白皮书：矿山安全提升之路：探索提升机的功能安全、现代化及技术未来

矿山安全提升之路 探索提升机的功能安全、现代化及技术未来 引言 随着矿井开采深度不断扩大以及基础设施日渐老化，提升作业面临的安全风险变得愈加错综复杂。设备故障、监管不足以及现代化转型的紧迫性，共同构成了矿山行业持续存在的安全挑战。尤其是在矿井提升机这一关键领域，一旦发生事故，往往会造成非常严重的后果，不仅导致设备停机，还有可能危及员工生命安全。 本白皮书深 入 探 讨了矿山 提 升 安 全 领 域 的 趋 势、挑 战及创新解决方案将如何共同塑造 这一领域的未来发展方向。 白皮书将重点讨论以下话题： 矿山与提升作业中固有的安全挑战 安全基准在矿山行业中的作用 开发新的安全技术与解决方案以增强地下采矿的安全性 本白皮书还援引了ABB专家Alonso Morey和VeselinDonchev的真知灼见，重点介绍了推动上述进步的关键技术。此外，还分享了南非矿业公司De Beers利用ABB提升机解决方案实现安全和运营重大改进的成功案例。 矿山安全方面的未来新趋势，例如功能安全的重要性日益突出、安全法规的全球标准化以及网络安全。 矿井提升机所面临的安全挑战 采矿本身就蕴含风险，而提升作业则面临更加特别的挑战。一方面，其牵涉的系统复杂性、重载荷、高速度以及精密控制要求进一步加剧了设备故障和人为失误的风险。另一方面，旨在应对隐患的安全法规因司法管辖区不同而存在差异，因此也带来了需向多方监管机构证明合规性的挑战。 采 矿 事 故 会 酿 成 灾 难 性 后 果，包 括 人 员 重 伤 和 死 亡。2019年，国际劳工组织（ILO）报告称，矿业工伤死亡人数约占工作场所死亡总人数的3%，其死亡率预估比全行业平均水平高出四倍¹。虽然历史数据显示，美国采矿事故死亡率已从1970年代的每年270人大幅下降到2000年代的每年约60人²，但事故仍然会发生，通常是由于系统故障或人为失误所致。 在澳大利亚，矿山安全理念在1990年代末至2000年代初经历重大调整，在此后的十年间成果斐然—2003年，每10万名矿工中就有12.4人死于工伤；而十年后，这一数字下降到了3.4人³。采矿业内人士认为，矿山安全仍然任重而道远：ABB最新行业调查报告显示，在接受调研的矿业专家中，48%将安全列为其首要关注重点。⁴ ABB矿井提升机安全技术产品经理Alonso Morey这样描述矿山和矿井提升机在安全方面所面临的多重挑战：“事故防范和人员安全是重中之重，但这不仅仅是保护工人免受机械或电气系统故障伤害，”他表示，“停机 和维护不善会带来持续的风险，尤其是在未全面普及预测性 维护的情况下。许多矿井的老旧基础设施仍在运作，因此，设备现代化对于预防灾难性故障发生至关重要。同时，从提升机到竖井闸门，整个矿山基础设施必须全面严格落实安全制度，才能确保系统安全无纰漏。” “随着劳动力老龄化，从业人员对日益陈旧的矿场的熟悉程度和认知逐渐弱化；随着资深员工陆续退休，经验知识也会渐渐流失。正因如此，建立可靠稳健的安全体系来抵御这种与日俱增的风险就显得格外重要。 2013年3.42003年每10万名矿工的遇难人数12.4 提升行业安全标准 行业视角 Björn Jonsson，ABB矿产及材料处理业务全球负责人 Cesar CorralGrupo Mexico仪器设备经理 ABB在提升安全乃至更广泛的矿山安全领域的领导地位源自其130多年的持续技术创新，以及致力于保护人员安全与基础设施的企业文化。 对于Grupo Mexico来说，提升机是矿石开采和人员运输的核心设备。然而，安全始终是重中之重，尤其是紧急情况下的人员安全风险。Cesar Corral表示：“我们面临的主要挑战之一，是如何确保人员在提升设备中移动时的安全。凭借ABB的重力卷绕解决方案，即使在断电期间我们仍能安全松闸并降下人员—这种能力极具价值。” “ 地下采 矿安 全，尤 其 是 提 升 作业的安 全 性不 容妥协，因为这些系统是保护员工生命和设备安全的 基 石，”A B B矿 产及材 料 处 理 业 务 全 球 负 责 人Björn Jonsson表示，“ABB致力于推动安全技术发展，通过在解决方案中集成严格的防范措施来设定行业标准，确保矿山不仅高效运营，而且还明确聚焦员工的安全保障。” Levi DobbinsGlencore电气项目工程师 来自Glencore的Levi Dobbins强调了自动化在改善提升机安全性和可靠性方面的作用。“在将X41矿井提升机转换为远程控制系统等关键项目中，ABB的AC800M控制器发挥了核心作用，优化数据访问的同时还可增强安全电路扩展。在X41提升机上实施SIL 3安全系统对于管控运行风险和保障作业可靠性至关重要，有助于直接提升采矿效率。” 从 闸 控 系 统 和 速 度 控 制 的 早 期 创 新 ，到 近 期Safety Plus安全套件所取得的重大突破—全球首个获得SIL 3安全等级认证的矿井提升机解决方案，ABB不止步于遵循行业标准，更持续引领标准制定。 作为业内唯一一家提供全集成提升解决方案的原始设备制造商（OEM），ABB占据独特的市场地位，从电气系统到机械设备均采用自主设计，从而尽可能地降低风险，同时实现可靠性与性能的优化。 Fernando SanchezEuromines环境健康与安全官 来 自E u r o m i n e s（欧 洲 矿 业 协 会）的F e r n a n d oSanchez强调了安全文化的更广泛影响力：“强大的安全文化能够最大限度降低风险并提升采矿业的行业形象。采矿业充分展现安全性和技术先进性，也将会吸引更多的年轻人才加入，从而表明这是一个兼具责任感与发展潜力的行业。” ABB矿井提升安全解决方案体系 采矿作业安全不仅仅是达标项，它是成功运营的基石。ABB矿井提升安全解决方案体系通过整合强大的安全措施、预测性维护和先进的控制技术来应对基础设施老化、计划外停机和现代化矿井复杂性所带来的安全风险。 该体系涵盖贯穿提升设备全生命周期的功能安全咨询，从初始风险评估到持续的安全审计，提供专业的技术支持。 ABB Ability™ Safety Plus安全增强型提升系统 作为首个完全通过SIL 3安全等级认证的提升机解决方案，ABB Ability Safety Plus安全增强型提升系统帮助矿井采取主动措施，保护员工免受灾难性故障的影响。关键系统包括用于探测危险的Safety Plus提升机监测系统（SPHM）、确保安全停止的Safety Plus制动系统（SPBS）以及监测整个矿井基础设施的Safety Plus提升机保护系统（SPHP）。这些系统具有便捷的改造适应性，能够升级改造旧基础设施以满足现代安全标准。 ABB Ability™ Smart Hoisting智能提升系统 地下采矿作业中的停 机会导致生产中断并危及安全。ABB Ability智能提升系统通过预测性维护工具来尽可能地减少中断，持续监测提升设备性能以预防故障，并确保采取主动性维护模式。 ABB Ability™ NGX提升控制系统 传统的提升系统可能增加采矿作业风险。ABB NGX提升控制系统提供先进、智能的解决方案，可实现无缝升级，无需安装新配置即可提高性能和安全性。 ABB Care提升设备专业维保服务 为最大限度增强安全性和可靠性，ABB Care提供定制化的提升设备维保方案，并配合使用预防性和预测性维护机制。借助数字化状态检测技术，可主动管理设备健康状态，从而降低运营成本并延长提升设备使用寿命。 案例分享 助力Venetia矿山安全性提升至新高度 De Beers集团的Venetia矿山是南非最大的钻石生产基地，该矿山正在从露天开采过渡到地下作业，这一转变有望将矿山的寿命延长至2040年代中期。作为Venetia矿山过渡期的关键合作伙伴，ABB为新的地下矿井提供了两台主井提升机和两台副井提升机，以及运行所需的电机、传动、开关设备和自动化系统。 该项目的一个重要里程碑是实现了百万小时无事故记录。“人员安全与运营安全是我们的首要考量，”De Beers总工程主管Lukas Malatji表示，“ABB在项目中所展示的专业水平与严格标准让我们印象深刻。” ABB过程工业工程负责人Gavin Nebrigic强调：“安全始终是我们运营的核心准则。通过与De Beers合作，我们将行业安全标准提升到新的高度。今天所设立的标准，正是明天我们要超越的目标。” 该项目的核心是ABB Ability™ Safety Plus安全增强型提升系统解决方案—全球首个获得SIL 3安全等级认证的矿井提升技术。其中包括采用电气和液压一体化设计、可确保快速可靠制动效果的Safety Plus制动系统，以及能够为整个提升设施提供SIL等级保护功能的Safety Plus提升机保护系统。该系统涵盖提升机房、井架和竖井等关键区域的远程紧急停止功能，提供全面的安全保障。 A BB于2014年开 始 参 与Venetia项目，当前阶段 始 于2018年。截至目前，ABB已圆满完成全部四套提升系统的安装调试工作。 提升设备的安全未来 矿井提升设备安全的未来发展趋势正日益受到三大因素的深刻影响：技术进步、日新月异的监管体系以及安全不能局限于简单合规的观念。来自ABB的专家Alonso Morey和Veselin Donchev共同强调，创新、功能安全和网络安全是推动提升系统安全发展的关键主题，同时全球标准化在许多地区仍有待完善。 网络安全 功能安全 矿井 提升机领域最关键的 新兴 趋势之一是“功能安全”概念的兴起。功能安全最初是为核能等行业的应用而开发，对于矿井提升领域来说还是一个相对较新的概念。正如Morey所解释：“自90年代以来，功能安全一直是工业自动化系统的组成部分，但直到近年来，矿井提升机才开始采用这些标准。2005年，澳大利亚成为全球首个实施功能安全要求的国家，瑞典则于2015年紧随其后。尽管取得了这些进展，但许多地区的监管要求并未与时俱进，通常完全未提及功能安全。” 随着提升设备日益紧密地接入更广泛的运营网络，网络安全成为了一个全新的挑战。Donchev指出，提升设备已经不再是孤立于IT系统之外的“黑匣子”。“由于提升机如今已联网运行，暴露于潜在的网络威胁之下，网络安全至关重要，”他解释道，“随着矿山采用远程监测和智能化系统，保护这些连接免受网络攻击已成为首要任务。ABB已将先进的网络安全防护技术集成至提升解决方案中以抵御变幻莫测的网络威胁。” 功能安全主要在应对控制系统相关的特定风险中发挥作用，能够规避系统故障引发的危害，并使用客观工具量化风险缓解的效果。在实践中，它可以确保矿井提升机即使在发生故障时也能在安全参数范围内运行。与仅侧重于物理防护和人际沟通的传统安全措施相比，这是一个重大飞跃。Morey指出，ABB的Safety Plus安全增强套件是全球首个完全通过SIL 3安全等级认证的矿井提升机安全解决方案，树立了全球安全标杆。“尚未有其他原始设备制造商（OEM）或系统集成商拥有矿井提升机的第三方SIL 3认证，”Morey补充道。 监管体系 矿井提升设备的监管体系仍呈碎片化状态。尽管澳大利亚和瑞典率先采用了功能安全标准，但许多国家和地区仍然进展迟缓。“在不少地区，现行的监管法规可追溯至90年代，早于功能安全标准，”Morey表示。这种不一致导致了全球范围内的安全实践参次不齐。不过，大型矿业公司正在其全球运营中实施统一且严格的安全规程，而非参照当地监管要求，以此来推动标准化进程。 远程技术 设定安全基准 除功能安全和网络安全之外，远程技术也正在改变提升设备安全管理方式。ABB正携手技术伙伴，合作开发采用激光技术远程检测矿井的工具，从而减少人工检测的需求。“这不仅降低了派 遣人员前往危险区域的相关风险，还提高了检测结果的准确性，”Donchev表示。诸如此类的创新有