煤礦企業(yè)消防安全管理的智能化應(yīng)用

摘要：在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，煤礦企業(yè)消防安全管理迎來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，通過對智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的應(yīng)用研究，構(gòu)建了一套基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的煤礦消防安全管理體系。研究表明，智能傳感器網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)對井下火災(zāi)隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)運(yùn)用先進(jìn)的算法模型，對煤礦消防安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深度挖掘和精準(zhǔn)預(yù)測。智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的廣泛應(yīng)用，顯著提升了煤礦消防安全管理的效率與可靠性，大幅降低火災(zāi)事故發(fā)生率，有效減少了火災(zāi)事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)有力的保障。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；智能化應(yīng)用；人工智能；預(yù)警系統(tǒng)

煤礦企業(yè)屬于高危行業(yè)，其消防安全管理工作直接關(guān)乎人員生命財(cái)產(chǎn)安全、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)的人工巡檢和固定監(jiān)測方式已難以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需求，智能化技術(shù)的發(fā)展為煤礦消防安全管理帶來新的解決方案，將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)融入消防安全管理實(shí)踐，對提升煤礦安全管理水平具有重要意義。

1 煤礦企業(yè)消防安全管理智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)

1.1" 煤礦消防安全管理的特點(diǎn)與要求

煤礦企業(yè)消防安全管理具有系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境特殊以及風(fēng)險(xiǎn)多樣的顯著特征。煤礦消防安全管理涉及地上地下多個(gè)區(qū)域，地上部分包括地面生產(chǎn)管理區(qū)、主井、運(yùn)輸大巷等固定區(qū)域，以及采掘工作面、機(jī)電硐室等重點(diǎn)防火區(qū)域[1]，見圖1。從風(fēng)險(xiǎn)類型來看，煤礦企業(yè)面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要包括煤層自燃、機(jī)電設(shè)備過熱、可燃?xì)怏w積聚、易燃物品管理不當(dāng)?shù)榷喾N情況。基于煤礦企業(yè)的特殊性，消防安全管理必須滿足全時(shí)段監(jiān)控、多點(diǎn)位覆蓋、快速響應(yīng)以及協(xié)同聯(lián)動(dòng)等要求。煤礦企業(yè)需要建立完善的消防安全管理制度體系，實(shí)現(xiàn)消防安全責(zé)任的精細(xì)化分解與落實(shí)，確保各項(xiàng)消防安全措施得到有效執(zhí)行。在具體實(shí)施過程中，煤礦消防安全管理應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注火災(zāi)預(yù)防、火災(zāi)報(bào)警、火災(zāi)撲救、應(yīng)急疏散等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并結(jié)合煤礦生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，制定針對性的消防安全技術(shù)措施和應(yīng)急處置預(yù)案。

1.2" 智能化技術(shù)在消防安全管理中的應(yīng)用

智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的應(yīng)用貫穿于感知監(jiān)測、分析預(yù)警以及控制處置等多個(gè)層面。在感知監(jiān)測層面，通過部署溫度傳感器、煙霧傳感器、氣體傳感器以及紅外傳感器等多種智能傳感設(shè)備，構(gòu)建井上井下一體化的消防安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集[2]，在分析預(yù)警層面，利用深度學(xué)習(xí)算法對采集的海量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型。通過對溫度變化趨勢、氣體濃度變化規(guī)律等關(guān)鍵指標(biāo)的智能分析，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的早期識(shí)別與預(yù)警。在控制處置層面，依托智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)施的遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)噴淋裝置與通風(fēng)系統(tǒng)等消防設(shè)施，并根據(jù)火情發(fā)展態(tài)勢，動(dòng)態(tài)調(diào)整處置策略，提高火災(zāi)撲救效率。

1.3" 智能化應(yīng)用面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的應(yīng)用面臨新的發(fā)展機(jī)遇，隨著5G通信、邊緣計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為煤礦消防安全管理的智能化升級提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。智能傳感器的精度與可靠性不斷提升，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，智能分析算法的準(zhǔn)確性與效率持續(xù)改進(jìn)，這些技術(shù)進(jìn)步為實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的火災(zāi)預(yù)警與更加高效的應(yīng)急處置創(chuàng)造了有利條件。然而，智能化應(yīng)用在實(shí)施過程中也面臨著挑戰(zhàn)，井下復(fù)雜環(huán)境對智能傳感設(shè)備的適應(yīng)性與可靠性提出了較高要求，海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與存儲(chǔ)需要更加完善的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，智能分析算法需要考慮煤礦安全生產(chǎn)的特殊性，系統(tǒng)集成與平臺(tái)建設(shè)需要較大的技術(shù)投入與維護(hù)成本，專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)與儲(chǔ)備亟待加強(qiáng)。針對這些挑戰(zhàn)，需要通過技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及人才培養(yǎng)等多方面措施，推動(dòng)智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的深入應(yīng)用。

2 煤礦企業(yè)消防安全管理智能化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1" 火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測的智能化應(yīng)用

煤礦火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式智能傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過部署多類型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建全方位監(jiān)測體系[3]，系統(tǒng)在井下重點(diǎn)區(qū)域布置溫度傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器、氣體傳感器等多源異構(gòu)傳感設(shè)備，并通過5～30s的采樣頻率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與傳輸。基于深度學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)對采集的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和特征提取，建立火災(zāi)預(yù)警模型和煤層自燃預(yù)測模型，系統(tǒng)通過監(jiān)測CO濃度變化率與溫度變化率之間的關(guān)系，計(jì)算火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R：

（1）

其中，ΔC/Δt為CO濃度變化率，ΔT/Δt為溫度變化率，k1和k2為權(quán)重系數(shù)，當(dāng)R值超過預(yù)警閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)合專家知識(shí)庫和歷史數(shù)據(jù)，對預(yù)警結(jié)果進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，提高預(yù)警準(zhǔn)確率，在數(shù)據(jù)傳輸方面，系統(tǒng)采用5G通信技術(shù)和邊緣計(jì)算架構(gòu)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和快速處理，監(jiān)測數(shù)據(jù)延遲低于100ms，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。

2.2" 消防設(shè)施管理的智能化應(yīng)用

消防設(shè)施智能化管理系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)施的智能化監(jiān)控、維護(hù)和管理，系統(tǒng)通過智能標(biāo)簽和傳感器對消火栓、滅火器及噴淋系統(tǒng)等設(shè)施進(jìn)行全生命周期管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、使用情況以及維護(hù)記錄。針對井下消防設(shè)施的特殊性，系統(tǒng)建立了基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的設(shè)備故障預(yù)測模型，通過分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和歷史維護(hù)數(shù)據(jù)，預(yù)測設(shè)備可能發(fā)生的故障，提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)[4]，系統(tǒng)采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建消防設(shè)施的虛擬模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)施布局的可視化管理和優(yōu)化，在維護(hù)管理方面，系統(tǒng)自動(dòng)生成設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，通過移動(dòng)終端推送維護(hù)任務(wù)，并利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備檢修，提高維護(hù)效率和質(zhì)量。系統(tǒng)還建立了設(shè)備管理評估指標(biāo)體系，從可用性、可靠性、維護(hù)效率等維度對設(shè)施管理效果進(jìn)行量化評估。

2.3" 應(yīng)急處置的智能化應(yīng)用

應(yīng)急處置智能化系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建了智能化的應(yīng)急決策支持平臺(tái)，系統(tǒng)整合了井上下監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)以及通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)等多源信息，建立了動(dòng)態(tài)的應(yīng)急處置知識(shí)庫。當(dāng)發(fā)生火情時(shí)，系統(tǒng)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析火災(zāi)發(fā)展態(tài)勢，結(jié)合通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算，自動(dòng)生成最優(yōu)疏散路徑和處置方案[5]。系統(tǒng)采用清華大學(xué)提出的井下火災(zāi)蔓延預(yù)測模型，通過計(jì)算火災(zāi)功率Q和煙氣擴(kuò)散速度v，預(yù)測火災(zāi)發(fā)展趨勢：

式中：α—火災(zāi)增長系數(shù)，kW/s2；

A——火源面積，m2；

H——熱值，kJ/kg；

t——時(shí)間，s；

k——比例系數(shù)；

ρ——空氣密度，kg/m3；

cp——定壓比熱容，kJ/（kg·K）；

?T——溫升，K。

系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整滅火策略和資源調(diào)配方案，在應(yīng)急指揮方面，系統(tǒng)采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建三維可視化平臺(tái)，實(shí)時(shí)展示火情發(fā)展、人員分布和設(shè)備狀態(tài)，為指揮決策提供信息支持。

3 煤礦企業(yè)消防安全管理智能化應(yīng)用的實(shí)施與效果

3.1" 智能化應(yīng)用的實(shí)施路徑

煤礦企業(yè)消防安全管理智能化系統(tǒng)的實(shí)施需遵循“整體規(guī)劃，分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，持續(xù)優(yōu)化”的基本原則，在實(shí)施過程中，應(yīng)先完成頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)規(guī)劃，明確智能化建設(shè)目標(biāo)和技術(shù)路線，制定詳細(xì)的實(shí)施方案和進(jìn)度計(jì)劃。在基礎(chǔ)設(shè)施層面，通過建設(shè)高速工業(yè)以太網(wǎng)與5G專網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)，部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)和云計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建支撐智能化應(yīng)用的信息基礎(chǔ)設(shè)施。在感知層建設(shè)方面，根據(jù)井下不同區(qū)域的特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)等級，科學(xué)規(guī)劃傳感器布置方案，建立多層次的數(shù)據(jù)采集體系，在平臺(tái)建設(shè)方面，采用微服務(wù)架構(gòu)和容器技術(shù)，構(gòu)建靈活可擴(kuò)展的智能化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚、分析處置以及指揮調(diào)度等核心功能，在運(yùn)維保障方面，建立專業(yè)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，制定完善的運(yùn)維制度，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)優(yōu)化，實(shí)施過程中應(yīng)注重新舊系統(tǒng)的融合銜接，確保在智能化改造過程中生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2" 智能化應(yīng)用的實(shí)踐

以扎哈淖爾煤礦智慧消防系統(tǒng)建設(shè)為例，該礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市扎魯特旗境內(nèi)，礦區(qū)占地面積30.52km2，年生產(chǎn)能力1800萬t，資源儲(chǔ)量豐富，礦區(qū)在133膠帶、233膠帶、106膠帶及其驅(qū)動(dòng)站等關(guān)鍵區(qū)域部署了集成化的智能消防系統(tǒng)，包括粉塵防爆智能多梯級火災(zāi)探測系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、分布式光纖測溫系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)以及半固定式水噴霧滅火系統(tǒng)，并在礦內(nèi)消防站控制室建立智慧消防遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，系統(tǒng)運(yùn)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對消防控制系統(tǒng)設(shè)備及各類預(yù)警信息、報(bào)警信息、故障信息和報(bào)警位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能分析，該系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新性體現(xiàn)在將溫度、煙霧、火焰多參數(shù)融合，開發(fā)出適用于-40℃極嚴(yán)寒環(huán)境的圖像智能火災(zāi)探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)火災(zāi)多梯級早期報(bào)警功能。同時(shí)，創(chuàng)新性地將定位定區(qū)、分階段固定以及半固定滅火系統(tǒng)綜合技術(shù)應(yīng)用于輸煤系統(tǒng)各環(huán)節(jié)。

3.3" 智能化應(yīng)用的效果評估與優(yōu)化建議

智能化消防安全管理系統(tǒng)的實(shí)施效果可從安全性能、經(jīng)濟(jì)效益和管理效率3個(gè)維度進(jìn)行評估，見表1，通過對系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，主要運(yùn)行指標(biāo)均取得顯著提升：火災(zāi)事故預(yù)警準(zhǔn)確率從實(shí)施前的85%提升至95%，火情處置響應(yīng)時(shí)間從15min縮短至9min，設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)率從75%提升至92%，消防設(shè)施完好率從90%提升至98%，針對系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，需要持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，包括加強(qiáng)井下傳感器的防護(hù)措施、優(yōu)化預(yù)警算法、提升系統(tǒng)可靠性、加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)等方面。

4 結(jié)束語

智能化技術(shù)在煤礦消防安全管理中的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)管理模式中存在的突出問題，通過構(gòu)建智能化消防安全管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對煤礦火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的智能感知、準(zhǔn)確預(yù)警以及快速處置，顯著提升了煤礦消防安全管理水平。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化應(yīng)用將在煤礦消防安全管理中發(fā)揮更大作用，為煤礦安全生產(chǎn)提供更加可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]張愛玲，潘文崢，張瀟卓，等.深耕企業(yè)安全“責(zé)任田”推動(dòng)治本攻堅(jiān)三年行動(dòng)走深走實(shí)[J].中國安全生產(chǎn)，2024，19（10）：18-39.

[2]韓丞燾.煤礦物資倉儲(chǔ)安全智能化管理現(xiàn)狀及防控措施[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2024（4）：97-99.

[3]王璇.新型智慧城市模式下的煤礦智慧園區(qū)規(guī)劃與建設(shè)[J].智能礦山，2022，3（7）：126-130.

[4]孫建榮.煤礦地下管網(wǎng)智能化管理思路探索[J].能源科技，2021，19（3）：30-34.

[5]楊振平.信息化技術(shù)在煤礦企業(yè)消防安全管理中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2021（10）：134-135.