大柳塔煤矿多系统融合联动应急救援系统

王 飞

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

煤矿井下救援系统庞大，救援设备繁多，救援体系复杂，应对灾情的调度指挥过分依靠现场人员汇报，由此导致救援不及时、施救不精准、措施不合理，大大影响整个救援过程的时效性[1-3]。将矿井下各个子系统融合集成到统一平台，在发生灾情时系统保护自动投入运行，灾情区域及附近的相关数据迅速推送给调度指挥人员，调度指挥人员根据数据可以做出最快最准确的判断，并启动相应的灾情应急预案，为井下工作人员提供救援，确保其生命安全。

1 煤矿井下危害因素

煤矿井下危害因素甚多，时刻威胁着矿井工作人员的人身安全，其主要包含以下几个方面[4-6]。

粉尘：由于煤层本身受到矿山压力的影响以及地质构造作用，在煤层及围岩的裂隙中产生并存在一定量的原生矿尘，井下生产过程中各个环节(采掘、运输、爆破等)也会产生大量粉尘，包括岩尘和煤尘，作业人员长期在粉尘超标环境工作极易引起矽肺病和煤肺病。

有毒有害气体：井下生产与车辆运行过程中产生的气体致使空气中存在大量甲烷、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氨气、氮氧化合物等有毒有害气体，一旦通风不佳，不能及时稀释有毒有害气体就可能造成人员中毒，严重者会致人死亡。

井下气候条件不良：井下湿度大、风速大、温差大，从业人员易患腰椎病、颈椎病等职业病。

噪声污染：现代化矿井中生产机械化程度很高，设备产生的噪声容易引起从业人员听力下降，严重者会造成作业人员耳聋、鼓膜破裂的情况。

自然灾害威胁：井下地质条件复杂，隐蔽致灾地质因素难以查明，冒顶、片帮、透水、溃沙、瓦斯突出等自然灾害时刻威胁着井下工人的生命安全。

2 现代化矿井中各救援子系统简介

矿井救援系统是在井下发生事故时能够为井下人员提供救援保障确保其生命安全的系统，目前矿井救援系统主要涵盖以下几个方面。

2.1 监测监控系统

煤矿监测监控系统主要是用来监测井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、矿尘浓度、风速、风压、湿度、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要风机开停等，并实现气体浓度超限声光报警、断电和瓦斯风电闭锁控制等功能的系统。

矿井监测监控系统由井上部分和井下部分组成，采用分布式总线结构，一般由传感器、执行机构、分站、电源箱(或电控箱)、主站(或传输接口)、主机(含显示器)、系统软件、服务器、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口电缆和接线盒等组成。

2.2 人员定位系统

人员定位系统地面设备由采集服务器、工控机、数据通信接口、UPS电源等组成，井下设备由读卡分站、无线收发器、标识卡、定位器、电源箱、传输电缆等组成。人员定位系统以现代无线电编码通讯技术为基础，应用现代无线电通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术，结合流行的数据通讯、数据处理及图形展示等技术。系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况;系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，以便于企业进行更加合理的调度和管理。

人员定位系统具有定位、轨迹、求救及撤离、报表、统计等功能。监测携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等。定位即主要实现井口、岔路口、转弯、变电所、硐室等重点区域的信号覆盖及定位；轨迹即根据人员经过信号覆盖区的记录形成轨迹；定位卡在信号覆盖区内具有发送求救及接收撤离功能。系统具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、出生年月、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能；可统计下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员、超员报警人员总数及人员、限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员等。

2.3 通讯联络系统

通讯联络系统是为满足煤矿的生产规模和矿/局调度、高效率协调等一级调度模式要求，以及实现录音、强拆、强插、全呼、组呼、直通、一键直拨等调度功能。大柳塔煤矿井下通讯系统分为有线通讯系统、无线通讯系统、广播系统。有线通讯系统主要为固定电话，采用模拟或IP电话可实现井下与地面的语音联络；无线通讯系统主要为4G手机，大柳塔煤矿井下已全部覆盖4G网络，可实现语音通话、视频通话、互联网上网、手机终端监测等功能；广播系统主要为井下综合分站语音广播及顺槽扩音电话，4G综合分站可实现4G无线通信、模拟/IP电话、人员定位、广播、视频监控、485串口/CAN等多系统接入。

2.4 井下避难硐室

井下避难硐室包含临时避难硐室和永久避难硐室，是在发生事故时井下人员的紧急避难装置，具备安全防护、氧气供给、有害气体处理、温湿度控制、避难硐室内外环境参数监测、通讯、照明及指示、基本生存保障等功能，保证在无任何外部支持的情况下维持避难硐室内额定避险人员的生存。

2.5 压风自救系统

压风自救系统由空气压缩机、井下压风管路及固定式永久性自救装备组成，在发生事故时为井下人员提供足够氧气[7-8]。当发生煤和瓦斯突出或突出前有预兆出现时，工作人员进入自救装置，打开压气阀避灾。

2.6 供水施救系统

供水施救系统就是矿井在避灾路线上必须要敷设的供水管路，在矿井发生事故时井下人员能从供水施救系统上得到清洁水源及地面输送下来的营养液。

2.7 井下工业视频系统

井下工业视频系统是在井下特定区域安装防爆摄像机，通过井下工业环网将视频画面传至地面视频服务器，从而实现地面工作人员对井下生产情况的实时监控和历史视频画面的记录。大柳塔煤矿已实现井下综采工作面、掘进工作面、主运胶带机、掘进工作面胶带机、供排水泵房、变电所及部分配电点、水仓、避难硐室、部分巷道等区域的工业视频覆盖，为地面生产指挥人员提供现场画面，发生事故时为救援指挥提供可靠的判断依据。

3 多系统融合联动应急救援系统

现代化矿井中系统复杂多样，各系统使用的设备由于产品生产厂家不同，没有统一的数据传输协议标准，由此导致各系统间相互独立，数据无法共享，产生信息孤岛。在发生事故时，救援指挥人员往往需要通过不同的软件平台逐条核实各系统设备运行数据状态，过分依靠现场人员的汇报，无形中降低了救援效率，容易错过最佳救援时机。

多系统融合联动应急救援系统是指将矿井救援的各个子系统通过统一的协议标准接入同一个平台，在发生事故时能立即调取相关区域及相关设备的数据信息，为救援指挥提供可靠判断依据，实现救援的快速性与准确性。融合的系统包含：安全监控系统、人员定位系统、应急广播系统、工业视频系统、供电系统、供水系统、排水系统，主要采用多系统融合模块和GIS平台模块来实现。

LCS系统(区域中央自动化控制系统)是将矿井各子系统(综采系统、掘进系统、主运系统、供电系统、供水系统、排水系统、通风系统、洗选加工系统、工业视频系统)高度集成在同一个平台上，实现煤炭生产从采掘、运输和洗选加工等一体化管理模式，形成了专业的调度体系，优化了生产控制指挥流程，实现了设备的集中控制，数据的集中管理和信息的高度集成与共享。

LCS工业控制系统可以融合的系统包括人员(车辆)定位系统、应急广播系统、工业视频系统、供电系统、供水系统、排水系统、通风系统、KJ83X(A)数字监控系统等。针对目前各系统属于不同厂家的现状，选取系统地面数据融合方法，采用基于XML+HTTP的WebServices开发平台，通过制定标准协议函数，实现系统之间的数据请求和获取。

如图1所示，监测监控系统将报警信息及报警区域气体监测数据推送至GIS平台，GIS平台通过人员定位系统获取报警区域人员及车辆信息，GIS平台将获取到的数据转化为统一OPC协议发送至LCS工业控制系统，LCS系统整合人员定位系统、应急广播系统、工业视频系统、供电系统、供排水系统、通风系统、KJ83X(A)数字监控系统等，在发生事故时调度指挥人员可通过LCS系统获取各系统信息。

图1 多系统融合联动示意图

4 多系统融合联动事故响应过程

监测监控系统对井下各地点进行全天候监控，LCS系统对井下各个子系统进行数据监测记录。如果井下某区域出现瓦斯超限、需要紧急撤人时，应急救援联动系统会立刻自动切断该区域动力电源避免产生电气火花引燃瓦斯，周围作业人员马上会听到附近广播基站发出紧急撤人信号，同时工人携带的智能矿灯会出现远近光切换，并伴随有声音报警，提醒工作人员紧急撤离危险区域。同时，调度安全监控系统也会出现紧急报警，并提示报警地点位置信息，报警区域及附近人员信息、车辆信息、气体监测数据、工业视频画面等迅速弹出，供电系统、供排水系统、通风系统等数据可随时调取，方便调度员准确判断井下实际情况，并启动相应的应急预案，确保为井下人员提供及时准确的救援保护。图2为多系统融合联动事故响应流程图。

图2 多系统融合联动事故响应流程图

5 结语

安全生产长期以来一直是我国的一项基本国策，是保护劳动者安全健康和发展生产力的重要工作，同时也是维护社会安定团结，促进国民经济稳定、持续、健康发展的基本条件。生产安全工作是煤炭企业的生命线、幸福线。没有安全，就没有生产；没有效益，就没有矿区的稳定发展。因此，只有稳抓、狠抓安全生产工作，才能全面提升企业的安全管理水平，才能确保企业安全生产，才能实现企业经济效益最大化，才能更好地保持煤炭企业强劲的发展势头。现代化矿井的安全核心理念是“以人为本，安全至上”。矿井工作人员的生命安全关系到一个煤矿企业的发展前景，关系到每个矿工家庭的幸福安康，严把安全关才能有力保障煤矿企业的健康发展。应急救援是保障矿井工作人员生命安全的最后一道关口，在矿井发生事故后能迅速判断现场情况并组织实施救援工作可以最大限度的减少人员伤亡和经济损失，把矿井救援的各个子系统融入统一平台将大大提高救援保障力度，进而提升救援效率。