礦山救援演習巷道智能化系統的構建研究

安妍慧

（西山煤電教育中心，山西 太原 030021）

1 問題的提出

礦山救援演習巷道是提高礦山救援指戰員心理素質、身體素質和協同作戰能力的基本設施。西山煤電集團礦山救護大隊在日常訓練當中存在手段單一、訓練環境與實際作戰環境差別大、訓練效果差、效率低下等問題。同時當前我國對于礦山救援演習巷道沒有相應的技術標準，因此這極大地影響了礦山救護大隊的訓練效果及實戰效果。針對以上問題，西山煤電教育中心結合西山煤電礦山救護大隊的實際情況，構建了井下演習巷道智能化系統，并制定了演習巷道的技術標準。

2 演習巷道智能化系統的構建

西山煤電礦山救護大隊井下演習巷道位于官地煤礦二采區的一條廢棄巷道，共長932m。該巷道主要模擬綜采、掘進、主運、輔運、進回風、運輸、供排水、供電、壓風系統，類型齊全且配備了完善的智能化系統。

2.1 訓練功能分析

綜采工作面：訓練救護隊員的回采工藝知識，對救援流程、方法、注意事項等進行培訓。

掘進工作面：熟練操作各種設備，同時進行破拆、局扇安裝、供排水、高泡滅火、測風等科目。

低氧訓練區：訓練救護隊員的災區偵察，鍛煉救護隊員的小隊分工、配合和協作能力。

矮巷訓練區：訓練救護隊的耐力和巷道適應能力。

2.2 智能化系統分析

（1）綜合數據平臺。綜合數據平臺通過部署2臺S5700交換機、2臺ATN950B交換機、1臺ATN950B傳輸設備、13臺ATN910i交換機，來實現地面和井下的信息傳遞交流，給不同業務使用，通過網絡承載井下所有業務。

（2）調度指揮系統。將演習巷道的各類監測、監控及自動化系統都接入安監局救護消防大隊現有指揮中心系統當中。演習過程發生事故時，將井下現場情況通過網絡傳輸到地面指揮臺，同時采取救援措施。

（3）移動通信系統。井下移動通信系統采用3G CDMA2000技術，可實現消防演習巷道無線信號全覆蓋，通過與現有西山煤電總部核心網對接，實現井下和地面在不替換通信設備、不替換SIM卡的情況下正常使用，便于應急救援演練語音調度。井下發生事故時可以通過井下無線通信設備及時把現場情況反饋到地面。

（4）人員定位系統。人員定位系統具有員工出/入井時刻、出/入重點區域、出/入限制區域、下井工作時間、超時人員總數及人員下井活動路線等功能，能準確定位事故人員位置，精確度在2～3m之間，可在最短時間內鎖定事故受傷人員。

（5）視頻監控系統。視頻監控系統共設32個應急救援演練及設備運行監控點。為確保圖像質量，采用模擬和IP兩種控制方式，攝像頭使用安迅士機芯，外殼自帶冷光源，黑白攝像機照度0.02x，彩色攝像機照度0.08lx，利用攝像機采集圖像信息，并進行信息的傳遞和監控。24h全程監控井下實際情況，可將事故現場情況及時反饋到調度室，以便采取有效的救援措施。

（6）數字廣播系統。在救援演練中通過數字廣播系統對救援過程進行指揮，調度員也可以利用該系統下達相應的救援指令，井下作業人員可通過系統進行一對一雙向對講。

（7）固定通信系統。井下固定通信系統共安裝5部KTH15本質安全型自動電話機，分別安裝在帶式輸送機機頭、水泵房、掘進工作面、綜采工作面、避難硐室。特殊情況下可用來與地面調度中心聯系。

（8）冒頂事故現場模擬系統。由控制系統、模擬系統、支護設備、現場環境分析設備等組成，模擬訓練場景和冒頂事故環境進行訓練演習。

（9）災害環境模擬系統。通過現場聲音、燈光等模擬真實災害環境，強化訓練效果。由控制臺控制的麗彩頻閃燈和彩燈可發出交錯頻閃光柱。還加裝了警示燈，可配合警笛聲增加訓練緊張度。

2.3 演習巷道的訓練內容和標準分析

針對當前我國礦山救護演習巷道無相應技術標準的問題，基于西山煤電礦山救護大隊演習巷道智能化系統的構建，從災區環境模擬、災害事放模擬方面制定了自身的訓練技術標準。

2.3.1 災區環境的模擬標準

（1）高溫模擬。高溫濃煙室內應安裝加熱及監控裝置，演習環境溫度應在10～60℃之間可調，在演習巷道所在地最冷季節、加熱裝置應滿足在60min內將高溫濃煙室內溫度升至60℃。

（2）濃煙模擬。高溫濃煙硐室安裝發煙裝置和能見度檢測裝置，煙氣非腐蝕性、無毒、無殘留氣體，如舞臺煙，產生的濃煙在5min內使酮室內能見度接近0。

（3）濕度模擬。高溫濃煙內應有濕度控制裝置，能夠控制相對濕度范圍在75%～90%之間，加濕均勻。

（4）氣體環境模擬。演習巷道應安裝氣體環境模擬及監測系統，并配置CO、CO2、O2、CH4濃度模擬傳感器，具備聲光報警功能。傳感器的顯示濃度由監測系統主機設定，顯示濃度范圍如下：CO，0～10000ppm；CO2，0～100%；O2，0～25%；CH4，0～100%。

（5）有毒有害氣體模擬。有毒有害氣體模擬應采用無毒但具有刺激性的氣體，如辣椒素或警用催淚瓦斯。該模擬裝置應能遠程控制。

（6）背景聲光模擬。通過調音臺控制播放災害發生時的不同聲源，通過燈控臺控制頻閃燈和麗彩燈，營造井下災害時的聲光環境。

（7）災害現場人員傷害模擬。采用創傷急救人體模型，人為設置受傷、遇難等恐怖場景，以提高指戰員的心理素質。

2.3.2 災害事故模擬

（1）火災事故模擬。火災模擬裝置可采用不同燃燒物，應有安全保護措施及自動點火裝置，實現火焰大小、點燃、熄滅控制，采用溫度、光電、壓力、氣體等傳感器檢測液態、固態、氣體滅火劑的使用及計量，判斷滅火劑的使用是否正確。采用熱電偶檢測環境溫度，控制燃燒環境最高溫度，保證安全。

（2）水災事故模擬。水災事故模擬主要由水源、管道、電動閥門/電動閘門、集成控制系統、流量傳感器、水泵等部分組成，模擬出水量不小于200m3/h，采用集成控制系統控制電動閥門/電動閘門開關水源。配置流量傳感器，供水量應能反饋到集成控制系統，以控制總水量。

（3）頂板事故模擬。頂板事故宜采用仿真石進行模擬，應能模擬井下巷道中頂板意外冒落的場景，冒落仿真石應不少于10m3。頂板事故模擬應能控制頂板發生冒落的時刻，通過執行機構推動仿真石垮塌與恢復。

（4）瓦斯爆炸模擬。瓦斯爆炸可采用壓縮氣體或瓦斯氣體進行模擬。采用紅外和視頻監測模擬爆炸區域環境參數，人員在危險區域內不能點爆；瓦斯爆炸模擬瓦斯量控制在5～10m2，在距爆炸區5m處不大于0.01MPa；爆炸容器內瓦斯濃度應能自動控制，在確保安全的情況下遠程點爆。

3 演習巷道智能化系統應用的實際效果

3.1 訓練效果分析

自該套系統投入使用以來，大隊除隊內日常訓練外，將所有單項訓練項目轉至井下演習巷道實施，訓練進一步實戰化。例如災區偵察氣體檢測、現場繪圖、測風、安裝水泵和接水管、大斷面磚閉、板閉、風障建造、現場安裝局部通風機接風筒、建造木垛等項目，均在井下實際環境進行訓練，使救護隊員對各項技能的掌握水平大大提高，單項實操訓練實效性大大增強。綜合演練訓練以井下演習巷道為背景設置模擬災害事故，鍛煉中隊的現場指揮和處置能力。通過這種訓練方式，鞏固提高了井下各單項的訓練水平，提高了指揮員救援理論知識和實戰相結合的能力，提高了全體指戰員事故現場處置和應變能力，提高了新隊員對事故處理的認識和實戰能力。并通過全面總結，分析作戰內容、過程、方法及經驗教訓，積累了寶貴的作戰經驗。

為進一步檢測該系統的模擬訓練效果情況，抽取參加救援演習訓練的20名隊員進行血壓檢測、緊張程度、恐懼程度的調查分析。經參加8次救援演習訓練后，救援隊員的平均血壓情況如圖1所示。從圖中可以看到，隨著演習訓練的次數增加，隊員的血壓情況在逐漸降低并保持在正常狀態。

通過3次訓練后，救援隊員普遍降低了恐懼度和緊張度，20人之中僅僅1人有一定的緊張感；經過6次訓練后，所有隊員都消除了恐懼度和緊張度。

3.2 存在的問題分析

該系統也存在一定的缺陷，如冒頂災害模擬采用仿真頂板，頂板垮落建有自動控制裝置，場景較為逼真，但只能通過視覺、聽覺感受冒頂災害事故場景，與冒頂支護、破拆等單項訓練不能很好地結合；水災災害模擬只設計了水泵房、水倉，可進行安裝水泵、接水管、排水等實戰訓練，但未能實現災害環境模擬；其他災害環境模擬系統雖營造了逼真的聲光環境但對實戰訓練來說意義不大。

圖1 訓練后隊員平均血壓變化

4 結論

（1）礦山救援工作重心是貼近實戰的訓練，通過演習巷道智能化系統建設，可促進“實戰化”訓練，提高隊伍實戰能力。

（2）礦山救援演習巷道是提升礦山救援能力的重要條件，在國內外演習巷道實際情況的基礎上，應探索礦山救援演習巷道智能化系統功能，提出系統應具備的技術標準，為其他救援隊伍應急演習巷道智能化系統構建提供參考和依據。