礦井多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)研究

吳文淵

（潞安集團(tuán)漳村煤礦，山西長(zhǎng)治 046032）

0 引言

煤礦井下?lián)碛旋嫶蟮木仍到y(tǒng)，繁多的救援設(shè)備，出現(xiàn)災(zāi)情后的調(diào)度指揮過于依賴現(xiàn)場(chǎng)人員的匯報(bào)，因此導(dǎo)致救援不及時(shí)、方案不科學(xué)、施救不準(zhǔn)確，進(jìn)而對(duì)救援過程的時(shí)效性造成了極大的影響。將礦井下各個(gè)子系統(tǒng)加以融合，使其融入到一個(gè)平臺(tái)中，在產(chǎn)生災(zāi)情的時(shí)候，保護(hù)體系將自動(dòng)運(yùn)行，災(zāi)區(qū)及其周圍的相關(guān)數(shù)據(jù)都將及時(shí)傳遞到指揮人員手中，指揮人員可以基于該數(shù)據(jù)來(lái)做出精確有效的判斷，并根據(jù)災(zāi)情的特點(diǎn)來(lái)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，為作業(yè)人員提供有效的救援，保障他們的人身安全[1]。

1 煤礦井下危害因素

煤礦井下存在較多的危害因素，對(duì)工作人員的安全造成了極大的威脅，其中主要為以下幾點(diǎn)。

（1）粉塵

由于礦山壓力及地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層造成一定的影響，導(dǎo)致煤層與圍巖的縫隙之中產(chǎn)生了相應(yīng)的礦塵，并大量聚集其中。同時(shí)礦井生產(chǎn)的過程中也會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵，其中有煤塵、巖塵，若工作人員長(zhǎng)時(shí)間處于粉塵超標(biāo)的環(huán)境下將會(huì)產(chǎn)生一定的疾病[2]。

（2）毒害氣體

礦井生產(chǎn)及車輛運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣體將會(huì)導(dǎo)致空氣中存在較多的毒害氣體，如一氧化碳、甲烷、硫化氫等等，若不具備較好的通風(fēng)條件，無(wú)法及時(shí)排出毒害氣體，那么工作人員的人身安全將會(huì)受到極大的威脅，出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，甚至是死亡。

（3）惡劣環(huán)境

礦井下環(huán)境的濕度、風(fēng)速及溫差較大，導(dǎo)致作業(yè)人員容易出現(xiàn)相應(yīng)的職業(yè)病，如頸椎疾病、腰椎疾病等。

（4）噪聲污染

礦井的現(xiàn)代化生產(chǎn)中存在著較高的機(jī)械化水平，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)較大的噪聲，導(dǎo)致作業(yè)人員的聽力降低，更有甚者會(huì)出現(xiàn)耳聾、耳膜破裂的現(xiàn)象。

（5）自然災(zāi)害影響

礦井的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，存在較多難以查明的隱秘致災(zāi)因素，例如冒頂、瓦斯等等，這些因素對(duì)井下工作人員的人身安全造成了較大的威脅。

2 現(xiàn)代化礦井中各救援子系統(tǒng)

2.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的作用主要是對(duì)井下毒害氣體的濃度（硫化物、CO/CO2等）、風(fēng)壓、風(fēng)速、溫/濕度等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯風(fēng)電閉鎖控制、氣體濃度超標(biāo)聲光警報(bào)等各個(gè)功能的系統(tǒng)。

礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為井上與井下兩部分，運(yùn)用分布式總線結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成一般為傳感器、電源箱、服務(wù)器、執(zhí)行單元、主機(jī)、顯示屏幕、接線盒等等[3]。

2.2 人員定位系統(tǒng)

人員定位系統(tǒng)的地面設(shè)備主要由數(shù)據(jù)通訊接口、UPS電源、工控機(jī)等所構(gòu)成，井下設(shè)備的構(gòu)成主要為定位器、傳輸電纜、無(wú)線收發(fā)器等等。人員定位系統(tǒng)基于現(xiàn)代化的無(wú)線電編碼通信技術(shù)，并運(yùn)用該技術(shù)中的無(wú)線接發(fā)技術(shù)與信令技術(shù)，與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理及通訊技術(shù)和圖形展示技術(shù)相結(jié)合。該系統(tǒng)可以將井下各區(qū)域中各個(gè)人員及設(shè)備的工作狀況及時(shí)精確地傳輸?shù)降孛?，使管理人員可以實(shí)時(shí)掌握井下人員及設(shè)備的散布狀況及數(shù)量；系統(tǒng)可以對(duì)干部下井狀況、各個(gè)作業(yè)人員下井及出井的時(shí)間及軌跡進(jìn)行及時(shí)追蹤，以促使企業(yè)開展更科學(xué)的管理與調(diào)度。

人員定位系統(tǒng)的功能主要為定位、軌道、撤離、統(tǒng)計(jì)等等呢個(gè)。對(duì)攜卡人員下井/出井的時(shí)間、出/入重要區(qū)域的時(shí)間、出/入限定區(qū)域的時(shí)間進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)。定位功能主要是對(duì)礦井口、分岔口、變電站等各個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的信號(hào)進(jìn)行定位及覆蓋；軌跡指的是根據(jù)作業(yè)人員通過信號(hào)覆蓋區(qū)所作出的記錄形成的軌跡；在信號(hào)覆蓋區(qū)域，定位卡所發(fā)揮的功能為發(fā)出求救、接受撤退。系統(tǒng)所具有的功能主要是對(duì)攜卡人員的名字、編號(hào)、出生日期、證件信息、工作崗位、所屬班組、工作區(qū)域及每次下井的時(shí)間、頻率等進(jìn)行展示、查詢及打印；也可以對(duì)下井的人員及其數(shù)量、重要區(qū)域的人員及其數(shù)量、超員及超時(shí)的人員總數(shù)、限定區(qū)域內(nèi)報(bào)警的人員及其數(shù)量、特種人員異常工作的報(bào)警人員及其數(shù)量等加以統(tǒng)計(jì)[4]。

2.3 通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)所發(fā)揮的作用主要為實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)規(guī)模和礦局調(diào)度、高效協(xié)同等一級(jí)調(diào)度的要求，并完成強(qiáng)插、組呼、直撥等各個(gè)調(diào)度功能。大柳塔煤礦井所具有的通訊系統(tǒng)主要包含了無(wú)線/有線通信系統(tǒng)及廣播體系。有線通信系統(tǒng)指的是固定電話，通過運(yùn)用IP電話可以使礦井與地面保持有效的語(yǔ)音聯(lián)絡(luò)；無(wú)線通信體系指的是4G手機(jī)，目前我國(guó)大部分礦井都已完全覆蓋4G網(wǎng)，可以完成語(yǔ)音通話、網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)、手機(jī)監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)功能；廣播系統(tǒng)指的是礦井綜合分站語(yǔ)音廣播及順槽擴(kuò)音電話，該系統(tǒng)可以對(duì)多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行較好的融合，如人員定位、視訊監(jiān)控、廣播等等[5]。

2.4 井下避難硐室

該室主要分為兩個(gè)部分，分別為臨時(shí)和永久兩個(gè)避難硐室，主要是在礦井產(chǎn)生災(zāi)情之后為作業(yè)人員提供緊急避難場(chǎng)所，其所具備的功能主要為對(duì)毒害氣體加以處理、提供氧氣、控制溫濕度、照明、通信、生存所需的基本保障等等，確保其在不存在任何外界支撐的狀況下維持避難硐室中避險(xiǎn)人員的生存。

2.5 壓風(fēng)自救系統(tǒng)

該系統(tǒng)的構(gòu)成主要為空氣壓縮設(shè)備、礦井壓風(fēng)管道及永久式固定性自救設(shè)備，在發(fā)生事故的時(shí)候，該系統(tǒng)可以為礦井作業(yè)人員提供充足的氧氣。當(dāng)瓦斯和煤突出或者出現(xiàn)突出預(yù)兆之時(shí)，作業(yè)人員可以進(jìn)到自救設(shè)備中，啟動(dòng)壓氣閥來(lái)避開災(zāi)情。

2.6 供水施救系統(tǒng)

該系統(tǒng)指的是在避災(zāi)線路上礦井必須設(shè)置相應(yīng)的供水管道，在產(chǎn)生事故之后作業(yè)人員可以利用該系統(tǒng)來(lái)獲取潔凈的水源及由地面?zhèn)鬏斚聛?lái)的營(yíng)養(yǎng)液體[6]。

3 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)

礦井的現(xiàn)代化系統(tǒng)具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，各個(gè)系統(tǒng)所運(yùn)用的設(shè)備因廠家不同，也不具備相同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，因此導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)之間無(wú)法融合，彼此獨(dú)立，難以共享數(shù)據(jù)，形成了信息孤島。在產(chǎn)生事故的時(shí)候，救援指揮人員通常需要運(yùn)用多個(gè)軟件平臺(tái)來(lái)核對(duì)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，過于依賴現(xiàn)場(chǎng)人員的報(bào)告，導(dǎo)致救援效率不斷降低，進(jìn)而錯(cuò)過了最恰當(dāng)?shù)木仍畷r(shí)間。

多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)指的是利用相同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將救援系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)連接到同一平臺(tái)中，在產(chǎn)生災(zāi)情時(shí)可以及時(shí)調(diào)取相關(guān)區(qū)域及設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，為調(diào)度指揮人員提供可靠的依據(jù)，以提升救援工作的時(shí)效性與精確性。所融合的系統(tǒng)主要有：安全監(jiān)測(cè)體系、人員定位體系、供電體系、供排水體系等等，主要利用GIS平臺(tái)與多系統(tǒng)融合兩個(gè)板塊來(lái)完成[7]。

LCS系統(tǒng)（區(qū)域中央自動(dòng)化控制系統(tǒng)）可以將礦井中各個(gè)子系統(tǒng)（供電、供水、排水等各個(gè)子系統(tǒng)）進(jìn)行有效地融合，使其集中于一個(gè)平臺(tái)上，從而完成煤炭生產(chǎn)的一體化管理，形成專業(yè)性較強(qiáng)的調(diào)度體制，改善生產(chǎn)控制的指揮流程，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效地控制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中地管理，以實(shí)現(xiàn)信息的集成與共享。

LCS工業(yè)控制系統(tǒng)可以將供電、供排水、人員定位、通風(fēng)等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效地融合。目前，各個(gè)系統(tǒng)所屬的廠家不同，對(duì)于這個(gè)問題可以采用系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)融合的辦法，采用以XML+HTTP為基礎(chǔ)的WebServices研發(fā)平臺(tái)，通過編制相應(yīng)的協(xié)議函數(shù)來(lái)完成各個(gè)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)收集。

如圖1所示，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)可以將報(bào)警信息及該區(qū)域內(nèi)的氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾IS平臺(tái)，該平臺(tái)可以利用人員定位體系來(lái)掌握人員及車輛的相關(guān)信息，對(duì)于收集的信息，該平臺(tái)可以將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的協(xié)議，并傳送到LCS系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可以將供電體系、人員定位體系、通風(fēng)體系等各個(gè)體系加以整合，在發(fā)生事故之時(shí)調(diào)度指揮人員可以利用該系統(tǒng)來(lái)收集各個(gè)體系的信息。

圖1 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)示意圖

4 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)過程

監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)礦井下各個(gè)區(qū)域進(jìn)行24 h監(jiān)控，LCS系統(tǒng)可以對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。若礦井下某個(gè)區(qū)域存在瓦斯超標(biāo)、人員緊急撤退的問題時(shí)，應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)體系會(huì)將該區(qū)域的電源進(jìn)行切斷，避免瓦斯因電火花而出現(xiàn)爆炸，周圍作業(yè)人員會(huì)立刻聽到廣播發(fā)出的緊急撤離的訊號(hào)，同時(shí)作業(yè)人員所攜帶的智能化礦燈也會(huì)反復(fù)切換遠(yuǎn)近光，并隨著聲音發(fā)出報(bào)警信號(hào)，幫助作業(yè)人員撤離出危險(xiǎn)地帶。同時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出緊急警報(bào)，并向調(diào)度指揮人員提供精確的警報(bào)地點(diǎn)位置信息、發(fā)出警報(bào)的區(qū)域、周圍人員及車輛的信息、氣體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等等，供電、供水、排水及通風(fēng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也可被隨時(shí)調(diào)取，促使調(diào)度指揮人員及時(shí)獲取信息，掌握井下的狀況，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，保障礦井作業(yè)人員得到有效的救援保護(hù)[8]。圖2所示為多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)圖。

圖2 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代化礦井的生產(chǎn)中，所有工作人員都必須堅(jiān)持“以人為本、安全第一”的理念。礦井作業(yè)人員的人身安全與煤礦企業(yè)的發(fā)展有著直接的關(guān)系，與各個(gè)礦工家庭的穩(wěn)定生活有著密切的關(guān)系，因此，對(duì)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以有效地推動(dòng)煤礦企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。在煤礦生產(chǎn)中，應(yīng)急救援是確保作業(yè)人員人身安全的最后關(guān)卡，在礦井出現(xiàn)災(zāi)情之后可以及時(shí)準(zhǔn)確地判斷現(xiàn)場(chǎng)狀況，并開展有效的救援工作，以最大化地降低人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，將礦井中各個(gè)子系統(tǒng)融合到一個(gè)平臺(tái)中，可以極大提升救援的效率。