我國(guó)礦山救援裝備配備與發(fā)展方向

文·圖/張廣勛 邵毅敏 葛亮 劉林 唐彥昌 侯志華

我國(guó)礦山救援裝備配備與發(fā)展方向

文·圖/張廣勛 邵毅敏 葛亮 劉林 唐彥昌 侯志華

針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有礦山應(yīng)急救援裝備配備的現(xiàn)狀分析，提出了其在實(shí)際應(yīng)用中的問題和發(fā)展方向，并介紹了近年來(lái)的創(chuàng)新性研究成果，為進(jìn)一步加強(qiáng)我國(guó)礦山事故的應(yīng)急救援能力提供參考。

近年來(lái)，隨著各級(jí)礦山應(yīng)急救援隊(duì)的大力建設(shè)，帶動(dòng)應(yīng)急救援裝備研發(fā)和生產(chǎn)制造企業(yè)加大了投入和研發(fā)力度，我國(guó)的應(yīng)急救援技術(shù)裝備性能有了很大的提高，已擁有一大批高精尖礦山應(yīng)急救援裝備。但在事故救援過程中暴露出，還有不少困擾應(yīng)急救援實(shí)施的技術(shù)裝備難點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)沒有攻克，其成套性、適應(yīng)性方面還有所欠缺，救援效果離要求還有一定差距，特別是在處理重特大、復(fù)雜礦山事故災(zāi)害時(shí)，難以迅速控制災(zāi)情。

現(xiàn)狀與問題

礦山事故往往具有突發(fā)性、復(fù)雜性、多變性和復(fù)合性等特點(diǎn)，從救援隊(duì)伍接警后攜裝備奔赴事故現(xiàn)場(chǎng)開始，經(jīng)災(zāi)區(qū)環(huán)境偵查、指揮決策、方案制定、人員搜救、災(zāi)情處置等多個(gè)環(huán)節(jié)，均需要救援裝備作為技術(shù)支撐的手段。針對(duì)災(zāi)害的類型、特點(diǎn)和井下災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，快速對(duì)不同用途的救援裝備進(jìn)行有機(jī)結(jié)合和合理利用，是救援成功的關(guān)鍵，核心是構(gòu)建救援裝備系統(tǒng)（見圖1），發(fā)揮其成套性優(yōu)勢(shì)。

圖1 礦山主要應(yīng)急救援裝備系統(tǒng)構(gòu)成

我國(guó)礦山應(yīng)急救援缺乏先進(jìn)的專用成套救援裝備，往往采用普通生產(chǎn)設(shè)備替代，且沒有形成較為完備的標(biāo)準(zhǔn)體系，許多救援裝備配套的附屬設(shè)備如動(dòng)力接口、插件等由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范，互換性、通用性及成套性不佳，同時(shí)缺乏相應(yīng)的安全可靠性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。目前眾多礦山救護(hù)隊(duì)所配裝備已嚴(yán)重老化，存在安全隱患。

水災(zāi)事故救援裝備問題

缺乏大流量、高揚(yáng)程和處理含泥、含沙突水事故的潛水泵及輕型管道，普遍存在體積大、粗、重，機(jī)動(dòng)性、成套性差等問題。水泵及排水管、電纜等配件分散存儲(chǔ)，緊急出動(dòng)時(shí)所需的輔助裝卸、吊掛設(shè)備多，且無(wú)可替代。以法蘭對(duì)接、螺栓緊固方式連管及下管操作的快速接頭，現(xiàn)場(chǎng)安裝耗時(shí)長(zhǎng)。

火災(zāi)事故救援裝備問題

礦井火災(zāi)一般采用注入氮和二氧化碳等惰性氣體加以控制的措施。二氧化碳發(fā)生器需原料化學(xué)反應(yīng)，危險(xiǎn)性較高，產(chǎn)氣速度慢；燃油惰氣滅火裝置混合氣體出口溫度高，不利于火區(qū)降溫，且出口一氧化碳超標(biāo)，易造成人員中毒；制氮機(jī)產(chǎn)氣純度低，其氧含量高于標(biāo)準(zhǔn)要求。而將存儲(chǔ)的液態(tài)二氧化碳直接用于滅火的技術(shù)雖然優(yōu)于前者，但其裝備安全防護(hù)和防冰堵技術(shù)有待提高。火區(qū)封堵用快速密閉裝備漏風(fēng)量大，密閉墻砌筑工作繁瑣，啟封時(shí)安全性難以保證，而氣囊式密閉雖建造時(shí)間短，漏風(fēng)率低，但需根據(jù)巷道斷面規(guī)格進(jìn)行定制。

瓦斯、煤塵爆炸事故救援裝備問題

常用于對(duì)爆炸危險(xiǎn)性分析判斷的氣體爆炸三角形測(cè)定儀，對(duì)環(huán)境中各氣體組分的濃度值測(cè)量不夠準(zhǔn)確，而具備高精度化驗(yàn)分析能力的氣相色譜儀非防爆設(shè)計(jì)，不適用于井下災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于深部隱蔽火源及其溫度的勘察，常規(guī)配備的紅外線探測(cè)儀僅能對(duì)巷道壁和煤層等外表面溫度進(jìn)行快速探測(cè)。

頂板事故救援裝備問題

現(xiàn)有破拆與支護(hù)成套設(shè)備中缺乏氣動(dòng)救援工具及特種鋼剪切鉗，且未對(duì)材料進(jìn)行摩擦火花、抗靜電阻燃等針對(duì)性研究，井下應(yīng)急處置過程中使用存在安全隱患。在大孔徑地面鉆孔救生技術(shù)方面，先導(dǎo)孔構(gòu)建后難以準(zhǔn)確獲取井下環(huán)境信息。

尾礦庫(kù)事故救援裝備問題

在尾礦庫(kù)事故救援中，減少人員傷亡的關(guān)鍵步驟就是快速搶排洪水和泥石流，挖開被淹埋的建筑，現(xiàn)主要借助工程機(jī)械而缺乏專用的災(zāi)后快速清淤、挖掘等大型裝備。尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)災(zāi)后傳感器往往受到破壞，并且大量監(jiān)測(cè)依靠人工采集，效率低、誤差大，其適應(yīng)性尚待提高。

應(yīng)急通信與指揮裝備問題

現(xiàn)有通信設(shè)備只能滿足現(xiàn)場(chǎng)救援人員與井下、井上指揮部的語(yǔ)音交流需要，井下遠(yuǎn)距離多媒體信息通信困難、效果不佳，通信系統(tǒng)與偵測(cè)設(shè)備之間通聯(lián)不暢，無(wú)法將現(xiàn)場(chǎng)綜合信息快速上傳供救援指揮與決策用，且未明確統(tǒng)一的礦山應(yīng)急救援通訊標(biāo)準(zhǔn)及模式。

災(zāi)區(qū)偵察裝備問題

氣體濃度檢測(cè)儀表性能不可靠，災(zāi)區(qū)物探裝備測(cè)量范圍有限，而災(zāi)區(qū)智能偵測(cè)裝備還存在技術(shù)瓶頸，人員搜尋裝備成功率也有待提高。

個(gè)人防護(hù)裝備問題

呼吸器面罩易起霧，影響視線，與通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)不配套，佩戴后語(yǔ)音交流不便，且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，部件不能互換。

培訓(xùn)演練裝備問題

高溫濃煙演習(xí)巷道訓(xùn)練科目單一，實(shí)訓(xùn)演練系統(tǒng)模擬巷道仿真度不足，且缺少對(duì)巷道災(zāi)害模擬種類及訓(xùn)練科目的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)與裝備的發(fā)展方向

當(dāng)前，亟需加速構(gòu)建災(zāi)害條件下礦井復(fù)雜的環(huán)境，如礦山井下爆炸后火災(zāi)災(zāi)害、頂板跨塌模態(tài)等，開展災(zāi)變條件下的救援裝備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高應(yīng)力、大變形、非連續(xù)變形、非彈性變形以及大型裝備實(shí)際運(yùn)行所必須的備品備件、配套件配置等基礎(chǔ)研究，同時(shí)解決災(zāi)變環(huán)境條件下的信息檢測(cè)、傳輸以及應(yīng)急處置等技術(shù)難題，制定相關(guān)的試驗(yàn)方法與檢驗(yàn)規(guī)則，并探討各種多種救災(zāi)裝備之間的相互聯(lián)系。

水災(zāi)事故救援裝備

研制大功率“下泵上電機(jī)”礦用潛水泵，部分取代傳統(tǒng)臥式離心泵用于礦井正常生產(chǎn)和搶險(xiǎn)排水，還可采用多臺(tái)串聯(lián)的方法構(gòu)建大型特深豎井搶險(xiǎn)排水工程。開發(fā)超高強(qiáng)度復(fù)合塑料水管及快速接管器，減輕整體快速吊裝的重量。設(shè)計(jì)開發(fā)出新一代集排水泵、接力泵、排水管道、電控設(shè)備、吊掛設(shè)備、運(yùn)輸?shù)妆P于一體，并能快速、連續(xù)完成排水事故救援整套應(yīng)急處置流程的450 m以上多功能車載式一體化快速應(yīng)急排水裝備。

火災(zāi)事故救援裝備

基于氣囊式密閉原理，采用遠(yuǎn)程控制技術(shù)和主氣囊與輔助氣囊結(jié)合的工藝方式，研究與開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、抗壓性能高、密閉性和耐溫性好、施工快速、操作安全、方便攜帶的新型快速封閉裝備。針對(duì)液態(tài)二氧化碳保溫存儲(chǔ)罐在快速排液過程中的欠壓冰堵問題，需要單獨(dú)配置多種操作模式的增壓調(diào)控系統(tǒng)及其防護(hù)殼體，并進(jìn)行安全可靠性試驗(yàn)分析。

瓦斯、煤塵爆炸事故救援裝備

采用對(duì)微型檢測(cè)器小型化，數(shù)據(jù)采集及控制電路分流和優(yōu)化等方法，以降低功耗、電流、電感，解決便攜式氣相色譜儀本安防爆改裝問題。通過對(duì)煤體表面紅外圖像、表面輻射溫度的變化，不同熱源溫度情況下被測(cè)區(qū)域的紅外圖像和表面輻射溫度等進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，提升深部熱源探測(cè)技術(shù)水平。

頂板事故救援裝備

研制能適用于礦井下災(zāi)變環(huán)境中使用，支撐高度范圍大的可調(diào)支護(hù)套裝、起重氣墊及具備剪切、擴(kuò)張、牽拉、破碎、鑿巖等功能的井下快速成套支護(hù)與破拆裝備，實(shí)現(xiàn)救援通道安全快速的建立。

尾礦庫(kù)事故救援裝備

研制尾礦庫(kù)事故專用清淤機(jī)和適應(yīng)在惡劣環(huán)境下使用的挖掘機(jī)，縮短清淤工作的時(shí)間，并可快速開挖引排水渠。加強(qiáng)在災(zāi)變時(shí)原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遭到破壞的情況下快速安裝使用，不受環(huán)境因素影響，能及時(shí)將分析結(jié)果傳輸以供決策參考的合成孔徑雷達(dá)遠(yuǎn)程探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

應(yīng)急通信與指揮裝備

為了能將災(zāi)區(qū)的各種環(huán)境參數(shù)、語(yǔ)音、視頻等信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到井下基地，再傳送到各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)，統(tǒng)籌救援隊(duì)伍、物資裝備、應(yīng)急預(yù)案、地理信息、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制等多種管理因素，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，不僅需要解決井下信號(hào)傳輸及通信組網(wǎng)，井下災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)監(jiān)測(cè)，高噪聲條件下語(yǔ)音信號(hào)采集、處理及傳輸，井下圖像采集、處理以及多信息融合等技術(shù)難題，使救護(hù)隊(duì)員、井下救援基地、地面指揮中心之間建立起高帶寬、長(zhǎng)距離、抗干擾能力強(qiáng)的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)環(huán)境下的智能組網(wǎng)與可靠傳輸，而且應(yīng)搭建能與通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的礦山應(yīng)急指揮通信和管理信息平臺(tái)。

災(zāi)區(qū)偵察裝備

在井下音視頻通信系統(tǒng)和無(wú)線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，定制先導(dǎo)孔探查所需的通信設(shè)備。研制高可靠性的遠(yuǎn)距離爆炸物探測(cè)裝備及智能偵測(cè)設(shè)備，包括智能搜救機(jī)器人、智能偵測(cè)飛行器等。基于高速脈沖發(fā)射與高速采樣技術(shù)、背景強(qiáng)雜波干擾抑制技術(shù)的研究和人體生命特征監(jiān)測(cè)算法模型的建立，研制新型生命探測(cè)儀器。

個(gè)人防護(hù)裝備

研制新型呼吸器，降低重量，縮小體積，提高防霧性能，增加音視頻通訊、視頻采集和環(huán)境參數(shù)檢測(cè)等功能，提高降溫效果。統(tǒng)一呼吸器關(guān)鍵零部件接口標(biāo)準(zhǔn)，并提高防護(hù)安全可靠性，增加應(yīng)急快速啟動(dòng)防護(hù)功能，增加有效防護(hù)時(shí)間。

培訓(xùn)演練裝備

針對(duì)現(xiàn)有虛擬仿真模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，增加培訓(xùn)多人在線協(xié)同救援虛擬演練和大型救援裝備虛擬實(shí)操培訓(xùn)等功能。研發(fā)巷道模擬實(shí)訓(xùn)演練系統(tǒng)，構(gòu)建模擬巷道和災(zāi)害，通過實(shí)際操作設(shè)備進(jìn)行救援訓(xùn)練。

近年來(lái)的新技術(shù) 新裝備

礦山水災(zāi)一直是制約我國(guó)資源開采的瓶頸之一，而大型潛水電泵是深井水災(zāi)搶險(xiǎn)最有效的設(shè)備。2011年，由合肥工業(yè)大學(xué)，合肥恒大江海泵業(yè)股份有限公司合作制造了4 000 kW潛水泵，結(jié)束了國(guó)內(nèi)企業(yè)大型潛水泵長(zhǎng)期依靠外協(xié)、外購(gòu)配套的歷史。

中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司在對(duì)美國(guó)雪姆鉆機(jī)的研究基礎(chǔ)上，自主研制了50 t車載鉆機(jī)及其配套的隨鉆測(cè)斜儀，可快速鉆進(jìn)較小口徑孔道，待大口徑救生鉆機(jī)擴(kuò)孔后借助三一重工股份有限公司的專用提升機(jī)，其采用救援提升、救護(hù)艙一體化設(shè)計(jì)理念，可實(shí)現(xiàn)被困人員升井。

中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司采用礦用高強(qiáng)度鋁合金材質(zhì)和輕型塑料材質(zhì)，研制出了井下專用快速成套破拆與支護(hù)裝備，通過了礦用產(chǎn)品的相關(guān)檢測(cè)，獲得其相關(guān)檢測(cè)報(bào)告。

國(guó)內(nèi)已初步完成了災(zāi)區(qū)及救援信息立體可視化與實(shí)時(shí)指揮決策的綜合技術(shù)研究和系統(tǒng)集成，包含Web端二三維巷道建模與交互、異地多方遠(yuǎn)程協(xié)同標(biāo)繪、救援調(diào)度分析與輔助決策的應(yīng)用和基于災(zāi)區(qū)信息GIS可視化的專家決策系統(tǒng)模型建立。

國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的礦用本安型雷達(dá)生命探測(cè)儀，可穿透8 m廢墟，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測(cè)，具備厘米級(jí)距離分辨率和全靜止人體心肺運(yùn)動(dòng)探測(cè)能力。

（本文第一作者張廣勛，系中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司研究員，主要從事礦山應(yīng)急救援技術(shù)與裝備研究，及安全生產(chǎn)監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法實(shí)訓(xùn)和礦山應(yīng)急救援等基地規(guī)劃設(shè)計(jì)。）

編輯 趙 原