王永翀

(潞安集團 潞寧煤業(yè)公司，山西 忻州 036000)

安全是煤礦生產的前提和基礎，但近些年來，煤礦事故時有發(fā)生，升溫、產煙、有毒氣體釋放，這些都是對礦井生產造成巨大挑戰(zhàn)和威脅的安全問題。若救護隊員現(xiàn)場經驗不足，缺乏處理問題的經驗和技能，就極易造成安全事故，甚至可能造成人員傷亡。因此，本文設計了一套安全高效的礦山救護模擬培訓系統(tǒng)，借此來提高救護人員的專業(yè)技能，豐富救護隊員的現(xiàn)場經驗，提高救護效率。

1 設計模擬培訓礦井

1.1 設計原則

礦山救護的模擬培訓需設計出一條模擬礦井巷道，而模擬巷道的設計則需根據(jù)礦井的實際情況及緊急狀況的具體特點進行設計，總體而言，模擬礦井的設計需滿足以下要求：①模擬巷道應滿足正常礦井的通風要求，盡可能設計為通風巷；②模擬巷道的設計應根據(jù)實際情況設置合適的傾角，可設計為平巷、立井或斜巷；③模擬巷道需設置有特定的矮巷，來滿足緊急情況救護的要求；④模擬巷道需有足夠的空間和長度來進行救護模擬工作。

1.2 模型設計

根據(jù)以上設計原則，現(xiàn)設計出一個用于礦山救護專用的礦井模型，該模擬礦井由八條巷道組成。模型采用明挖法施工，先從地面向地下掘出所需巷道，作為礦山救護模擬培訓用，整個培訓工作都在地下進行，施工完后進行封頂，在地面留一入口，作為進入地下巷道用。這八條巷道的名稱及尺寸如表1所示。

表1 礦山救護礦井模型尺寸

西大巷和東大巷沿南北方向平行布置，且每條大巷內設置有4個硐室，硐室均為上頂寬1.9 m、下底寬2.6 m、長5.5 m、高1.9 m的梯形斷面，沿東西大巷均勻布置。聯(lián)絡巷布置在西大巷與東大巷之間，矮巷布置于西大巷西側，進風巷和回風巷布置在東西大巷兩端，回風井布置在回風巷端頭，斜井布置在進風巷端頭，具體布置如圖1所示。

圖1 模擬礦井巷道布置

2 模擬培訓系統(tǒng)開發(fā)

模擬培訓系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場模擬系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分，具體用到的設備及布置情況如圖2所示。

圖2 模擬培訓系統(tǒng)裝備及布置

2.1 現(xiàn)場模擬系統(tǒng)

現(xiàn)場模擬主要有升溫、產煙、有毒氣體、瓦斯爆炸等狀況下的模擬。

1) 產煙系統(tǒng)。由于模擬煙霧環(huán)境主要是在有煙霧作用、能見度降低的情況，故產煙系統(tǒng)由兩部分組成，即產煙和能見度測量。采用市場上常用的噴煙機進行產煙操作，用PLC(可編程邏輯控制器)對噴煙量進行控制并對巷道內的能見度進行測量。

2) 升溫系統(tǒng)。升溫系統(tǒng)由兩部分組成，即升溫和溫度檢測。采用電熱管進行升溫操作，用PLC對巷道內溫度進行控制，采用電阻溫度傳感器對巷道內溫度進行測量。

3) 毒氣釋放系統(tǒng)。模擬有毒氣體主要為CO，毒氣釋放系統(tǒng)由兩部分組成，即釋放有毒氣體和毒氣濃度檢測。通過連接毒氣罐的氣體輸送管進行CO有毒氣體的釋放，并用PLC對巷道內有毒氣體的釋放量進行控制，采用毒氣傳感器對有毒氣體濃度進行測量。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控、語音監(jiān)控、人員定位等。

1) 視頻監(jiān)控。對現(xiàn)場的監(jiān)控通過在現(xiàn)場安裝紅外線攝像頭來實現(xiàn)，在大巷內安裝可變焦的帶云臺攝像頭，在大巷內的硐室內安裝定焦攝像頭，并將現(xiàn)場攝像數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{度中心，進而對現(xiàn)場進行實時監(jiān)控。

2) 語音監(jiān)控。語音監(jiān)控包括現(xiàn)場向調度中心匯報現(xiàn)場情況和調度中心向現(xiàn)場發(fā)布施行兩部分?，F(xiàn)場設備采用麥克風、防水揚聲器、定壓功放，調度設備有麥克風、柱狀揚聲器、定壓功放、調頻機。

3) 定位系統(tǒng)。人員定位系統(tǒng)主要依靠定位卡來實現(xiàn)，通過工作人員隨身佩帶定位卡，定位卡將位置信息傳輸給調度中心的計算機，調度中心可通過計算機顯示的信號實時監(jiān)測工作人員的位置。

2.3 控制系統(tǒng)

為保證模擬培訓過程的安全高效進行，控制系統(tǒng)要滿足既能自動調控又能手動操控的要求，在進行救護工作時，既可以通過現(xiàn)場的調控系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況自動進行控制，又可以通過指揮部的指揮控制系統(tǒng)手動進行操控，總體而言，控制系統(tǒng)主要包括以下兩方面：

1) 現(xiàn)場控制。現(xiàn)場控制主要通過PLC完成，PLC是一種方便、穩(wěn)定、高效、準確度高的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。PLC控制的原理是：先根據(jù)模型設計出一套可適應于現(xiàn)場的編程，然后將其輸入到控制程序，當現(xiàn)場有情況發(fā)生時，根據(jù)現(xiàn)場情況，匹配合適的代碼，將其代入編程，運行控制程序，即可對現(xiàn)場進行自動調控。

2) 指揮部控制。指揮部通常設在地面調度中心，在調度中心內安設計算機控制器，通過控制網線與現(xiàn)場PLC連接。PLC將現(xiàn)場收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，計算機可通過分析數(shù)據(jù)實時監(jiān)控現(xiàn)場情況，并及時發(fā)布指令對現(xiàn)場進行遠程操控。

3 工程應用

3.1 應用過程

將該系統(tǒng)應用于山西某礦山救護隊，模擬礦井采用圖1所示礦井，進行礦山救護演習，檢驗其作用效果。

在西大巷內的四個硐室內各安裝一個升溫控制裝置，巷道內安裝兩套產煙裝置，在井口放置一毒氣儲存罐并通過輸送管路與西大巷內安置的兩套毒氣釋放裝備連接。在整個礦井巷道內安置11臺紅外線攝像頭和10臺語音監(jiān)控裝置，具體布置如圖2所示。整個模擬培訓分為三組，第一組為單項模擬，第二組為多項模擬，第三組為綜合模擬。

1) 單項模擬。在進行單項模擬時，分別模擬救護隊員在高溫、濃煙、有毒氣體單一條件作用下的反應。具體安排如表2所示。

表2 單項模擬培訓計劃

2) 多項模擬。所謂多項模擬，就是把上述三種情況即高溫、濃煙、有毒氣體兩兩共同出現(xiàn)或者三種同時出現(xiàn)進行模擬，這里不在贅述。

3) 綜合模擬。綜合模擬是指在進行單項模擬培訓后，再進行一定時間的常規(guī)模擬訓練，具體安排如表3所示。

表3 綜合模擬培訓計劃

3.2 應用效果

在進行上述三組模擬培訓的同時，調度中心通過現(xiàn)場的視頻監(jiān)控裝置和語音監(jiān)控裝置實時監(jiān)控現(xiàn)場情況，并通過現(xiàn)場安置的PLC自動對現(xiàn)場進行調整。演習培訓結束后，對參訓隊員的身體狀況進行檢測，主要檢測其血壓變化、心率變化和恢復所需時間，結果如圖3—圖5所示。

圖3 培訓人員血壓變化

圖4 培訓隊員心率變化

圖5 培訓隊員身體恢復時間變化

1) 在開始進行模擬培訓時，培訓隊員的身體反應較大，說明該系統(tǒng)的模擬效果較好；在進行多次的模擬培訓后，培訓隊員的身體反應變化逐步減小，說明隊員在經過多次訓練后身體素質不斷增強。

2) 在應用該模擬培訓系統(tǒng)后，培訓隊員對井下突發(fā)情況有了更真切更清晰的認識，在應對突發(fā)情況時可以從容應對、高效解決。提高了救援效率。

4 結 語

針對煤礦各種安全隱患的特點，為提高救護對員的培訓質量，使培訓更真實地貼近現(xiàn)實情況，設計了一套安全高效的礦山救護模擬培訓系統(tǒng)，對提升救護對員的專業(yè)技能，提高救護效率，具有積極意義。