矿井多系统融合联动应急救援系统研究

吴文渊

（潞安集团漳村煤矿，山西长治 046032）

0 引言

煤矿井下拥有庞大的救援系统，繁多的救援设备，出现灾情后的调度指挥过于依赖现场人员的汇报，因此导致救援不及时、方案不科学、施救不准确，进而对救援过程的时效性造成了极大的影响。将矿井下各个子系统加以融合，使其融入到一个平台中，在产生灾情的时候，保护体系将自动运行，灾区及其周围的相关数据都将及时传递到指挥人员手中，指挥人员可以基于该数据来做出精确有效的判断，并根据灾情的特点来启动应急预案，为作业人员提供有效的救援，保障他们的人身安全[1]。

1 煤矿井下危害因素

煤矿井下存在较多的危害因素，对工作人员的安全造成了极大的威胁，其中主要为以下几点。

（1）粉尘

由于矿山压力及地质构造对煤层造成一定的影响，导致煤层与围岩的缝隙之中产生了相应的矿尘，并大量聚集其中。同时矿井生产的过程中也会产生较多的粉尘，其中有煤尘、岩尘，若工作人员长时间处于粉尘超标的环境下将会产生一定的疾病[2]。

（2）毒害气体

矿井生产及车辆运转所产生的气体将会导致空气中存在较多的毒害气体，如一氧化碳、甲烷、硫化氢等等，若不具备较好的通风条件，无法及时排出毒害气体，那么工作人员的人身安全将会受到极大的威胁，出现中毒现象，甚至是死亡。

（3）恶劣环境

矿井下环境的湿度、风速及温差较大，导致作业人员容易出现相应的职业病，如颈椎疾病、腰椎疾病等。

（4）噪声污染

矿井的现代化生产中存在着较高的机械化水平，设备会出现较大的噪声，导致作业人员的听力降低，更有甚者会出现耳聋、耳膜破裂的现象。

（5）自然灾害影响

矿井的地质构造较为复杂，存在较多难以查明的隐秘致灾因素，例如冒顶、瓦斯等等，这些因素对井下工作人员的人身安全造成了较大的威胁。

2 现代化矿井中各救援子系统

2.1 监测监控系统

煤矿监测监控系统的作用主要是对井下毒害气体的浓度（硫化物、CO/CO2等）、风压、风速、温/湿度等各个参数进行监测，同时实现瓦斯风电闭锁控制、气体浓度超标声光警报等各个功能的系统。

矿井监测监控系统主要分为井上与井下两部分，运用分布式总线结构，其构成一般为传感器、电源箱、服务器、执行单元、主机、显示屏幕、接线盒等等[3]。

2.2 人员定位系统

人员定位系统的地面设备主要由数据通讯接口、UPS电源、工控机等所构成，井下设备的构成主要为定位器、传输电缆、无线收发器等等。人员定位系统基于现代化的无线电编码通信技术，并运用该技术中的无线接发技术与信令技术，与现代化的数据处理及通讯技术和图形展示技术相结合。该系统可以将井下各区域中各个人员及设备的工作状况及时精确地传输到地面，使管理人员可以实时掌握井下人员及设备的散布状况及数量；系统可以对干部下井状况、各个作业人员下井及出井的时间及轨迹进行及时追踪，以促使企业开展更科学的管理与调度。

人员定位系统的功能主要为定位、轨道、撤离、统计等等呢个。对携卡人员下井/出井的时间、出/入重要区域的时间、出/入限定区域的时间进行有效地监测。定位功能主要是对矿井口、分岔口、变电站等各个关键区域的信号进行定位及覆盖；轨迹指的是根据作业人员通过信号覆盖区所作出的记录形成的轨迹；在信号覆盖区域，定位卡所发挥的功能为发出求救、接受撤退。系统所具有的功能主要是对携卡人员的名字、编号、出生日期、证件信息、工作岗位、所属班组、工作区域及每次下井的时间、频率等进行展示、查询及打印；也可以对下井的人员及其数量、重要区域的人员及其数量、超员及超时的人员总数、限定区域内报警的人员及其数量、特种人员异常工作的报警人员及其数量等加以统计[4]。

2.3 通讯联络系统

该系统所发挥的作用主要为实现矿井生产规模和矿局调度、高效协同等一级调度的要求，并完成强插、组呼、直拨等各个调度功能。大柳塔煤矿井所具有的通讯系统主要包含了无线/有线通信系统及广播体系。有线通信系统指的是固定电话，通过运用IP电话可以使矿井与地面保持有效的语音联络；无线通信体系指的是4G手机，目前我国大部分矿井都已完全覆盖4G网，可以完成语音通话、网络上网、手机监测等多项功能；广播系统指的是矿井综合分站语音广播及顺槽扩音电话，该系统可以对多个子系统进行较好的融合，如人员定位、视讯监控、广播等等[5]。

2.4 井下避难硐室

该室主要分为两个部分，分别为临时和永久两个避难硐室，主要是在矿井产生灾情之后为作业人员提供紧急避难场所，其所具备的功能主要为对毒害气体加以处理、提供氧气、控制温湿度、照明、通信、生存所需的基本保障等等，确保其在不存在任何外界支撑的状况下维持避难硐室中避险人员的生存。

2.5 压风自救系统

该系统的构成主要为空气压缩设备、矿井压风管道及永久式固定性自救设备，在发生事故的时候，该系统可以为矿井作业人员提供充足的氧气。当瓦斯和煤突出或者出现突出预兆之时，作业人员可以进到自救设备中，启动压气阀来避开灾情。

2.6 供水施救系统

该系统指的是在避灾线路上矿井必须设置相应的供水管道，在产生事故之后作业人员可以利用该系统来获取洁净的水源及由地面传输下来的营养液体[6]。

3 多系统融合联动应急救援系统

矿井的现代化系统具有较强的复杂性，各个系统所运用的设备因厂家不同，也不具备相同的数据传输协议，因此导致各个系统之间无法融合，彼此独立，难以共享数据，形成了信息孤岛。在产生事故的时候，救援指挥人员通常需要运用多个软件平台来核对各个系统设备的运行数据，过于依赖现场人员的报告，导致救援效率不断降低，进而错过了最恰当的救援时间。

多系统融合联动应急救援系统指的是利用相同的协议标准将救援系统中的各个子系统连接到同一平台中，在产生灾情时可以及时调取相关区域及设备的数据信息，为调度指挥人员提供可靠的依据，以提升救援工作的时效性与精确性。所融合的系统主要有：安全监测体系、人员定位体系、供电体系、供排水体系等等，主要利用GIS平台与多系统融合两个板块来完成[7]。

LCS系统（区域中央自动化控制系统）可以将矿井中各个子系统（供电、供水、排水等各个子系统）进行有效地融合，使其集中于一个平台上，从而完成煤炭生产的一体化管理，形成专业性较强的调度体制，改善生产控制的指挥流程，对设备进行有效地控制，对数据进行集中地管理，以实现信息的集成与共享。

LCS工业控制系统可以将供电、供排水、人员定位、通风等多个系统进行有效地融合。目前，各个系统所属的厂家不同，对于这个问题可以采用系统地面数据融合的办法，采用以XML+HTTP为基础的WebServices研发平台，通过编制相应的协议函数来完成各个系统间的数据收集。

如图1所示，监测监控系统可以将报警信息及该区域内的气体监测数据传输到GIS平台，该平台可以利用人员定位体系来掌握人员及车辆的相关信息，对于收集的信息，该平台可以将其转化为相应的协议，并传送到LCS系统中，该系统可以将供电体系、人员定位体系、通风体系等各个体系加以整合，在发生事故之时调度指挥人员可以利用该系统来收集各个体系的信息。

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

监测监控系统可以对矿井下各个区域进行24 h监控，LCS系统可以对各个子系统的监测数据进行记录。若矿井下某个区域存在瓦斯超标、人员紧急撤退的问题时，应急救援联动体系会将该区域的电源进行切断，避免瓦斯因电火花而出现爆炸，周围作业人员会立刻听到广播发出的紧急撤离的讯号，同时作业人员所携带的智能化矿灯也会反复切换远近光，并随着声音发出报警信号，帮助作业人员撤离出危险地带。同时，相应的监控系统也会发出紧急警报，并向调度指挥人员提供精确的警报地点位置信息、发出警报的区域、周围人员及车辆的信息、气体的监测数据等等，供电、供水、排水及通风等系统的数据也可被随时调取，促使调度指挥人员及时获取信息，掌握井下的状况，同时启动应急预案，保障矿井作业人员得到有效的救援保护[8]。图2所示为多系统融合联动事故响应图。

图2 多系统融合联动事故响应流程图

5 结束语

在现代化矿井的生产中，所有工作人员都必须坚持“以人为本、安全第一”的理念。矿井作业人员的人身安全与煤矿企业的发展有着直接的关系，与各个矿工家庭的稳定生活有着密切的关系，因此，对煤矿企业的安全生产进行严格控制，可以有效地推动煤矿企业的持续发展。在煤矿生产中，应急救援是确保作业人员人身安全的最后关卡，在矿井出现灾情之后可以及时准确地判断现场状况，并开展有效的救援工作，以最大化地降低人员伤亡及财产损失，将矿井中各个子系统融合到一个平台中，可以极大提升救援的效率。