王 飛

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

煤礦井下救援系統(tǒng)龐大，救援設備繁多，救援體系復雜，應對災情的調(diào)度指揮過分依靠現(xiàn)場人員匯報，由此導致救援不及時、施救不精準、措施不合理，大大影響整個救援過程的時效性[1-3]。將礦井下各個子系統(tǒng)融合集成到統(tǒng)一平臺，在發(fā)生災情時系統(tǒng)保護自動投入運行，災情區(qū)域及附近的相關數(shù)據(jù)迅速推送給調(diào)度指揮人員，調(diào)度指揮人員根據(jù)數(shù)據(jù)可以做出最快最準確的判斷，并啟動相應的災情應急預案，為井下工作人員提供救援，確保其生命安全。

1 煤礦井下危害因素

煤礦井下危害因素甚多，時刻威脅著礦井工作人員的人身安全，其主要包含以下幾個方面[4-6]。

粉塵：由于煤層本身受到礦山壓力的影響以及地質(zhì)構(gòu)造作用，在煤層及圍巖的裂隙中產(chǎn)生并存在一定量的原生礦塵，井下生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)(采掘、運輸、爆破等)也會產(chǎn)生大量粉塵，包括巖塵和煤塵，作業(yè)人員長期在粉塵超標環(huán)境工作極易引起矽肺病和煤肺病。

有毒有害氣體：井下生產(chǎn)與車輛運行過程中產(chǎn)生的氣體致使空氣中存在大量甲烷、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氨氣、氮氧化合物等有毒有害氣體，一旦通風不佳，不能及時稀釋有毒有害氣體就可能造成人員中毒，嚴重者會致人死亡。

井下氣候條件不良：井下濕度大、風速大、溫差大，從業(yè)人員易患腰椎病、頸椎病等職業(yè)病。

噪聲污染：現(xiàn)代化礦井中生產(chǎn)機械化程度很高，設備產(chǎn)生的噪聲容易引起從業(yè)人員聽力下降，嚴重者會造成作業(yè)人員耳聾、鼓膜破裂的情況。

自然災害威脅：井下地質(zhì)條件復雜，隱蔽致災地質(zhì)因素難以查明，冒頂、片幫、透水、潰沙、瓦斯突出等自然災害時刻威脅著井下工人的生命安全。

2 現(xiàn)代化礦井中各救援子系統(tǒng)簡介

礦井救援系統(tǒng)是在井下發(fā)生事故時能夠為井下人員提供救援保障確保其生命安全的系統(tǒng)，目前礦井救援系統(tǒng)主要涵蓋以下幾個方面。

2.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要是用來監(jiān)測井下甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、硫化氫濃度、礦塵濃度、風速、風壓、濕度、溫度、饋電狀態(tài)、風門狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停、主要風機開停等，并實現(xiàn)氣體濃度超限聲光報警、斷電和瓦斯風電閉鎖控制等功能的系統(tǒng)。

礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由井上部分和井下部分組成，采用分布式總線結(jié)構(gòu)，一般由傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、分站、電源箱(或電控箱)、主站(或傳輸接口)、主機(含顯示器)、系統(tǒng)軟件、服務器、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網(wǎng)絡接口電纜和接線盒等組成。

2.2 人員定位系統(tǒng)

人員定位系統(tǒng)地面設備由采集服務器、工控機、數(shù)據(jù)通信接口、UPS電源等組成，井下設備由讀卡分站、無線收發(fā)器、標識卡、定位器、電源箱、傳輸電纜等組成。人員定位系統(tǒng)以現(xiàn)代無線電編碼通訊技術(shù)為基礎，應用現(xiàn)代無線電通訊技術(shù)中的信令技術(shù)及無線發(fā)射接收技術(shù)，結(jié)合流行的數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理及圖形展示等技術(shù)。系統(tǒng)能夠及時、準確的將井下各個區(qū)域人員和移動設備情況動態(tài)反映到地面計算機系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時掌握井下人員和移動設備的總數(shù)及分布狀況;系統(tǒng)能跟蹤干部跟班下井情況、每個礦工入井、出井時間及運動軌跡，以便于企業(yè)進行更加合理的調(diào)度和管理。

人員定位系統(tǒng)具有定位、軌跡、求救及撤離、報表、統(tǒng)計等功能。監(jiān)測攜卡人員出/入井時刻、出/入重點區(qū)域時刻、出/入限制區(qū)域時刻等。定位即主要實現(xiàn)井口、岔路口、轉(zhuǎn)彎、變電所、硐室等重點區(qū)域的信號覆蓋及定位；軌跡即根據(jù)人員經(jīng)過信號覆蓋區(qū)的記錄形成軌跡；定位卡在信號覆蓋區(qū)內(nèi)具有發(fā)送求救及接收撤離功能。系統(tǒng)具有攜卡人員卡號、姓名、身份證號、出生年月、職務或工種、所在區(qū)隊班組、主要工作地點、每月下井次數(shù)、下井時間、每天下井情況等顯示、打印、查詢等功能；可統(tǒng)計下井人員總數(shù)及人員、重點區(qū)域人員總數(shù)及人員、超時報警人員總數(shù)及人員、超員報警人員總數(shù)及人員、限制區(qū)域報警人員總數(shù)及人員、特種作業(yè)人員工作異常報警總數(shù)及人員等。

2.3 通訊聯(lián)絡系統(tǒng)

通訊聯(lián)絡系統(tǒng)是為滿足煤礦的生產(chǎn)規(guī)模和礦/局調(diào)度、高效率協(xié)調(diào)等一級調(diào)度模式要求，以及實現(xiàn)錄音、強拆、強插、全呼、組呼、直通、一鍵直撥等調(diào)度功能。大柳塔煤礦井下通訊系統(tǒng)分為有線通訊系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)。有線通訊系統(tǒng)主要為固定電話，采用模擬或IP電話可實現(xiàn)井下與地面的語音聯(lián)絡；無線通訊系統(tǒng)主要為4G手機，大柳塔煤礦井下已全部覆蓋4G網(wǎng)絡，可實現(xiàn)語音通話、視頻通話、互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)、手機終端監(jiān)測等功能；廣播系統(tǒng)主要為井下綜合分站語音廣播及順槽擴音電話，4G綜合分站可實現(xiàn)4G無線通信、模擬/IP電話、人員定位、廣播、視頻監(jiān)控、485串口/CAN等多系統(tǒng)接入。

2.4 井下避難硐室

井下避難硐室包含臨時避難硐室和永久避難硐室，是在發(fā)生事故時井下人員的緊急避難裝置，具備安全防護、氧氣供給、有害氣體處理、溫濕度控制、避難硐室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、通訊、照明及指示、基本生存保障等功能，保證在無任何外部支持的情況下維持避難硐室內(nèi)額定避險人員的生存。

2.5 壓風自救系統(tǒng)

壓風自救系統(tǒng)由空氣壓縮機、井下壓風管路及固定式永久性自救裝備組成，在發(fā)生事故時為井下人員提供足夠氧氣[7-8]。當發(fā)生煤和瓦斯突出或突出前有預兆出現(xiàn)時，工作人員進入自救裝置，打開壓氣閥避災。

2.6 供水施救系統(tǒng)

供水施救系統(tǒng)就是礦井在避災路線上必須要敷設的供水管路，在礦井發(fā)生事故時井下人員能從供水施救系統(tǒng)上得到清潔水源及地面輸送下來的營養(yǎng)液。

2.7 井下工業(yè)視頻系統(tǒng)

井下工業(yè)視頻系統(tǒng)是在井下特定區(qū)域安裝防爆攝像機，通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)將視頻畫面?zhèn)髦恋孛嬉曨l服務器，從而實現(xiàn)地面工作人員對井下生產(chǎn)情況的實時監(jiān)控和歷史視頻畫面的記錄。大柳塔煤礦已實現(xiàn)井下綜采工作面、掘進工作面、主運膠帶機、掘進工作面膠帶機、供排水泵房、變電所及部分配電點、水倉、避難硐室、部分巷道等區(qū)域的工業(yè)視頻覆蓋，為地面生產(chǎn)指揮人員提供現(xiàn)場畫面，發(fā)生事故時為救援指揮提供可靠的判斷依據(jù)。

3 多系統(tǒng)融合聯(lián)動應急救援系統(tǒng)

現(xiàn)代化礦井中系統(tǒng)復雜多樣，各系統(tǒng)使用的設備由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家不同，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標準，由此導致各系統(tǒng)間相互獨立，數(shù)據(jù)無法共享，產(chǎn)生信息孤島。在發(fā)生事故時，救援指揮人員往往需要通過不同的軟件平臺逐條核實各系統(tǒng)設備運行數(shù)據(jù)狀態(tài)，過分依靠現(xiàn)場人員的匯報，無形中降低了救援效率，容易錯過最佳救援時機。

多系統(tǒng)融合聯(lián)動應急救援系統(tǒng)是指將礦井救援的各個子系統(tǒng)通過統(tǒng)一的協(xié)議標準接入同一個平臺，在發(fā)生事故時能立即調(diào)取相關區(qū)域及相關設備的數(shù)據(jù)信息，為救援指揮提供可靠判斷依據(jù)，實現(xiàn)救援的快速性與準確性。融合的系統(tǒng)包含：安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)，主要采用多系統(tǒng)融合模塊和GIS平臺模塊來實現(xiàn)。

LCS系統(tǒng)(區(qū)域中央自動化控制系統(tǒng))是將礦井各子系統(tǒng)(綜采系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、主運系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、洗選加工系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng))高度集成在同一個平臺上，實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)從采掘、運輸和洗選加工等一體化管理模式，形成了專業(yè)的調(diào)度體系，優(yōu)化了生產(chǎn)控制指揮流程，實現(xiàn)了設備的集中控制，數(shù)據(jù)的集中管理和信息的高度集成與共享。

LCS工業(yè)控制系統(tǒng)可以融合的系統(tǒng)包括人員(車輛)定位系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、KJ83X(A)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等。針對目前各系統(tǒng)屬于不同廠家的現(xiàn)狀，選取系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)融合方法，采用基于XML+HTTP的WebServices開發(fā)平臺，通過制定標準協(xié)議函數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)請求和獲取。

如圖1所示，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將報警信息及報警區(qū)域氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)推送至GIS平臺，GIS平臺通過人員定位系統(tǒng)獲取報警區(qū)域人員及車輛信息，GIS平臺將獲取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一OPC協(xié)議發(fā)送至LCS工業(yè)控制系統(tǒng)，LCS系統(tǒng)整合人員定位系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、KJ83X(A)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等，在發(fā)生事故時調(diào)度指揮人員可通過LCS系統(tǒng)獲取各系統(tǒng)信息。

圖1 多系統(tǒng)融合聯(lián)動示意圖

4 多系統(tǒng)融合聯(lián)動事故響應過程

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對井下各地點進行全天候監(jiān)控，LCS系統(tǒng)對井下各個子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測記錄。如果井下某區(qū)域出現(xiàn)瓦斯超限、需要緊急撤人時，應急救援聯(lián)動系統(tǒng)會立刻自動切斷該區(qū)域動力電源避免產(chǎn)生電氣火花引燃瓦斯，周圍作業(yè)人員馬上會聽到附近廣播基站發(fā)出緊急撤人信號，同時工人攜帶的智能礦燈會出現(xiàn)遠近光切換，并伴隨有聲音報警，提醒工作人員緊急撤離危險區(qū)域。同時，調(diào)度安全監(jiān)控系統(tǒng)也會出現(xiàn)緊急報警，并提示報警地點位置信息，報警區(qū)域及附近人員信息、車輛信息、氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻畫面等迅速彈出，供電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等數(shù)據(jù)可隨時調(diào)取，方便調(diào)度員準確判斷井下實際情況，并啟動相應的應急預案，確保為井下人員提供及時準確的救援保護。圖2為多系統(tǒng)融合聯(lián)動事故響應流程圖。

圖2 多系統(tǒng)融合聯(lián)動事故響應流程圖

5 結(jié)語

安全生產(chǎn)長期以來一直是我國的一項基本國策，是保護勞動者安全健康和發(fā)展生產(chǎn)力的重要工作，同時也是維護社會安定團結(jié)，促進國民經(jīng)濟穩(wěn)定、持續(xù)、健康發(fā)展的基本條件。生產(chǎn)安全工作是煤炭企業(yè)的生命線、幸福線。沒有安全，就沒有生產(chǎn)；沒有效益，就沒有礦區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，只有穩(wěn)抓、狠抓安全生產(chǎn)工作，才能全面提升企業(yè)的安全管理水平，才能確保企業(yè)安全生產(chǎn)，才能實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益最大化，才能更好地保持煤炭企業(yè)強勁的發(fā)展勢頭?，F(xiàn)代化礦井的安全核心理念是“以人為本，安全至上”。礦井工作人員的生命安全關系到一個煤礦企業(yè)的發(fā)展前景，關系到每個礦工家庭的幸福安康，嚴把安全關才能有力保障煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。應急救援是保障礦井工作人員生命安全的最后一道關口，在礦井發(fā)生事故后能迅速判斷現(xiàn)場情況并組織實施救援工作可以最大限度的減少人員傷亡和經(jīng)濟損失，把礦井救援的各個子系統(tǒng)融入統(tǒng)一平臺將大大提高救援保障力度，進而提升救援效率。