安全评价方法与采矿可视化技术的研究综述

摘 要 本文在矿山安全数字化建设的基礎上，结合系统安全评价方法及其制定原则，针对采矿工程技术的过程中存在的问题，深入分析安全评价方法与采矿可视化技术，并且将三维可视化技术引入到安全评价科学技术中，以期对地质环境危险程度的评价更加科学，希望能够通过本文的研究为相关工作人员提供参考。

关键词 采矿 安全评价 可视化技术

中图分类号：TD821 文献标识码：A

0引言

由于采矿工作面临的地质环境复杂，采用传统的方法难以全面、准确的掌握开采过程中的不安全因素和重大危险源，不能客观地评价矿体开采的安全性，更不能采取具有针对性的安全防范措施。借助计算机多媒体技术的发展，采矿工程技术人员可以实现由研究过程向可视化的分析研究过程的转变。

1系统安全评价研究与应用现状

系统安全评价方法从定性方法到定量方法，再到模糊评价方法，灰色综合评价，经历了一个由粗放到精细的演变过程。在系统分析方法的研究中，如今世界上系统安全分析方法已有数十种，其中广泛采用的方法有安全检查表（SCL）、事故树分析（FTA）、故障类型影响分析（FMEA）、事件树分析（ETA）、危险与可操作性研究（HAZOP）、预先危险性分析（PHA）、作业条件危险性评价（LEC）等。在系统安全评价的研究中，比较成功的是美国道化学公司（DOW）和英国帝国化学公司（ICI）的火灾、爆炸、毒性指数的安全评价方法。

近十多年来，矿业在安全评价领域引入数学方法和计算机技术，使得矿山安全评价得到进一步的发展。以模糊数学为基础的安全评价方法的提出，拓展了原有系统评价方法的种类，我国矿山中已展开的研究方法有模糊综合评判方法、灰色预测综合评价方法、矿山工程安全评价法等，使以计算机程序设计、人工神经网络技术、三维可视化技术为基础的安全评价得到了一定的发展。

1.1系统安全评价方法及对比

目前常见的系统安全评价方法有：危险及可操作性研究、假定分析法、故障数法、检查表、爆炸危险指数评价法、定量风险评价等。将上述几种评价方法进行对比，经过分析可以发现，这些方法具有以下特点：第一，系统安全评价方法基本上都属于定性分析方法，而其中的故障树法、道化学指数法及定量风险评价方法则既可以进行定性分析，又可以进行定量分析；第二，在诸多安全评价方法中，只有安全检查表法是不能对事故的后果和事故的发生频率进行判断的；第三，系统安全评价方法中，大多是需要投入较多的人力、资金和时间的。例如，其中的定量风险评价就需要投入更多的时间和资金，但同时，这种评价方法又具有全面性和综合性的优点，对解决出现的安全事故和进行可靠的风险评价具有较为明显的效果。

1.2制定系统安全评价方法的原则

系统安全评价方法的制定需要以下原则：第一，合理性：合理性及最优性，指在能够有效的得出评价结果的基础上，选出所用时间最少，操作最简单，对人员要求最低的方法；第二，针对性：一方面指所选的安全评价方法可以有效全面地针对某一领域进行评价；另一方面指所选择的安全评价方法应该能够提供所需的结果；第三，适应性：各个子系统要根据其使用范围和特点来选择安全评价方法，要求子系统的评价系统互相适应，并能够跟整个系统完美的进行配合；第四，充分性：充分性指的是在进行系统安全评价之前要做好充分的准备，了解所需要进行评价领域的专业知识，各种安全评价方法的含义、过程、可操作性及优缺点；第五，系统性：各个子系统的评价数据和资料要进行系统性的管理，形成一个和谐的整体。

2采矿可视化技术研究与应用

近十年来，计算机仿真模拟技术在矿山领域开始大量研究和应用，推动了新时代可视化技术的应用。其中，虚拟仿真技术在矿山安全工程方面取得了大量研究成果。国外学者开发出逼真的、人机交互式的、三维的、动态的矿业空间环境，可实现采矿作业的动态风险评价、安全培训、实时监控等。

3采矿可视化技术在矿山安全领域的研究与应用

近二十多年来，计算机辅助建模技术在国内安全科学技术领域已有大量研究和应用，用以加强安全生产监控，以达到减少安全事故的目的。大量学者和科研机构对生产过程控制与调度，生产安全方面的技术进行广泛研究，自主开发出适合我国矿山情况的数字矿山整体控制系统。研究成果显著的研究机构有中南大学数字矿山研究中心，其开发的DIMINE数字采矿软件系统平台和矿山三维调度指挥系统，以“防患于未然”为原则，成功建立了安全避险“六大系统”，包括综合通讯控制平台、人员定位系统、通讯联络系统、监测监控系统、视频监控系统、综合软件平台。与此同时，普渡大学智能过程系统实验室开发完成了HAZOP Expert软件，经过在多项石油化工装置安全评价中应用，以及与人工评价结果对照，表明自动评价比较简单、易行，其评价思路与人工评价具有很好的一致性，不但效率高、速度快，而且评价结论的完备性更好。

3.1采矿研究中的问题

矿产开采主要是在地下进行工作，并且在开采过程中，涉及的环节较多。相关的工程技术人员在实际的矿产开采的过程中，会遇到各种各样的问题，为了更好的解决这些问题，就需要工作人员准确的把握井下系统的巷道空间位置关系。目前我国的采矿工程中所使用的设备很少有三维立体矿井巷道系统模型，工作人员只有发挥自身的空间思维想象能力去估算巷道的三维位置。 （下转第271页）（上接第259页）

3.2计算机辅助设计的可视化技术在矿山安全领域的应用

当前，计算机辅助设计技术正在逐渐向三维立体和可视化的方向发展，并且在采矿工程中，该技术仍然有很大的发展和应用空间。目前，在采矿中使用较为广泛的辅助计算机软件有Auto计算机辅助设计软件，借助该软件可以较为系统的、高效的绘制出三维立体矿井巷道布置系统模型，有利于实现可视化的目的，进而为更好的解决各项问题提供指导。巷道空间呈现交錯状态，使得工程技术人员不能很准确的确定井下系统的巷道空间位置。计算机辅助设计的可视化技术应用，可以使矿井巷道的分布更加清晰、可辨，具有非常好的可视化效果，可以让技术人员对矿井的三维结构有更深刻的了解，以便在构建三维模型的过程中探寻更多解决问题的办法。同时，采矿工程的相关技术人员也可以更快速的掌握三维矿山系统的组成结构，最终达到提高采矿工程生产效率的目的。

3.3数值模拟的可视化技术在矿山安全领域的应用

通常情况下，在解决矿山压力、岩层控制等问题的时候，需要进行全面的分析，构建相应的三维动态空间，这样才可以更好的对采矿工程中可能出现的各种影响因素进行全面的分析。在采矿工程中，借助数值模拟的可视化技术，能够直接模拟各种情况，并且能够是实现对矿山的压力变化情况、不同部分的变形等情况的清晰显示。例如：在采矿过程中，顶板岩层受力变形过程的数值模拟，上部为边界，根据各层分布情况和深度来施加相同的重力，两边分别为支边，下边为固定点，以保持水平方向的平稳。数值模拟的可视化技术应用，可以有效与其它可视化技术相结合，是我国采矿业可持续发展的重要支持。工作技术人员到矿井现场实习，所看到的情况只是静态现象，只能从理论上或者资料上去进行空间想象，这样会存在一些弊端。在解决该方面的问题时，数值模拟计算方法就具有其独一无二的优势，并且数值模拟计算方法的发展也越来越受到采矿工程的重视，逐渐的被采矿工程所引用。

4结语

随着信息技术和计算机技术的发展，仿真技术在矿山安全评价、安全监测、安全控制与安全训练等多领域多层面，正在或即将发挥着越来越大的作用。在日常工作中，要坚持安全评价方法的制定原则，提高安全评价方法的准确性。与此同时，可视化技术在采矿工程中的应用会越来越多，而且会出现更加先进的技术，这就可以更好的提高采矿工程的整体生产效率及其安全稳定性。

参考文献

[1] 张丕洪，马天勇.安全评价方法与采矿可视化技术的研究综述[J].科技风，2017（06）：144.

[2] 王建红.可视化技术在采矿工程中的应用研究[J].科技展望，2015（15）：136.