王永翀

(潞安集團(tuán) 潞寧煤業(yè)公司，山西 忻州 036000)

安全是煤礦生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)，但近些年來，煤礦事故時(shí)有發(fā)生，升溫、產(chǎn)煙、有毒氣體釋放，這些都是對礦井生產(chǎn)造成巨大挑戰(zhàn)和威脅的安全問題。若救護(hù)隊(duì)員現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏處理問題的經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)了一套安全高效的礦山救護(hù)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，借此來提高救護(hù)人員的專業(yè)技能，豐富救護(hù)隊(duì)員的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，提高救護(hù)效率。

1 設(shè)計(jì)模擬培訓(xùn)礦井

1.1 設(shè)計(jì)原則

礦山救護(hù)的模擬培訓(xùn)需設(shè)計(jì)出一條模擬礦井巷道，而模擬巷道的設(shè)計(jì)則需根據(jù)礦井的實(shí)際情況及緊急狀況的具體特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體而言，模擬礦井的設(shè)計(jì)需滿足以下要求：①模擬巷道應(yīng)滿足正常礦井的通風(fēng)要求，盡可能設(shè)計(jì)為通風(fēng)巷；②模擬巷道的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合適的傾角，可設(shè)計(jì)為平巷、立井或斜巷；③模擬巷道需設(shè)置有特定的矮巷，來滿足緊急情況救護(hù)的要求；④模擬巷道需有足夠的空間和長度來進(jìn)行救護(hù)模擬工作。

1.2 模型設(shè)計(jì)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，現(xiàn)設(shè)計(jì)出一個(gè)用于礦山救護(hù)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(hù)模擬培訓(xùn)用，整個(gè)培訓(xùn)工作都在地下進(jìn)行，施工完后進(jìn)行封頂，在地面留一入口，作為進(jìn)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(hù)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(nèi)設(shè)置有4個(gè)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(luò)巷布置在西大巷與東大巷之間，矮巷布置于西大巷西側(cè)，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷布置在東西大巷兩端，回風(fēng)井布置在回風(fēng)巷端頭，斜井布置在進(jìn)風(fēng)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(xùn)系統(tǒng)開發(fā)

模擬培訓(xùn)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(shè)備及布置情況如圖2所示。

圖2 模擬培訓(xùn)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(chǎn)煙、有毒氣體、瓦斯爆炸等狀況下的模擬。

1) 產(chǎn)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(chǎn)煙系統(tǒng)由兩部分組成，即產(chǎn)煙和能見度測量。采用市場上常用的噴煙機(jī)進(jìn)行產(chǎn)煙操作，用PLC(可編程邏輯控制器)對噴煙量進(jìn)行控制并對巷道內(nèi)的能見度進(jìn)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(jìn)行升溫操作，用PLC對巷道內(nèi)溫度進(jìn)行控制，采用電阻溫度傳感器對巷道內(nèi)溫度進(jìn)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(jìn)行CO有毒氣體的釋放，并用PLC對巷道內(nèi)有毒氣體的釋放量進(jìn)行控制，采用毒氣傳感器對有毒氣體濃度進(jìn)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(shí)現(xiàn)，在大巷內(nèi)安裝可變焦的帶云臺攝像頭，在大巷內(nèi)的硐室內(nèi)安裝定焦攝像頭，并將現(xiàn)場攝像數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，進(jìn)而對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

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

3) 定位系統(tǒng)。人員定位系統(tǒng)主要依靠定位卡來實(shí)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(diào)度中心的計(jì)算機(jī)，調(diào)度中心可通過計(jì)算機(jī)顯示的信號實(shí)時(shí)監(jiān)測工作人員的位置。

2.3 控制系統(tǒng)

為保證模擬培訓(xùn)過程的安全高效進(jìn)行，控制系統(tǒng)要滿足既能自動(dòng)調(diào)控又能手動(dòng)操控的要求，在進(jìn)行救護(hù)工作時(shí)，既可以通過現(xiàn)場的調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況自動(dòng)進(jìn)行控制，又可以通過指揮部的指揮控制系統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)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?，F(xiàn)場控制主要通過PLC完成，PLC是一種方便、穩(wěn)定、高效、準(zhǔn)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(shè)計(jì)出一套可適應(yīng)于現(xiàn)場的編程，然后將其輸入到控制程序，當(dāng)現(xiàn)場有情況發(fā)生時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況，匹配合適的代碼，將其代入編程，運(yùn)行控制程序，即可對現(xiàn)場進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。

2) 指揮部控制。指揮部通常設(shè)在地面調(diào)度中心，在調(diào)度中心內(nèi)安設(shè)計(jì)算機(jī)控制器，通過控制網(wǎng)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(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可通過分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場情況，并及時(shí)發(fā)布指令對現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

3 工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用過程

將該系統(tǒng)應(yīng)用于山西某礦山救護(hù)隊(duì)，模擬礦井采用圖1所示礦井，進(jìn)行礦山救護(hù)演習(xí)，檢驗(yàn)其作用效果。

在西大巷內(nèi)的四個(gè)硐室內(nèi)各安裝一個(gè)升溫控制裝置，巷道內(nèi)安裝兩套產(chǎn)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(nèi)安置的兩套毒氣釋放裝備連接。在整個(gè)礦井巷道內(nèi)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(gè)模擬培訓(xùn)分為三組，第一組為單項(xiàng)模擬，第二組為多項(xiàng)模擬，第三組為綜合模擬。

1) 單項(xiàng)模擬。在進(jìn)行單項(xiàng)模擬時(shí)，分別模擬救護(hù)隊(duì)員在高溫、濃煙、有毒氣體單一條件作用下的反應(yīng)。具體安排如表2所示。

表2 單項(xiàng)模擬培訓(xùn)計(jì)劃

2) 多項(xiàng)模擬。所謂多項(xiàng)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(shí)出現(xiàn)進(jìn)行模擬，這里不在贅述。

3) 綜合模擬。綜合模擬是指在進(jìn)行單項(xiàng)模擬培訓(xùn)后，再進(jìn)行一定時(shí)間的常規(guī)模擬訓(xùn)練，具體安排如表3所示。

表3 綜合模擬培訓(xùn)計(jì)劃

3.2 應(yīng)用效果

在進(jìn)行上述三組模擬培訓(xùn)的同時(shí)，調(diào)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(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場情況，并通過現(xiàn)場安置的PLC自動(dòng)對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整。演習(xí)培訓(xùn)結(jié)束后，對參訓(xùn)隊(duì)員的身體狀況進(jìn)行檢測，主要檢測其血壓變化、心率變化和恢復(fù)所需時(shí)間，結(jié)果如圖3—圖5所示。

圖3 培訓(xùn)人員血壓變化

圖4 培訓(xùn)隊(duì)員心率變化

圖5 培訓(xùn)隊(duì)員身體恢復(fù)時(shí)間變化

1) 在開始進(jìn)行模擬培訓(xùn)時(shí)，培訓(xùn)隊(duì)員的身體反應(yīng)較大，說明該系統(tǒng)的模擬效果較好；在進(jìn)行多次的模擬培訓(xùn)后，培訓(xùn)隊(duì)員的身體反應(yīng)變化逐步減小，說明隊(duì)員在經(jīng)過多次訓(xùn)練后身體素質(zhì)不斷增強(qiáng)。

2) 在應(yīng)用該模擬培訓(xùn)系統(tǒng)后，培訓(xùn)隊(duì)員對井下突發(fā)情況有了更真切更清晰的認(rèn)識，在應(yīng)對突發(fā)情況時(shí)可以從容應(yīng)對、高效解決。提高了救援效率。

4 結(jié) 語

針對煤礦各種安全隱患的特點(diǎn)，為提高救護(hù)對員的培訓(xùn)質(zhì)量，使培訓(xùn)更真實(shí)地貼近現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)了一套安全高效的礦山救護(hù)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，對提升救護(hù)對員的專業(yè)技能，提高救護(hù)效率，具有積極意義。