T a k e i n gF a nK o ul e a d z i n cm i n ea sa l le x a m p l e ，b a s e do nt h e r e c e n tc o n d i t i o no f s a f e t yd i s p a t c h a n dc o m m a n d s y s t e m ，t h e o p t i m i z a t i o np r i n c i p l e ，t e c h n i c a lf a r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o nf r a m e w o r k w e r ed e t e r m i n e d ．T h e nt h et r a n s m i s s i o n ，d i s p l a y i n ga n dc o n t r o l l i n go f I I 中南大学硕士学位论文A B S T A C T s a f e t yi n f o r m a t i o nw e r eo p t i m i z a t i o ns t u d y e d ，t h er e l a t e de q u i p m e n t s w e r ep r e f e r r e d ，t h et o t a lc o s tw a se s t i m a t e d ．a l lt h a tl a y e dt h ef u n c t i o nf o r t h ec o n s t r u c t i o nf e a s i b i l i t y ． 5 T h er e l i a b i l i t yo ft h es a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n ds y s t e mo f F a nK o ul e a d ．z i n cm i n ew a sa n a l y z e dw i t hr e l i a b i l i t yt h e o r ya n dB P n e u r a ln e t w o r k ．I ts h o w e dt h a tt h er e l i a b i l i t yw a sh i g h ．I t ss a f e t yb e n e f i t s w e r ea n a l y z e dw i t ht h et h e o r yo fe n t r o p yc h a n g e ．砀er e s u l t ss h o wt h a t t h es y s t e mw o u l di m p r o v et h es a f e t yb e n e f i t so fe n t e r p r i s e s ．A n dt h e o p e r a t i o nw a sp r e d i c t e dw i t ht h eu n a s c e r t a i n e dt h e o r y , t h er e s u l t ss h o w t h a tt h es y s t e mw o u l dw e l lo p e r a t e ． K e yw o r d s u n d e r g r o u n dm i n e s ， s a f e t yi n f o r m a t i o n ，i n f l u e n c i n g a n a l y s i s C l a s s i f i c a t i o n X 9 3 6 s a f e t yd i s p a t c ha n dc o m m a n ds y s t e m ， f a c t o r s ，o p t i m i z a t i o ns t u d y ，r e l i a b i l i t y I I I 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t a c t ⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 课题研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 国内外研究与应用现状综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 安全信息搜集、获取的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 安全信息传输的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．3 安全信息显示处理的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．4 其他相关研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 研究启示与研究视角⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．1 研究启示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．2 研究视角⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 本文研究的主要内容、方法和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 地下矿山安全调度指挥系统分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 2 ．1 地下矿山的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 ．1 地下矿山主要生产保障系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．1 ．2 地下矿山生产特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．2 地下矿山安全调度指挥系统的概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 安全调度信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．1 安全调度信息的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 ．2 安全调度信息传递⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．4 地下矿山安全调度指挥系统构成要素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．4 ．1 硬件构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．4 ．2 组织机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．5 地下矿山安全调度指挥系统职能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 地下矿山安全调度指挥系统影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．1 安全调度指挥系统生命周期⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 ．1 生命周期理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．1 ．2 安全调度指挥系统生命周期的划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．2 社会环境影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 T V 中南大学硕士学位论文 目录 3 ．2 ．1 政策制度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．2 文化理念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．2 ．3 经济效益⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．3 生产场所影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．3 ．1 井下影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．2 充填站影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．4 技术影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．4 ．1 通信技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．4 ．2 网络技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．4 ．3 计算机技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．5 调度指挥能力影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．5 ．1 分析方法的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．5 ．2 影响因素指标体系建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．5 ．3 影响因素与调度指挥能力之间关系分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 凡口铅锌矿安全调度指挥系统优化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．1 现有安全调度指挥系统概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．1 ．1 组织机构概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．1 ．2 数字化建设概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 ．1 ．3 影响因素概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．1 ．4 系统优化工作分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．2 安全调度指挥系统优化原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．3 安全调度指挥系统体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．3 ．1 系统技术构架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 4 ．3 ．2 系统功能架构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．4 安全信息传输系统优化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．4 ．1 网络系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 4 ．4 ．2 通讯系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 4 ．5 安全信息显示、处理优化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 4 ．5 ．1 人员安全信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．5 ．2 物的安全信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 4 ．5 ．3 公布信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．6 应急调度指挥⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 4 ．7 设备选型与费用预估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 V 中南大学硕士学位论文目录 4 ．7 ．1 主要设备及其型号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 4 ．7 ．2 主要设备费用预估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 4 ．8 系统管理与维护优化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 4 ．8 ．1 建立管理维护制度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 4 ．8 ．2 技术培训与演练⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 4 ．8 ．3 定期检查维护措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 l 4 ．9 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 5 凡口铅锌矿安全调度指挥系统有效性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 5 ．1 系统运行可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．1 ．1 基于物理模型子系统可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．1 ．2 基于B P 神经网络的系统可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 6 5 ．2 安全效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 5 ．2 ．1 熵增理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 5 ．2 ．2 系统安全效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 5 ．3 安全调度指挥系统的可靠性预测评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 4 5 ．3 ．1 未确知理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 4 5 ．3 ．2 系统运行状况预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 6 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 0 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 1 6 ．I 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 3 附件l 地下矿山安全调度指挥能力影响因素初步调查问卷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 8 附件2 层次分析法M a t l a b 计算代码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．10 0 攻读硕士学位期间发表论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 墅定谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．10 3 V I 中南大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 ．1 课题研究背景及意义 矿山安全是资源生产的命脉，然而地下矿山企业生产工艺复杂、工序杂多、 大型设备多、开采方法各异、主要技术指标相差甚远，设备之间、工序之间、人 与环境、人与设备之间既相互关联又相互制约，其共同构成了矿山企业庞大的生 产系统。生产系统的稳定性、可靠性、安全性是安全生产的核心。无论是煤矿还 是金属非金属矿山，其地质条件复杂多变，生产环境恶劣、作业空间狭小、作业 场地随开采进度不断变化。同时多种设备运行在这样的环境中，使生产状况更为 复杂化、特殊化【l 】。以上问题严重威胁着矿山生产安全以及从业人员的健康、生 命。因此，应用先进技术降低矿山风险、保障生命财产迫在眉睫【2 】。 随着计算机技术、信息科学技术和网络技术的迅速发展，及全球一体化进程 的加快，信息网络化已成为当今社会发展的重要而基本的战略。矿山行业信息化 建设成为”数字地球”中必不可少的一部分。 在”以人为本、安全第一”价值观的指引下，国家带动科研单位、企业致力 将国内外先进的技术与设备引用到矿山生产与管理之中【3 】。因此，多种安全监测 监控系统、自动化控制系统、人机跟踪定位系统、安全考勤系统、环境监测系统、 管理信息系统应用而生。 2 0 1 0 年，国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知[ 4 1 2 0 1 0 年 2 3 号文件 明确提出要依靠科技进步和先进技术装备，从源头上控制安全风险、 从根本上提升地下矿山安全保障能力。要求煤矿、非煤矿要制定和实施生产技术 装备标准，安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系 统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备，并于三年之内完成。国家安全监 管总局相继发布了煤矿井下安全避险’’六大系统”建设完善基本规范 试行 [ 5 1 、金属非金属地下矿山安全避险”六大系统”建设规范1 6 1 、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暂行规定[ 7 1 。 随着数字化矿山的建设与推广，矿山企业迫切需要将安全信息在调度平台上 集中显示。而地下矿山安全调度指挥系统可在三维可视化平台上将各系统有效集 成，消除信息孤岛，避免各系统自成体系管理分散，方便安全生产调度指挥与应 急救援，提高工作效率，提高安全生产管理手段和水平【8 】，对实现资源与环境的 数字化、开采工艺流程化、生产过程控制可视化、生产管理与决策的科学化具有 重要的意义。 调度指挥是地下矿山安全管理的重要职能，是生产经营运作的关键，安全调 度指挥系统综合了生产、管理、经营、安全、绩效、环境和资源等各方面。矿山 中南大学硕士学位论文l 绪论 企业围绕安全生产经营目标，有效地连接好生产的各个环节，统筹组织、协调处 理各个子系统所获取的信息，及时应对和解决生产中的各项矛盾和问题，对确保 企业生产经营活动的正常进行，实现信息系统整体协调、高效运作、统一决策具 有重要的实际意义。地下矿山安全调度指挥系统可以实现企业安全信息集中显 示、处理，提高企业安全生产管理水平。主要体现在以下几方面 1 将各个独立子系统之间的安全信息无缝集成，实现软硬件资源共享， 避免人力、物力、财力的浪费； 2 采用系统工程理论和信息科学技术，以计算机网络技术和多媒体技术 为手段，以视频、音频、数据文档等多种方式展示实时信息和历史信息，便于科 学决策； 3 该系统实现跨空间、跨时间、跨级别掌握安全动态，各级管理人员随 时全面了解井上和井下安全生产情况，及时合理安排生产运营，实现安全、高效 生产 4 在突发事件、灾变发生时，便于人员、环境、设备等全局状况，利于 科学、合理、及时地抢险、施救，减少人员伤亡，降低经济损失。 1 ．2 国内外研究与应用现状综述 目前，国内外众多学者应用不同的技术、硬件、软件从安全信息的搜集、获 取、传输、显示、处理等方面研究、设计、开发应用于地下矿山的安全调度指挥 系统，意图实现安全调度指挥功能，达到矿山本质安全。 1 ．2 ．1 安全信息搜集、获取的研究 对作业者安全信息的搜集、获取主要是通过人员跟踪定位终端，对环境、设 备设施安全信息的获取主要是通过传感器、监控装置等设备。因此从定位终端、 监控设备、传感器三方面分析其研究与应用现状。 1 作业者安全信息的获取 早在1 9 8 4 年，澳大利亚锌有限公司 Z C 和新步罗肯希尔联合有限公司 N B H C 就应用电子系统统计管理井下各个中段人员的数量【9 1 。目前，国内外 有很多企业、科研单位研究开发井下人员定位系统，大多数跟踪定位终端由定位 分站与标识卡两部分组成，主要通过G P S 技术、F R I D 技术、Z i g B e e 技术、G I S 技术、W I F I 技术、M E S H 无线网状网络 技术、R S S I 技术实现[ 1 0 , 1 1 1 。 G P S 定位技术在地表以上的应用已经很成熟，但由于井下作业环境特殊，井 巷、采场空间有限、障碍物多，无线信号衰减大，G P S 信号无法覆盖井下巷道， 不能全面获取人员信息，因此该技术不适合应用于地下矿山。 中南大学硕 学位论文1 绪论 R F I D 技术具有成本低、操作方便、便于携带、信号穿透力强、传输距离长、 防碰撞等优点，已应用于国内外多家矿山企业。2 0 0 5 年，南非、澳大利亚、美 国、加拿大等多国矿山领域应用该项技术【12 1 。我国的顾桥煤矿【13 1 、白庄煤矿【1 4 】 等煤矿采用该技术接收人员的安全信息。 Z i g B e e 技术具有短距离、低成本、低消耗、易实现、安全可靠等优点，不 仅可用于人员定位，还可以用来监测环境。我国的邢台矿【1 4 】将Z i g B e e 技术与 W I F I 技术结合，实现人员安全信息的获取，同时还是人员音频信息传输的终端， 比较先进。 G I S 技术可以为人员提供实时的电子地理图像，便于决策指挥，但仅在矿山 测量、生产数据管理等方面应用颇多【1 5 】，在矿山井下跟踪定位方面仍处于起步阶 段。北京海天起点技术服务有限公司应用G I S 技术实现井下人员动态监控、进入 危险区报警及其导航、地图等多项先进功能。有部分企业将该技术与R F I D 技术、 Z i g B e e 技术相结合使用【l 8 1 ，实现综合获取人、车、机的参数等数据、信息。 2 环境、设备设施安全信息获取 环境、设备设施安全信息的获取主要通过监测监控系统获取。煤矿监测监控 内容主要包括压力监测、瓦斯监测、水文水质监测、粉尘监测、自然火灾监测、 通风排水系统监控等【l9 1 。非煤矿监测监控内容主要包括压力监测、水文监测、 H 2 S 、C O 、S 0 2 、温度、湿度、粉尘等环境参数、风机、供电系统等运行参数等。 国外矿山安全监测监控技术发展于2 0 世纪6 0 年代，8 0 年代初美国、法国 和英国等国先后将计算机技术、数据通信技术等先进技术用于矿山监控系统，如 美国的S C A D A 系统、英国的M I N O S 系统、德国的T F ．2 0 0 系统、法国的 C T T - 6 3 ／4 0 ／u 系统、加拿大的森透罩昂系统、波兰的C M C ．1 系统等【2 0 J 。我国矿山 监测监控技术起步于8 0 年代初期，学习吸收国外先进系统，结合我国矿山实际 状况，航天工业部六三四所、煤科院常州自动化所、重庆煤炭安全仪器厂、煤科 院抚顺分院等科学研究院以及清华大学、中国矿业大学、中国科技大学等高校竭 力研发适用于我国矿山企业的监测监控系统，先后推出了I U 9 0 、I C l 9 5 、K J l 0 1 、 K J F 2 0 0 0 、K J 4 ／K J 2 0 0 0 和K J G 2 0 0 0 等监测监控系统，以及M S N M 、W E B G I S 等 煤矿安全综合化、数字化网络监测管理系统【2 。 目前，各研究院、设备生产单位与矿山企业不仅协力将监测监控系统最优化 投入应用，保障矿山安全生产，还进一步设计、研发更先进的系统。如河南神火 集团有限公司【2 2 】初步探索基于红外光谱吸收光纤气体传感器设计瓦斯监测监控 系统；贵州某煤矿【2 3 】通过增加负压传感器、C O 传感器、风门开发传感器、温度 传感器等对监测监控系统进行优化设计。 其次，监控获取生产环境以及其中设备设施的安全信息是另一种非常快捷、 中南大学硕士学位论文1 绪论 准确的方式，如摄像头、高清照相机等先进设备。 1 ．2 ．2 安全信息传输的研究 及时、准确传递所搜集、获取的安全信息是安全调度指挥成败的命脉。目前 地下矿山企业安全信息传输通道主要分为有线传输和无线传输。而信息传输已不 再局限于语言信息、文字信息的传递，而是延伸为与人、设备、环境相关的音频、 视频等信息、数据的传输与反馈【2 4 】。 语言信息是安全信息中准确性较高的信息源，主要是通过固定电话和移动电 话，即通过通信联络系统。地面通信技术很成熟，设备种类齐全、方式多样化， 而地下矿山地面与井下的通信受环境影响比较局限。现有通讯系统以有线调度通 讯系统为主，该系统电话终端数量少、位置固定、通话不方便，而且故障率高、 维修率低，无法提供可靠、及时、准确的信息。无线通讯覆盖范围广，通话方便、 及时。因此，矿山由固定有线通讯向有线／无线综合通讯转变，改建、升级矿山 信息通讯刻不容缓。井下无线通信主要有载波通信、感应通信、透地通信、矿用 小灵通通信、C D M A 矿井通信、W i F i 无线通信【2 5 ] 。 加拿大的F l e x a l e r t 、澳大利亚的P E D 、美国的T a l e M a g ．T r a n s t e k 已实现地面 与井下的通讯，但不是便携式的系统。G e o S t e e r i n g 公司、南非的M i n i n g t e k 公司、 奥地利因斯布鲁大学高级物理研究院、美国矿山研究院都在着手研究远距离探测 被困矿工的技术与装置【2 6 1 。洛克希德马丁公司‘2 7 】发明了一次无线磁力通讯系统， 通过磁波传递声音、文字等信号，磁力波能够轻松穿透煤层、岩层，至2 0 1 0 年 7 月，经试验信号可传达至2 8 0 0 英尺深的井底。 矿井小灵通是基于地面公众通信系统，延伸于井下的通信系统。近年来，许 多矿井也采用了此类矿用无线通信方案。如陕西陕煤黄陵矿业有限公司结合其矿 井下灵通使用情况，证实这种通信方式目前仍具有可行性，在市场是能够买到相 配套的设备，设备功能发挥也良好【2 8 】。但是在2 0 1 1 年2 月工信部明确要求 1 9 0 0 ．1 9 2 0 M H z 频段无线接入系统于2 0 1 1 年1 2 月底清频退网，将此频段收回用 于3 G 使用【2 9 】。因此，小灵通技术的后续发展不容乐观。 青海格尔木肯德可克铁矿【3 0 】首次采用井下泄露电缆通信技术，设计了由前端 机设备、线路放大器、线路分支器、线路终端但愿、泄露电缆和电源组成的通信 系统。并在4 0 2 0 m 和3 9 6 0 m 两个中段的巷道内铺设泄露电缆，实现语音、视频、 数据三网合一的体系化通信系统。该系统性能稳定、质量可靠，提高了生产效率， 处于世界领先地位。 金鼎矿业