礦井多系統融合聯動應急救援系統研究

吳文淵

（潞安集團漳村煤礦，山西長治 046032）

0 引言

煤礦井下擁有龐大的救援系統，繁多的救援設備，出現災情后的調度指揮過于依賴現場人員的匯報，因此導致救援不及時、方案不科學、施救不準確，進而對救援過程的時效性造成了極大的影響。將礦井下各個子系統加以融合，使其融入到一個平臺中，在產生災情的時候，保護體系將自動運行，災區及其周圍的相關數據都將及時傳遞到指揮人員手中，指揮人員可以基于該數據來做出精確有效的判斷，并根據災情的特點來啟動應急預案，為作業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，對工作人員的安全造成了極大的威脅，其中主要為以下幾點。

（1）粉塵

由于礦山壓力及地質構造對煤層造成一定的影響，導致煤層與圍巖的縫隙之中產生了相應的礦塵，并大量聚集其中。同時礦井生產的過程中也會產生較多的粉塵，其中有煤塵、巖塵，若工作人員長時間處于粉塵超標的環境下將會產生一定的疾病[2]。

（2）毒害氣體

礦井生產及車輛運轉所產生的氣體將會導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條件，無法及時排出毒害氣體，那么工作人員的人身安全將會受到極大的威脅，出現中毒現象，甚至是死亡。

（3）惡劣環境

礦井下環境的濕度、風速及溫差較大，導致作業人員容易出現相應的職業病，如頸椎疾病、腰椎疾病等。

（4）噪聲污染

礦井的現代化生產中存在著較高的機械化水平，設備會出現較大的噪聲，導致作業人員的聽力降低，更有甚者會出現耳聾、耳膜破裂的現象。

（5）自然災害影響

礦井的地質構造較為復雜，存在較多難以查明的隱秘致災因素，例如冒頂、瓦斯等等，這些因素對井下工作人員的人身安全造成了較大的威脅。

2 現代化礦井中各救援子系統

2.1 監測監控系統

煤礦監測監控系統的作用主要是對井下毒害氣體的濃度（硫化物、CO/CO2等）、風壓、風速、溫/濕度等各個參數進行監測，同時實現瓦斯風電閉鎖控制、氣體濃度超標聲光警報等各個功能的系統。

礦井監測監控系統主要分為井上與井下兩部分，運用分布式總線結構，其構成一般為傳感器、電源箱、服務器、執行單元、主機、顯示屏幕、接線盒等等[3]。

2.2 人員定位系統

人員定位系統的地面設備主要由數據通訊接口、UPS電源、工控機等所構成，井下設備的構成主要為定位器、傳輸電纜、無線收發器等等。人員定位系統基于現代化的無線電編碼通信技術，并運用該技術中的無線接發技術與信令技術，與現代化的數據處理及通訊技術和圖形展示技術相結合。該系統可以將井下各區域中各個人員及設備的工作狀況及時精確地傳輸到地面，使管理人員可以實時掌握井下人員及設備的散布狀況及數量；系統可以對干部下井狀況、各個作業人員下井及出井的時間及軌跡進行及時追蹤，以促使企業開展更科學的管理與調度。

人員定位系統的功能主要為定位、軌道、撤離、統計等等呢個。對攜卡人員下井/出井的時間、出/入重要區域的時間、出/入限定區域的時間進行有效地監測。定位功能主要是對礦井口、分岔口、變電站等各個關鍵區域的信號進行定位及覆蓋；軌跡指的是根據作業人員通過信號覆蓋區所作出的記錄形成的軌跡；在信號覆蓋區域，定位卡所發揮的功能為發出求救、接受撤退。系統所具有的功能主要是對攜卡人員的名字、編號、出生日期、證件信息、工作崗位、所屬班組、工作區域及每次下井的時間、頻率等進行展示、查詢及打印；也可以對下井的人員及其數量、重要區域的人員及其數量、超員及超時的人員總數、限定區域內報警的人員及其數量、特種人員異常工作的報警人員及其數量等加以統計[4]。

2.3 通訊聯絡系統

該系統所發揮的作用主要為實現礦井生產規模和礦局調度、高效協同等一級調度的要求，并完成強插、組呼、直撥等各個調度功能。大柳塔煤礦井所具有的通訊系統主要包含了無線/有線通信系統及廣播體系。有線通信系統指的是固定電話，通過運用IP電話可以使礦井與地面保持有效的語音聯絡；無線通信體系指的是4G手機，目前我國大部分礦井都已完全覆蓋4G網，可以完成語音通話、網絡上網、手機監測等多項功能；廣播系統指的是礦井綜合分站語音廣播及順槽擴音電話，該系統可以對多個子系統進行較好的融合，如人員定位、視訊監控、廣播等等[5]。

2.4 井下避難硐室

該室主要分為兩個部分，分別為臨時和永久兩個避難硐室，主要是在礦井產生災情之后為作業人員提供緊急避難場所，其所具備的功能主要為對毒害氣體加以處理、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人員的生存。

2.5 壓風自救系統

該系統的構成主要為空氣壓縮設備、礦井壓風管道及永久式固定性自救設備，在發生事故的時候，該系統可以為礦井作業人員提供充足的氧氣。當瓦斯和煤突出或者出現突出預兆之時，作業人員可以進到自救設備中，啟動壓氣閥來避開災情。

2.6 供水施救系統

該系統指的是在避災線路上礦井必須設置相應的供水管道，在產生事故之后作業人員可以利用該系統來獲取潔凈的水源及由地面傳輸下來的營養液體[6]。

3 多系統融合聯動應急救援系統

礦井的現代化系統具有較強的復雜性，各個系統所運用的設備因廠家不同，也不具備相同的數據傳輸協議，因此導致各個系統之間無法融合，彼此獨立，難以共享數據，形成了信息孤島。在產生事故的時候，救援指揮人員通常需要運用多個軟件平臺來核對各個系統設備的運行數據，過于依賴現場人員的報告，導致救援效率不斷降低，進而錯過了最恰當的救援時間。

多系統融合聯動應急救援系統指的是利用相同的協議標準將救援系統中的各個子系統連接到同一平臺中，在產生災情時可以及時調取相關區域及設備的數據信息，為調度指揮人員提供可靠的依據，以提升救援工作的時效性與精確性。所融合的系統主要有：安全監測體系、人員定位體系、供電體系、供排水體系等等，主要利用GIS平臺與多系統融合兩個板塊來完成[7]。

LCS系統（區域中央自動化控制系統）可以將礦井中各個子系統（供電、供水、排水等各個子系統）進行有效地融合，使其集中于一個平臺上，從而完成煤炭生產的一體化管理，形成專業性較強的調度體制，改善生產控制的指揮流程，對設備進行有效地控制，對數據進行集中地管理，以實現信息的集成與共享。

LCS工業控制系統可以將供電、供排水、人員定位、通風等多個系統進行有效地融合。目前，各個系統所屬的廠家不同，對于這個問題可以采用系統地面數據融合的辦法，采用以XML+HTTP為基礎的WebServices研發平臺，通過編制相應的協議函數來完成各個系統間的數據收集。

如圖1所示，監測監控系統可以將報警信息及該區域內的氣體監測數據傳輸到GIS平臺，該平臺可以利用人員定位體系來掌握人員及車輛的相關信息，對于收集的信息，該平臺可以將其轉化為相應的協議，并傳送到LCS系統中，該系統可以將供電體系、人員定位體系、通風體系等各個體系加以整合，在發生事故之時調度指揮人員可以利用該系統來收集各個體系的信息。

圖1 多系統融合聯動示意圖

4 多系統融合聯動事故響應過程

監測監控系統可以對礦井下各個區域進行24 h監控，LCS系統可以對各個子系統的監測數據進行記錄。若礦井下某個區域存在瓦斯超標、人員緊急撤退的問題時，應急救援聯動體系會將該區域的電源進行切斷，避免瓦斯因電火花而出現爆炸，周圍作業人員會立刻聽到廣播發出的緊急撤離的訊號，同時作業人員所攜帶的智能化礦燈也會反復切換遠近光，并隨著聲音發出報警信號，幫助作業人員撤離出危險地帶。同時，相應的監控系統也會發出緊急警報，并向調度指揮人員提供精確的警報地點位置信息、發出警報的區域、周圍人員及車輛的信息、氣體的監測數據等等，供電、供水、排水及通風等系統的數據也可被隨時調取，促使調度指揮人員及時獲取信息，掌握井下的狀況，同時啟動應急預案，保障礦井作業人員得到有效的救援保護[8]。圖2所示為多系統融合聯動事故響應圖。

圖2 多系統融合聯動事故響應流程圖

5 結束語

在現代化礦井的生產中，所有工作人員都必須堅持“以人為本、安全第一”的理念。礦井作業人員的人身安全與煤礦企業的發展有著直接的關系，與各個礦工家庭的穩定生活有著密切的關系，因此，對煤礦企業的安全生產進行嚴格控制，可以有效地推動煤礦企業的持續發展。在煤礦生產中，應急救援是確保作業人員人身安全的最后關卡，在礦井出現災情之后可以及時準確地判斷現場狀況，并開展有效的救援工作，以最大化地降低人員傷亡及財產損失，將礦井中各個子系統融合到一個平臺中，可以極大提升救援的效率。