大柳塔煤礦多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)

王 飛

(神東煤炭集團(tuán)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(shè)備繁多，救援體系復(fù)雜，應(yīng)對(duì)災(zāi)情的調(diào)度指揮過(guò)分依靠現(xiàn)場(chǎng)人員匯報(bào)，由此導(dǎo)致救援不及時(shí)、施救不精準(zhǔn)、措施不合理，大大影響整個(gè)救援過(guò)程的時(shí)效性[1-3]。將礦井下各個(gè)子系統(tǒng)融合集成到統(tǒng)一平臺(tái)，在發(fā)生災(zāi)情時(shí)系統(tǒng)保護(hù)自動(dòng)投入運(yùn)行，災(zāi)情區(qū)域及附近的相關(guān)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(zhǔn)確的判斷，并啟動(dòng)相應(yīng)的災(zāi)情應(yīng)急預(yù)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(shí)刻威脅著礦井工作人員的人身安全，其主要包含以下幾個(gè)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(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)(采掘、運(yùn)輸、爆破等)也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，包括巖塵和煤塵，作業(yè)人員長(zhǎng)期在粉塵超標(biāo)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(yùn)行過(guò)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(fēng)不佳，不能及時(shí)稀釋有毒有害氣體就可能造成人員中毒，嚴(yán)重者會(huì)致人死亡。

井下氣候條件不良：井下濕度大、風(fēng)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(jī)械化程度很高，設(shè)備產(chǎn)生的噪聲容易引起從業(yè)人員聽(tīng)力下降，嚴(yán)重者會(huì)造成作業(yè)人員耳聾、鼓膜破裂的情況。

自然災(zāi)害威脅：井下地質(zhì)條件復(fù)雜，隱蔽致災(zāi)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(zāi)害時(shí)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(jiǎn)介

礦井救援系統(tǒng)是在井下發(fā)生事故時(shí)能夠?yàn)榫氯藛T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(gè)方面。

2.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要是用來(lái)監(jiān)測(cè)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(fēng)速、風(fēng)壓、濕度、溫度、饋電狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、主要風(fēng)機(jī)開(kāi)停等，并實(shí)現(xiàn)氣體濃度超限聲光報(bào)警、斷電和瓦斯風(fēng)電閉鎖控制等功能的系統(tǒng)。

礦井監(jiān)測(cè)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(jī)構(gòu)、分站、電源箱(或電控箱)、主站(或傳輸接口)、主機(jī)(含顯示器)、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)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(shè)備由采集服務(wù)器、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通信接口、UPS電源等組成，井下設(shè)備由讀卡分站、無(wú)線收發(fā)器、標(biāo)識(shí)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(wú)線電編碼通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代無(wú)線電通訊技術(shù)中的信令技術(shù)及無(wú)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(shí)、準(zhǔn)確的將井下各個(gè)區(qū)域人員和移動(dòng)設(shè)備情況動(dòng)態(tài)反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握井下人員和移動(dòng)設(shè)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(gè)礦工入井、出井時(shí)間及運(yùn)動(dòng)軌跡，以便于企業(yè)進(jìn)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(bào)表、統(tǒng)計(jì)等功能。監(jiān)測(cè)攜卡人員出/入井時(shí)刻、出/入重點(diǎn)區(qū)域時(shí)刻、出/入限制區(qū)域時(shí)刻等。定位即主要實(shí)現(xiàn)井口、岔路口、轉(zhuǎn)彎、變電所、硐室等重點(diǎn)區(qū)域的信號(hào)覆蓋及定位；軌跡即根據(jù)人員經(jīng)過(guò)信號(hào)覆蓋區(qū)的記錄形成軌跡；定位卡在信號(hào)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(hào)、姓名、身份證號(hào)、出生年月、職務(wù)或工種、所在區(qū)隊(duì)班組、主要工作地點(diǎn)、每月下井次數(shù)、下井時(shí)間、每天下井情況等顯示、打印、查詢等功能；可統(tǒng)計(jì)下井人員總數(shù)及人員、重點(diǎn)區(qū)域人員總數(shù)及人員、超時(shí)報(bào)警人員總數(shù)及人員、超員報(bào)警人員總數(shù)及人員、限制區(qū)域報(bào)警人員總數(shù)及人員、特種作業(yè)人員工作異常報(bào)警總數(shù)及人員等。

2.3 通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

通訊聯(lián)絡(luò)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(jí)調(diào)度模式要求，以及實(shí)現(xiàn)錄音、強(qiáng)拆、強(qiáng)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(wú)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(shí)現(xiàn)井下與地面的語(yǔ)音聯(lián)絡(luò)；無(wú)線通訊系統(tǒng)主要為4G手機(jī)，大柳塔煤礦井下已全部覆蓋4G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話、視頻通話、互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)、手機(jī)終端監(jiān)測(cè)等功能；廣播系統(tǒng)主要為井下綜合分站語(yǔ)音廣播及順槽擴(kuò)音電話，4G綜合分站可實(shí)現(xiàn)4G無(wú)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(shí)避難硐室和永久避難硐室，是在發(fā)生事故時(shí)井下人員的緊急避難裝置，具備安全防護(hù)、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(cè)、通訊、照明及指示、基本生存保障等功能，保證在無(wú)任何外部支持的情況下維持避難硐室內(nèi)額定避險(xiǎn)人員的生存。

2.5 壓風(fēng)自救系統(tǒng)

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

2.6 供水施救系統(tǒng)

供水施救系統(tǒng)就是礦井在避災(zāi)路線上必須要敷設(shè)的供水管路，在礦井發(fā)生事故時(shí)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(lái)的營(yíng)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(jī)，通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)將視頻畫(huà)面?zhèn)髦恋孛嬉曨l服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)地面工作人員對(duì)井下生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史視頻畫(huà)面的記錄。大柳塔煤礦已實(shí)現(xiàn)井下綜采工作面、掘進(jìn)工作面、主運(yùn)膠帶機(jī)、掘進(jìn)工作面膠帶機(jī)、供排水泵房、變電所及部分配電點(diǎn)、水倉(cāng)、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(chǎng)畫(huà)面，發(fā)生事故時(shí)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(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)

現(xiàn)代化礦井中系統(tǒng)復(fù)雜多樣，各系統(tǒng)使用的設(shè)備由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家不同，沒(méi)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，由此導(dǎo)致各系統(tǒng)間相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)無(wú)法共享，產(chǎn)生信息孤島。在發(fā)生事故時(shí)，救援指揮人員往往需要通過(guò)不同的軟件平臺(tái)逐條核實(shí)各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)狀態(tài)，過(guò)分依靠現(xiàn)場(chǎng)人員的匯報(bào)，無(wú)形中降低了救援效率，容易錯(cuò)過(guò)最佳救援時(shí)機(jī)。

多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)是指將礦井救援的各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)接入同一個(gè)平臺(tái)，在發(fā)生事故時(shí)能立即調(diào)取相關(guān)區(qū)域及相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，為救援指揮提供可靠判斷依據(jù)，實(shí)現(xiàn)救援的快速性與準(zhǔn)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(yīng)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(tái)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

LCS系統(tǒng)(區(qū)域中央自動(dòng)化控制系統(tǒng))是將礦井各子系統(tǒng)(綜采系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)、主運(yùn)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)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(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)從采掘、運(yùn)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(shí)現(xiàn)了設(shè)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(yīng)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(fēng)系統(tǒng)、KJ83X(A)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等。針對(duì)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議函數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)請(qǐng)求和獲取。

如圖1所示，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)將報(bào)警信息及報(bào)警區(qū)域氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推送至GIS平臺(tái)，GIS平臺(tái)通過(guò)人員定位系統(tǒng)獲取報(bào)警區(qū)域人員及車輛信息，GIS平臺(tái)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(yīng)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(fēng)系統(tǒng)、KJ83X(A)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等，在發(fā)生事故時(shí)調(diào)度指揮人員可通過(guò)LCS系統(tǒng)獲取各系統(tǒng)信息。

圖1 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)示意圖

4 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)過(guò)程

監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下各地點(diǎn)進(jìn)行全天候監(jiān)控，LCS系統(tǒng)對(duì)井下各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)記錄。如果井下某區(qū)域出現(xiàn)瓦斯超限、需要緊急撤人時(shí)，應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)立刻自動(dòng)切斷該區(qū)域動(dòng)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(huì)聽(tīng)到附近廣播基站發(fā)出緊急撤人信號(hào)，同時(shí)工人攜帶的智能礦燈會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)近光切換，并伴隨有聲音報(bào)警，提醒工作人員緊急撤離危險(xiǎn)區(qū)域。同時(shí)，調(diào)度安全監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)緊急報(bào)警，并提示報(bào)警地點(diǎn)位置信息，報(bào)警區(qū)域及附近人員信息、車輛信息、氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻畫(huà)面等迅速?gòu)棾觯╇娤到y(tǒng)、供排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)可隨時(shí)調(diào)取，方便調(diào)度員準(zhǔn)確判斷井下實(shí)際情況，并啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保為井下人員提供及時(shí)準(zhǔn)確的救援保護(hù)。圖2為多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)流程圖。

圖2 多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)事故響應(yīng)流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

安全生產(chǎn)長(zhǎng)期以來(lái)一直是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，是保護(hù)勞動(dòng)者安全健康和發(fā)展生產(chǎn)力的重要工作，同時(shí)也是維護(hù)社會(huì)安定團(tuán)結(jié)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(méi)有安全，就沒(méi)有生產(chǎn)；沒(méi)有效益，就沒(méi)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(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化，才能更好地保持煤炭企業(yè)強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。現(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(guān)系到一個(gè)煤礦企業(yè)的發(fā)展前景，關(guān)系到每個(gè)礦工家庭的幸福安康，嚴(yán)把安全關(guān)才能有力保障煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。應(yīng)急救援是保障礦井工作人員生命安全的最后一道關(guān)口，在礦井發(fā)生事故后能迅速判斷現(xiàn)場(chǎng)情況并組織實(shí)施救援工作可以最大限度的減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，把礦井救援的各個(gè)子系統(tǒng)融入統(tǒng)一平臺(tái)將大大提高救援保障力度，進(jìn)而提升救援效率。