可視化技術在煤礦安全培訓中的應用

摘 要:安全生產是煤礦生產永恒的主題，提高煤礦從業人員的專業水平和技能是安全培訓工作的重點之一，提高安全培訓的質量能有效減少煤礦安全事故的發生，將計算機可視化技術運用到安全培訓工作中來，能有效的提高培訓效果，減少煤礦安全事故的發生。

關鍵詞：可視化技術；安全培訓；煤礦

中圖分類號：F530.69 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4117（2011）10-0385-02

引言：近年來煤礦安全事故頻繁發生，煤礦安全事故危害了人民群眾的生命和財產安全，對社會的和諧安定具有一定的負面影響，這也是和“以人為本”的科學發展觀相矛盾的。大量事故的調查分析結果表明，煤礦多數從業人員專業知識水平較差以至缺乏應有的安全生產習慣是造成事故的一個重要原因。也就是說由于礦工專業知識不足，對礦井生產現象及其基本規律缺乏必要的了解，造成工作中蠻干或疏忽大意，會導致發生較為嚴重的安全事故。

一、煤礦安全培訓的重要作用

安全為天是煤礦生產永恒的主題，“以人為本”在煤炭產業中最基本的表現就是把礦工的生命安全和健康放在第一位。因此，加強職業知識和技能的培訓也是煤礦安全培訓工作的重要組成部分，提高煤礦從業人員的素質和水平，是扼制煤礦安全事故的有效途徑。

國家非常重視煤礦安全培訓工作，特別制訂了煤礦安全培訓法規標準，組建了各級煤礦安全培訓機構。截至2007年6月，全國已建立煤礦安全培訓機構1397家，其中，取得一級資質8家，二級資質51 家，三級資質555家，四級資質783家。

安全培訓制度的建立，為煤礦安全生產形勢持續穩定好轉發揮了重要作用。近年來，煤礦安全生產形勢逐年穩定好轉，煤礦事故起數和死亡人數逐年下降，煤礦百萬噸死亡率逐年下降，見下表1。

表1 近年全國煤礦事故、死亡人數及百萬噸死亡率情況表

二、CAD的可視化技術在培訓中的應用

（一）培訓工作存在的問題

目前較多的國有重點煤礦企業自身建立起三、四級煤礦安全機構，可以對本礦職工進行崗前培訓和安全培訓。提高工人的專業知識和技能，使工人在做好本職工作的同時對煤礦生產現象和本質規律有初步的了解是培訓工作的一個重要的任務。如何提高職工的學習效果，最大程度的提高工人的專業知識水平是培訓工作的重點之一。

采礦工程是一個復雜的大系統工程，它的特點是地下作業，生產步驟和環節多、工序復雜。井下采礦工程生產系統包括掘進、提升、通風、排水、動力供應等系統，巷道空間交錯復雜，這相對于對于剛剛參加工作或者知識程度較低的礦工來說學習起來較為困難。

（二）可視化技術在培訓中的應用

結合筆者自身參加崗前培訓和安全培訓的切身經歷，為了使培訓學員能夠更好的理解煤礦井下巷道系統，在培訓中可使用計算機輔助設計（CAD）的可視化技術繪制三維礦井模型作為教學模型。

可以CAD軟件的三維建模技術繪制三維立體礦井巷道布置系統模型，達到教學模型數字化、可視化的目的。通過建立教學模型，使學員能夠快速的理解和掌握所學知識，對礦井生產系統有形象深刻的認識，為工作中能安全生產奠定堅實的基礎。圖1、2是使用AutoCAD軟件建立的兩個三維教學模型，在培訓教學工作中取得較好的效果。CAD的可視化技術在煤礦培訓工作中具有一定的推廣價值，該方法在不用增加培訓投資的基礎上，能較好的提高培訓效果。

三、數值模擬的可視化教學方法

（一）培訓教學可視化的意義

對技術人員的培訓，不但要使他們清楚的了解煤礦井下發生的各種現象，還要讓他們清楚現象發生的原因和過程，以便能夠掌握解決問題的方法。礦井現場看到的礦壓現象僅僅是靜態的局部現象，如巷道的支護物破壞或失效、巷道的明顯變形、采場頂板的冒頂、煤壁的片幫等。采場或巷道周圍的應力是看不見的，對學員理解礦壓理論及培養解決實際問題的能力形成了障礙。針對上述問題，數值計算方法擁有得天獨厚的優勢。因而數值計算方法的發展引起采礦界的重視，并逐步引入作為計算礦山壓力的方法，在礦山壓力及其控制中發揮越來越重要的作用。

（二）數值模擬程序簡介

RFPA2D是一個能模擬巖石裂紋萌生，擴展直至斷裂全過程的數值分析軟件，基于連續介質力學和損傷介質力學原理，具有應力分析和破壞分析兩方面的功能。RFPA2D系統能對采動影響下巖體破裂與巖層移動過程進行較為系統的數值試驗研究。該軟件學習起來較為容易，而且無須掌握專門的計算機語言便可熟練操作，軟件界面友好，適合稍有專業基礎的人員使用，教學版的軟件下載便可使用。

（三）可視化教學實例

模型可以模擬計算工作面的開挖過程，模擬老頂初次來壓和周期來壓時煤壁前后方支承壓力變化范圍。

并對進算結果進行分析，可得出頂板巖層隨煤層開采出現的離層、垮落過程及其對應的受力狀況，如圖3所示。該實例可用于課堂教學的講解，使培訓學員了解老頂周期來壓現象，以及在工作面回采巷道進行超前加強支護的必要性，對周期來壓期間的安全生產有重要的啟發引導作用。

圖3 采煤工作面老頂周期來壓垂直應力分布

結束語：煤礦安全培訓是一項長期的、必須的工程，是提高煤礦安全水平的重要保障，因此提高煤礦從業人員的專業知識水平和技能，是提高安全培訓的效果的有力保證，將計算機可視化技術運用到安全培訓工作中來，能有效的提高培訓效果，減少煤礦安全事故的發生。

作者單位：濟源鶴濟磨莊煤業有限公司

作者簡介：譚宏鵬（1975— ），男，漢族，鶴濟磨莊煤業，助理工程師，本科學歷，學士學位。