井下安全与生产调度管理系统构建与应用.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯ U D C 密级⋯⋯⋯⋯⋯ 编号⋯⋯⋯⋯⋯ 牢I 初大誓 C E N T RA I ，S O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯⋯⋯一井工安全生．生产调麈篱墨⋯一 ⋯⋯⋯⋯⋯．系续掬建生廛用⋯⋯⋯⋯～ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯采矿王程⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯鱼⋯军⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 导师姓名及 专业技术职务．⋯⋯⋯⋯⋯．呈周全一耋嫩⋯⋯⋯⋯⋯一 分类号 U DC 密级 编号 硕士学位论文 井下安全与生产调度管理系统构建与应用 C o n s t r u c t i o na n dA p p l i c a t i o no ft h eU n d e r g r o u n dS a f e t y P r o d u c t i o nS c h e d u l i n gM a n a g e m e n tS y s t e m 作者姓名向军 学科专业矿业工程 学院 系、所 资源与安全工程学院 指导教师罗周全教授 论文答辩日期型2 至臣 中 答辩委员会主席 中南大学 二O 一二年四月 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在论文中作了明确的说明。 作者签名酆 关于学位论文使用授权说明 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，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；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。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。 作者签名鱼 圣导师签E t 期胖兰月寥日 摘要 本文针对凡口铅锌矿调度管理实际和安全生产现实需要，研究建 立并下安全与生产调度管理系统，旨在提高凡口铅锌矿井下安全与生 产调度管理信息化水平，为矿山实现安全高效生产提供强有力的技术 支持。本文主要研究内容与成果如下 1 针对凡口铅锌矿主斜坡道无轨设备运行实际情况，研究建 立无轨设备自动监控与安全调度管理系统，实现自动交通管制，使车 辆操作人员严格按照正常有序的行车规则运行，并实时监控和掌握井 下主斜坡道无轨设备的动态分布及作业情况，实现主斜坡道无轨设备 高效安全运行，大幅度地提高矿山井下无轨设备安全运行效率极其管 理水平； 2 为解决中段机车运输堵塞频发等问题，提高中段机车 运输的安全性和效率，研究建立中段电机车运输自动监控调度系 统，实现井下电机车运输作业可视化、自动化管理。管理人员可 以通过调度管理平台，实时掌握井下各中段运输状况和电机车运 行情况，及时进行调度指挥，确保中段运输安全高效； 3 针对凡口铅锌矿井下生产任务重、原矿品位逐步降低等实 际情况，充分发挥生产调度管理作用，研究建立出矿自动计量及配矿 调度管理系统，实现井下出矿自动计量及合理配矿的调度管理，确保 入选品位保持在一个合理的区间，缓解主井提升压力，节约生产成本； 4 为加强对下井人员的安全管理，研究建立下井人员指纹识 别管理系统，及时掌握作业人员上下井情况，实现下井人员信息动态 管理和准确考勤； 5 开展井下人员定位与通讯联络系统方案设计，为井下作业 人员的指挥调度和应急救援系统的构建奠定了基础。 关键词安全生产，调度管理，自动监控，指纹识别，人员定位 亟堂僮i 金塞△垦墨卫坠￡ A B S T R A C T A c c o r d i n gt o t h es i t u a t i o no fF a n k o ul e a d - z i n cm i n es c h e d u l i n g m a n a g e m e n tp r a c t i c e a n d s a f e t yp r o d u c t i o nn e e d s ，e s t a b l i s h t h e u n d e r g r o u n ds a f e t yp r o d u c t i o n s c h e d u l i n gm a n a g e m e n ts y s t e m t o i m p r o v es i t u a t i o no fu n d e r g r o u n dm i n es a f e t yp r o d u c t i o n s c h e d u l i n g m a n a g e m e n ta n dp r o v i d es t r o n gt e c h n i c a ls u p p o r tf o rs a f e t ya n dh i g h p r o d u c t i v i t yo fm i n ep r o d u c t i o n ． T h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa lea sf o l l o w s 1 A c c o r d i n gt ot h el o r dr a m pt r a c k l e s se q u i p m e n t sr u n n i n g s i t u a t i o n ，b u i l du par a m pu n d e r g r o u n dt r a c k l e s se q u i p m e n t sa u t o m a t i c m o n i t o r i n ga n ds e c u r i t ys c h e d u l i n gs y s t e mt or e a l i z ea u t o m a t i ct r a f f i c c o n t r o la n dm a k et h ev e h i c l eo p e r a t o r si ns t r i c ta c c o r d a n c ew i t ht h e n o r m a lo r d e ro ft r a f f i cr u l e ；A n dr e a l t i m em o n i t o ra n dm a s t e rt h e d y n a m i cd i s t r i b u t i o na n dw o r ks i t u a t i o no fr a m pt r a c k l e s se q u i p m e n t st o r e a l i z et h er a m pt r a c k l e s se q u i p m e n t se f f i c i e n c ya n ds e c u r i t y ，g r e a t l y i m p r o v et h es a f e t yo p e r m i o ne f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n tl e v e l ． 2 T os o l v et h eu n d e r g r o u n dt r a n s p o r t a t i o n p r o b l e m s e ．g ． f r e q u e n tl o c o m o t i v ej a m a n di m p r o v et h es a f e t ya n dp r o d u c t i v i t yo f m i d d l el o c o m o t i v et r a n s p o r t a t i o n ，s t u d ya n de s t a b l i s ha na u t o m a t i c m o n i t o r i n gs c h e d u l i n gs y s t e mr e a l i z i n gu n d e r g r o u n de l e c t r i cl o c o m o t i v e t r a n s p o r t a t i o no p e r a t i o n sv i s u a l i z a t i o na n da u t o m a t i o nm a n a g e m e n t ．B y s c h e d u l i n gs y s t e m ，t h em a n a g e m e n tp e r s o n n e lC a no b t a i nt h es i t u a t i o no f e l e c t r i cl o c o m o t i v ew o r ka n d t r a n s p o r t a t i o nt i m e l y ，a n dt h e n d o s u p p o r t i n gm a n a g e m e n tt oe n s u r et h ee f f i c i e n tt r a n s p o r t a t i o ns a f e t y ． 3 A c c o r d i n gt o t h es i t u a t i o no fh e a v i l yp r o d u c t i o nt a s ka n d g r a d u a l l yr e d u c i n go r eg r a d e o fF a n k o ul e a d z i n cm i n e ，t a k ef u l l a d v a n t a g eo ft h er o l e o fs c h e d u l i n gm a n a g e m e n ta n db u i l du pt h e a u t o m a t i cm e a s u r i n ga n do r em a t c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hC a n o b t a i na u t o m a t i co r ed r a w i n ga n dr e a s o n a b l eo r em a t c h i n g ，e n s u r e m i l l i n gg r a d et or e m a i ni nar e a s o n a b l ei n t e r v a l ，r e l i e v et h ep r e s s u r eo f l o r dp i tl i f ta n ds a v et h ep r o d u c t i o nc o s t ． S t u d ya n ds e tu p a na u t o m a t i cm e a s u r i n ga n do r em a t c h i n g 匝螳越哒一一 △旦墨坠￡ m a n a g e m e n ts y s t e m ，i no r d e rt oa c h i e v eaf i n em a n a g e m e n to r em a t c h i n g ． e n s u r et h a tm i l l i n gg r a d et or e m a i ni nar e a s o n a b l ei n t e r v a l ，s a v et h ec o s t 一 ●● O tp r o d u c t i o n 4 T oe n h a n c es a f e t ym a n a g e m e n to f u n d e r g r o u n dm i n e r s ．s e tu pa t i n g e r p r i n tl d e n t i f i c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mt or e a l i z et h e d y n a m i c m a n a g e m e n to fp e r s o n n e li n f o r m a t i o na n da c c u r a t ea t t e n d a n c e ． 5 C a r r yo u tt h em i n e r sp o s i t i o n i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m d e s i g n ，t h e r e b yl a y i n gaf o u n d a t i o no ft h ec o n s t r u c t i o no fm i n e r s s c h e d u l i n gm a n a g e m e n ta n de m e r g e n c yr e s c u es y s t e m ． K E Y W O R D S S a f e t yp r o d u c t i o n ；S c h e d u l i n gm a n a g e m e n t ；A u t o m a t i c m o n i t o r i n g ；F i n g e r p r i n ti d e n t i f i c a t i o n ；M i n e r sp o s i t i o n i n g I I I 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 课题的由来、研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 本文研究的内容、方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．1 研究内容和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2 研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 第二章主斜坡道无轨设备运行自动监控与安全调度系统构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 2 ．1 系统工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．2 系统设计和构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．2 ．1 系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．2 后台监控⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 系统应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．1 交通管制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 ．2 车辆调度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．3 ．3 故障预警⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．3 ．4 网络监控⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．3 ．5 辅助管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 第三章中段机车运输自动监控调度管理系统构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 中段机车运输问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．2 自动指挥调度子系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 ．1 设计思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 ．2 系统原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 ．3 系统结构设计与设备配置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．2 ．4 调度指挥及管理原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．2 ．5 系统应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．3 中段运输视频监控子系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．1 系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．3 ．2 系统功能特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 3 ．3 ．3 系统构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．3 ．4 系统应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 第四章井下出矿自动计量及配矿调度管理系统构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1 出矿自动计量子系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1 ．1 出矿计量问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．1 ．2 技术原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 3 4 ．1 ．3 系统构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．1 ．4 系统应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 6 4 ．2 配矿调度管理子系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．2 ．1 矿山资源分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．2 ．2 系统设计思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 ．2 ．3 系统数据库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 ．2 ．4 出矿计划安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 4 ．2 ．5 系统主要功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 第五章下井人员指纹识别管理系统构建与应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．1 下井人员信息管理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2 系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2 ．1 技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 ．2 ．2 技术原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．2 ．3 系统技术特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 5 ．2 ．4 系统构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 5 ．3 系统应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．j ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 第六章井下人员定位与通讯方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 6 ．1 系统网络拓扑结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 6 ．1 ．1 主干网网络设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 6 ．1 ．2 中段交换机连接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 6 ．2 人员定位系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．2 ．1 系统需求分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 6 ．2 ．2 人员定位设备布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 6 ．2 ．3 系统安装位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 6 ．3 通讯联络系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 1 3 ．1 工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 6 ．3 ．2 系统组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 6 ．3 ．3 应用模式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 6 ．3 ．4 系统功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 l 6 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 第七章全文总结及工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 7 ．1 本文主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 7 ．2 下一步研究工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．j ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 攻读学位期间的主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 3 I I 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早三；百了匕 1 ．1 课题的由来、研究目的及意义 调度系统是矿山安全生产指挥中心，承担着“协调、服务、控制、指挥”等职 能，对矿山的安全生产有着举足轻重的作用。在我国几乎所有的矿山都有调度机 构设置，负责矿山安全生产的协调指挥、信息的上传下达、应急救援组织等。但 由于长期以来由于多种原因，大部分矿山投入少，自动化、信息化程度低、矿山 调度管理水平普遍不高，严重制约了矿山安全生产的发展和进步。 我国是矿难多发国家，每年发生矿难远高于世界平均水平。随着国家采取一 系列重大措施加大安全生产工作，我国采矿业安全生产状况有所好转，但形势依 然严峻。近年来，国家不断完善安全生产相关法律法规，高度重视矿山信息化、 自动化建设，提高安全生产调度管理水平。 我国同时也是资源消耗大国，随着经济的快速发展，资源需求量持续增长， 对国外资源的依赖越来越大。我国资源总量大，但是人均占有量低，矿产资源多 中小矿或贫矿，共生伴生现象普遍，可采程度差，且区域分布不均，利用程度不 高，总体上，中国矿山的管理水平较低，发展战略与体制的因素造成先进技术的 利用程度不高，大型机械设备较少，机械化、自动化程度较低，从而导致劳动生 产率不高，矿产资源开发利用效率较低。因此，提高矿山生产现代化、信息化水 平，加强生产调度管理综合技术研究对矿山的发展具有重要的意义。 凡口铅锌矿矿体厚大、品位高，是我国甚至世界上都少有的特大型铅锌矿床， 也是我国最大的铅锌生产基地，已建矿5 0 多年、投产4 0 多年，目前年采、选矿 石1 6 0 万吨，年产铅锌金属量1 8 万吨。做为一个老矿山，随着上部中段资源的 多年开采，现主要生产区域逐步往深部下移，最深近9 0 0 米。在原矿品位逐年下 降、井下开采难度越来越大的情况下，矿山面临着安全生产、成本控制等艰巨任 务。面对这些客观困难，凡口铅锌矿在大力推广台车、V C R 法等高效采矿方法、 引进遥控铲运机、遥控破碎台车等先进无轨设备的同时，有必要进一步加强井下 安全生产调度管理综合技术研究，促进生产调度管理水平提高，确保矿山安全高 效生产。 本文针对凡口铅锌矿调度管理实际和安全生产现实需求，开展井下安全生产 调度管理综合技术研究，研究建立安全与生产调度管理系统，强化安全生产协调 指挥，为矿山的安全生产和现代化建设奠定坚实的基础，具有重要的现实意义。 硕士学位论文第一章绪论 1 ．2 国内外研究现状 矿业是以自然资源为生产对象的古老产业，我国绝大多数矿山企业还处在劳 动密集型阶段，信息化程度较低。随着近年资源、环境的日益重视，如何合理利 用、高效开发有限的矿产资源成了人们关注的问题。合理利用不可再生的有限资 源实现可持续发展已成为现代矿山企业的主题。如何合理管理企业的资源储量、 合理安排生产、将有限的资源与产供销进行整体规划及协同生产，等已成为矿山 企业生产管理的重要工作；同时，矿山作为一个高危行业，如何利用现代技术服 务矿山的安全生产，如何利用先进技术、设备进行矿山现代化建设，夯实矿山安 全基础，已经成为矿山的重要研究课题。强化信息资源开发利用，加快矿山信息 化建设是实现矿山安全生产及现代化建设的必由之路。 信息化建设已成为我国的一项重要的战略国策，国家“十五规划”中明确指 出“信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业升级和实现工 业化、现代化的关键环节。要把推进国民经济和社会信息化放在优先位置。”充 分利用现代信息技术，实现矿业的安全、可持续发展，达到资源开发与环境保护 和谐统一，是“十一五”矿业发展规划要解决的重要任务之一。 矿山企业作为资源开发的主体，其信息化是矿业信息化的重要组成部分。矿 山信息化即是挖掘先进的管理理念，应用先进的信息技术去整合矿山现有的生 产、经营、设计、管理，及时地为矿业“三层决策” 战术层、战略层、决策层 系统提供准确而有效的数据信息，服务矿山安全生产、调度管理各个环节，进而 提升矿业经济核心竞争力的过程。矿山信息化不仅是矿山信息技术的延伸，更重 要的是矿业管理、组织结构、业务流程的变革和延伸【l - 1 7 】。 1 ．2 ．1 国外研究现状 在国外矿业发达国家，已开始采用计算机及相应软件开制定矿山战略规划和 制定生产计划；采用无线通讯技术、信息网络技术和相关调度管理软件来调度指 挥安全生产；不断创新，将先进技术应用于矿山生产，从无人采矿到数字矿山， 再到智能矿山。 加拿大已制订出一项拟在2 0 5 0 年实现的远景规划即将加拿大北部边远地 区的一个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机 械自动破碎和自动切割采矿；芬兰采矿工业也于1 9 9 2 年宣布了自己的智能采矿 技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应 用和自动控制等2 8 个专题等，在国外矿业发达国家，矿山信息化早已得到重视 【5 0 - 5 2 1 ． 2 硕士学位论文 第一章绪论 发达国家的矿山企业在生产、管理、经营的信息化改造上已经迈出了坚实的 步伐，从美国和澳大利亚的部分煤炭企业在矿山数字化、信息化和自动化方面的 建设可见一斑1 2 0 - 2 3 】。自2 0 世纪8 0 年代以来，他们在采掘工作面采用计算机控制 的电牵引采煤机、液压支架和刮板输送机。在主煤流运输、矿井供电、通风、排 水系统、矿井提升系统等方面，均采用计算机实现实时工况监测、故障诊断与自 动控制。生产、安全和设备的信息通过网络实时传送到地面调度中心，使得煤矿 的生产管理决策更便于优化。为减少设备及其零配件的库存量，进一步降低吨煤 成本，他们注重供应链的管理，大力推进以计算机、网络和数据库为基础的电子 供应链。面对市场竞争日益严峻，他们转为以市场的客户为中心，重视客户关系 管理，实现自动配煤，满足用户对各种不同煤质的需要，推动电子商务。在信息 化建设上先行一步的矿山企业正向管控一体化和产供销一条龙发展，实现企业整 体流程信息化[ 7 8 - 7 9 ] 。 随着现代电子通讯业的迅速发展，特别是无线通信技术的突飞猛进，发达国 家加快了矿井无线通信的发展步伐，有矿井无线通信系统主要有超低频透地通 信、中频感应通信、V H F 漏泄通信系统等。如澳大利亚开发的P E D P e r s o n a l E m e r g e n c yD e v i c e 井下无线通信与急救系统。该系统的硬件由澳大利亚矿山技术 公司 M S T 生产，系统的软件由M S T 与安菲斯公司合作开发，主要应用于井下急 救，即在紧急情况发生、其它通信方式完全中断时，通过P E D 发射系统，使其超 低频信号穿透岩层到达井下任何位置，迅速有效地与井下人员通信。南非的 R B 2 0 0 0 ，德国的F M l 3 0 ／6 0 ，法国的X ．．Y p h o n e 以及日本开发的X A 3 3 l F M X ．一1 中频感应通信系统产品用于井下救援通讯，救援时可利用该通信系统的便携特 点，将所有可用到的无线联络都整合在一个系统里，系统通信采用中频感应操作， 配置自动调谐器，可在井下恶劣环境中锁定最佳的通信波段，输出高强度信号， 确保达到理想的通信效果。漏泄通信系统主要产品有英国的9 8 6 L 、加拿大的 F L E X C O M 等，采用超高频进行无线通信，具有信道较稳定、电磁干扰较小等优 点1 3 5 - 4 9 1 。 2 0 1 0 年8 月5 日，智力阿塔卡马沙漠中的圣何赛铜矿发生塌方事故，3 3 名 矿工被困地下7 0 0 米深处。因为矿山建有完善的井下应急避难应急硐室，提供了 足够的食物等物资保障同时具有稳定高效的通信系统，保证了井下通讯的正常 运行，保证了井下情报数据能够有效地传送出去。这些为营救提供了宝贵的时问， 经过两个多月的营救方案设计、实施，3 3 名遇险矿工在井下被困6 9 天后，成功 获救，创造了矿山救援史上的一大奇迹，这些都得益于国外矿山完善的应急救援 和避险系统。 随着实时矿山测量、G P S 实时导航与遥控、G I S 管理与辅助决策和3 D G M 硕士学位论文 第一章绪论 的应用，国际上一些大型露天矿山已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划， 并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。此外，专家系统、神经网 络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、G P S 技术、并行计 算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在 智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿 山灾害遥感预报等研究领域得到应用[ 2 6 - 3 0 】。 1 ．2 ．2 国内研究现状 相对国外矿山企业，早期国内矿山企业在矿山信息化建设，特别是安全生产 调度管理系统研究建设方面投入明显不足，调度管理水平相对较低。“九五”、“十 五”期间，在全国大力推广信息技术应用的大环境下，部分矿山开始了信息化建 设。如广东省韶关市凡口铅锌矿、甘肃金川集团等大型矿山开始建立企业内部局 域网，实现企业内部信息共享，将计算机网络技术等应用到矿山安全生产和调度 管理【l3 1 。2 0 0 0 年后，在“信息化带动工业化”的大环境下，矿山信息化再一次得到 重视，许多先进技术逐步在大型矿山得到推广应用，服务于矿山安全生产和调度 管理【1 。”】，提高了矿山安全生产管理水平。有色大型矿山企业在信息化建设中， 电子信息技术应用与信息资源的开发，已逐步向集成化、综合化发展，向安全生 产调度管理系统化、自动化方向迈进[ 1 4 - 1 6 】。 二十世纪8 0 年代，一些矿山企业与科研院所、大专院校开始合作探索计算机 技术在矿山安全生产中的应用，并开发了一些应用系统软件，提高了矿山安全生 产调度管理水平。如矿山资源储量计算软件、矿井通风系统软件等，为推动我 国矿山信息化建设起到了积极的作用。九十年代后，随着国家信息化的快速发展 和市场环境的变化，矿山信息化进入快速发展阶段，围绕着如何提高矿山安全生 产调度管理水平等开展了大量的研究，并取得了丰硕的成果【2 ∞4 1 。如德兴铜矿于 1 9 9 8 年开始采用美国模块公司的D I S N T C H 系统，系统由调度中心、通信网络、 车载系统等部分组成，可对车辆的运行状态、安全状态、技术状态进行自动化统 计、分析、调度，极大地提高了矿山的生产效率和安全性[ 2 1 - 2 5 】。另外，我国许 多大型地下矿山，尤其是大型地下煤矿积极研究建立安全生产管理系统，如平煤 集团建成了煤炭行业领先的数据存储网络中心，打造了采煤、掘进、机电、运输、 通风等安全生产信息的综合集成管控平台和调度指挥中心。 我国矿山产信息化建设，虽然近几年有了较大的发展，但较之国外先进矿山 还存在着很大的差距矿山信息化应用规模小，调度管理和应急救援水平相对较 低；行业专用软件研发相对滞后，研发力量薄弱；信息化单方面深入，全面发展 少；矿山信息化标准不统一，企业之间难以进行信息共享；矿山管理模式相对落 4 硕士学位论文 第一章绪论 后，矿山信息产品通用性较差；矿山专业性软件功能单一，有关安全生产及调度 管理方面的软件缺乏等【5 6 1 ，这些都制约了我国矿山的信息化建设和安全生产调度 管理水平的进一步提高。近年来，国内相关科研院校和公司结合我国矿业信息化 发展要求和矿山安全生产实际需要，在吸收国外先进技术的基础上，进行矿业软 件开发，如由中南大学数字矿山研究中心开发的D I M I N E 数字矿山软件已达到国 际领先水平，广泛应用于矿山设计、生产管理各个环节，大大提高了矿山企业的 安全生产管理水平【1 7 】。 近几年矿山尤其是煤炭企业频繁发生重大安全生产事故，由于井下应急系统 救援不完善，给救援造成了极大的困难，给国家和人民带来巨大的生命财产损失。 因此，国务院下发了国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知国发 2 0 1 0 2 3 号文“强制推行先进适用的技术装备。煤矿、非煤矿山要制定和实施 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”的要求及确保安全生产， 充分保障职工人身安全。国家安全生产监督管理总局组织制定了金属非金属地 下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定。为贯彻落实国家相 关政策，加强矿山信息化建设，国内许多大型地下矿山如广西高峰矿业公司等纷 纷加大投入，开展“六大系统“研究和建设。很多矿山企业将各种先进技术应用于 矿山安全生产管理，开展井下人员跟踪定位系统、井下移动通讯系统、井下机车 自动指挥系统的研究和建设，通过工业以太网连接到生产调度指挥中心，形成井 下安全监管的数字化，提高安全生产调度管理水平Ⅳ‘1 0 0 】；同时，国内相关科研院 校和公司也积极投入相关技术研究和设备的开发应用，从而促进了我国矿山的信 息化建设，提高了矿山的安全生产调度管理水平[ 5 3 - 5 8 】。 随着国家对矿山安全生产的日益重视以及以计算机技术、网络技术、通信技 术为代表的信息技术飞速发展[ 1 4 - 1 6 】，我国许多大型矿山企业，结合矿山安全生产 实际需求，与科研院校合作，开展安全生产调度系统研究，构建矿山安全生产调 度管理系统，应用于矿山安全生产、调度管理各个方面，大大提高了矿山安全生 产调度管理水平，也为矿山安全生产和信息化建设打下了坚实基础，进一步促进 了我国矿业的发展。 1 ．3 本文研究的内容、方法及技术路线 1 ．3 ．1 研究内容和方法 本文针对凡1 3 铅锌矿井下安全生产调度管理现实需求，综合运用现代信息技 术，开展井下主斜坡道运输安全监控与调度、中段运输、出矿自动计量及配矿管 硕士学位论文 第一章绪论 理、下井人员指纹识别管理、井下人员定位与通讯等井下安全生产调度管理系统 研究与构建，实现井下安全和生产调度管理的自动化、信息化，提高矿山现代化 管理水平。 安全调度管理系统主要研究矿山设备和人员的管理，设备管理包括无轨设备 铲运机、汽车、台车等 ，有轨设备 中段运输电机车 的安全监控和调度管 理，确保主斜坡道、各中段运输主巷设备的安全高效运行；人员的管理包括人员 上下井的管理和井