煤礦事故與應(yīng)急救援技術(shù)裝備

孫繼平,錢曉紅

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京　100083)

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科研成果

煤礦事故與應(yīng)急救援技術(shù)裝備

孫繼平,錢曉紅

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京100083)

分析了2004—2015年全國煤礦各類事故起數(shù)、死亡人數(shù)及其占比。分析了現(xiàn)有煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)和裝備存在的問題：事故主要靠人工發(fā)現(xiàn)，應(yīng)急救援響應(yīng)時間長；無抗災(zāi)變應(yīng)急通信與遇險(難)人員精確定位系統(tǒng)，無法及時了解災(zāi)情和遇險(難)人員位置；災(zāi)區(qū)環(huán)境遠(yuǎn)程偵測范圍小、可靠性差，難以滿足救災(zāi)偵測需求；應(yīng)急預(yù)案針對性、適用性差，應(yīng)急救援決策主要靠經(jīng)驗；人工破拆和支撐救援裝備效率低；不能及時、有效控制災(zāi)后風(fēng)流等。提出了煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)和裝備關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題：① 煤礦重特大事故識別和波及范圍判定方法與技術(shù)；② 基于大數(shù)據(jù)的智能應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急救援輔助決策技術(shù)；③ 礦井抗災(zāi)變應(yīng)急通信技術(shù)；④ 遇險(難)人員精確定位技術(shù)；⑤ 火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等災(zāi)后風(fēng)流智能控制技術(shù)；⑥ 遇險人員逃生引導(dǎo)技術(shù)；⑦ 災(zāi)變環(huán)境偵測飛行機(jī)器人技術(shù)；⑧ 災(zāi)變環(huán)境氣體遙感技術(shù)；⑨ 救援通道快速構(gòu)建技術(shù)等。

煤礦事故；應(yīng)急救援；災(zāi)害識別；應(yīng)急通信；精確定位

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160930.1026.021.html

0　引言

煤炭是中國主要能源，約占一次性能源的70%。中國是世界第1大煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量約占世界50%。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、水、火、頂板等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。2004—2015年全國煤礦發(fā)生各類一次死亡10人以上重特大事故319起，死亡6 994人，其中重特大瓦斯事故200起，死亡4 649人，分別占62.7%和66.5%，其次是水災(zāi)、火災(zāi)等[1-13]。自2004年以來，全國煤礦事故總量、較大事故、重特大事故、百萬噸死亡率、億噸重特大事故死亡率均大幅下降，安全生產(chǎn)形勢明顯好轉(zhuǎn)。但煤礦安全形勢依然嚴(yán)峻，重特大事故時有發(fā)生，百萬噸死亡率遠(yuǎn)高于美國、南非等其他主要產(chǎn)煤國家。

快速有效的應(yīng)急救援是減少事故人員傷亡和財產(chǎn)損失的有效措施。因此，研發(fā)煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)與裝備具有十分重要的理論意義和實用價值。

1　煤礦事故分析

2004—2015年，中國煤礦共發(fā)生死亡事故20 731起，死亡34 729人。其中，頂板事故10 798起，死亡12 689人，分別占52.1%和36.5%，事故起數(shù)和死亡人數(shù)均最多；瓦斯事故2 331起，死亡10 298人，分別占11.2%和29.7%，事故起數(shù)位居第3，死亡人數(shù)位居第2；水害事故654起，死亡2 833人，分別占3.2%和8.2%，事故起數(shù)位居第5，死亡人數(shù)位居第4；火災(zāi)事故87起，死亡661人，分別占0.4%和1.9%，事故起數(shù)和死亡人數(shù)位均居第7；運(yùn)輸事故3 511起，死亡3 928人，分別占16.9%和11.3%，事故起數(shù)位居第2，死亡人數(shù)位居第3；機(jī)電事故881起，死亡888人，分別占4.2%和2.6%，事故起數(shù)位居第4，死亡人數(shù)位居第5；爆破事故551起，死亡661人，分別占2.7%和1.9%，事故起數(shù)和死亡人數(shù)均位居第6；其他事故1 918起，死亡2 771人，分別占9.3%和8.0%。2004—2015年全國煤礦各類事故起數(shù)、死亡人數(shù)及占比分別見表1、表2。

分析表明，12年來，煤礦瓦斯、頂板、水害、火災(zāi)、運(yùn)輸、機(jī)電、爆破等各類事故起數(shù)和死亡人數(shù)均大幅下降，事故總量由2004年的3 641起、死亡6 027人，降低為2015年的352起、死亡598人；頂板事故起數(shù)占比和死亡人數(shù)占比、爆破事故起數(shù)占比和死亡人數(shù)占比均大幅下降；水害事故起數(shù)占比和死亡人數(shù)占比、運(yùn)輸事故起數(shù)占比和死亡人數(shù)占比均有所上升，機(jī)電事故起數(shù)占比和死亡人數(shù)占比均大幅上升。

2　國家重點研發(fā)計劃項目“煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)研究”簡介

煤礦重特大事故應(yīng)急救援實踐表明，現(xiàn)有技術(shù)和裝備存在下列問題：① 事故主要靠人工發(fā)現(xiàn)，應(yīng)急救援響應(yīng)時間長；② 無抗災(zāi)變應(yīng)急通信與遇險(難)人員精確定位系統(tǒng)，無法及時了解災(zāi)情和遇險(難)人員位置；③ 災(zāi)區(qū)環(huán)境遠(yuǎn)程偵測范圍小、可靠性差，難以滿足救災(zāi)偵測需求；④ 應(yīng)急預(yù)案針對性、適用性差，應(yīng)急救援決策主要靠經(jīng)驗；⑤ 人工破拆和支撐救援裝備效率低；⑥ 不能及時、有效控制災(zāi)后風(fēng)流等。

因此，國家重點研發(fā)計劃項目“煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)研究(2016YFC0801800)”(以下簡稱項目)，針對煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援中災(zāi)害辨識、應(yīng)急響應(yīng)和搶險救災(zāi)3大環(huán)節(jié)科技問題，研發(fā)新一代智能煤礦重特大事故應(yīng)急救援裝備和系統(tǒng)，具有重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

項目牽頭承擔(dān)單位為中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，項目負(fù)責(zé)人是孫繼平教授，項目執(zhí)行期限：2016年7月—2020年6月。項目積聚了煤炭行業(yè)科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和裝備制造方面的國內(nèi)一流高校、科研院所和龍頭企業(yè)，共有中國礦業(yè)大學(xué)(北京)、中國礦業(yè)大學(xué)、神華集團(tuán)、中國煤礦機(jī)械裝備公司、天地(常州)自動化股份有限公司、北京大學(xué)等21家單位。研究團(tuán)隊成員長期從事煤礦重大災(zāi)害防治及應(yīng)急救援技術(shù)和裝置的研發(fā)，研究水平及成果在國內(nèi)煤炭系統(tǒng)處于領(lǐng)先水平。孫繼平教授、武強(qiáng)院士、朱紅青教授、周心權(quán)教授等，均作為國務(wù)院事故調(diào)查專家組組長參加了數(shù)十起煤礦水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等重特大事故調(diào)查和應(yīng)急救援工作。

表1　2004—2015年全國煤礦各類事故起數(shù)及占比

表2　2004—2015年全國煤礦各類事故死亡人數(shù)及占比

2.1項目研究目標(biāo)與研究內(nèi)容

2.1.1項目研究目標(biāo)

項目將突破煤礦水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等重特大災(zāi)害快速識別、快速響應(yīng)、智能決策、應(yīng)急通信、遇險(難)人員精確定位、災(zāi)后環(huán)境偵測、逃生救援通道保障與構(gòu)建等技術(shù)瓶頸，研發(fā)應(yīng)急救援新裝備及支持系統(tǒng)，構(gòu)建新一代智能煤礦重特大事故應(yīng)急救援系統(tǒng)，提升煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)與裝備水平，提高事故應(yīng)急救援響應(yīng)速度和效率，為煤礦事故高效快速處置提供有效的技術(shù)和裝備保障。

2.1.2項目研究內(nèi)容

項目根據(jù)煤礦重特大事故應(yīng)急救援基礎(chǔ)理論—關(guān)鍵技術(shù)—核心裝備—示范應(yīng)用全鏈條融合的思路，采用理論分析、實驗測試、數(shù)值模擬、物理模擬、現(xiàn)場測試等多種方法，開展礦井水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸災(zāi)情演變規(guī)律等研究；研發(fā)煤礦重特大事故應(yīng)急救援技術(shù)及裝備等；研發(fā)成果示范應(yīng)用。

項目擬解決礦井水災(zāi)、火災(zāi)和瓦斯煤塵爆炸災(zāi)情演變規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問題：① 礦井水災(zāi)及其災(zāi)情演變規(guī)律：礦井水災(zāi)識別、災(zāi)情演變、時空演化和波及范圍預(yù)測模型等；② 礦井火災(zāi)及其災(zāi)情演變規(guī)律：礦井火災(zāi)識別、災(zāi)情演變、時空演化和波及范圍預(yù)測模型等；③ 礦井瓦斯煤塵爆炸及其災(zāi)情演變規(guī)律：礦井瓦斯煤塵爆炸識別、災(zāi)情演變、時空演化和波及范圍預(yù)測模型等，二次爆炸危險性預(yù)測模型等。

項目擬解決煤礦重特大災(zāi)害感知、智能應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急救援輔助決策、災(zāi)害礦井應(yīng)急通信與人員精確定位、煤礦重大災(zāi)害緊急逃生與引導(dǎo)、煤礦災(zāi)變環(huán)境信息偵測和存儲、煤礦重大災(zāi)害搶險救災(zāi)等關(guān)鍵技術(shù)問題：① 煤礦重特大災(zāi)害感知技術(shù)：水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等煤礦重特大災(zāi)害辨識方法及感知技術(shù)等；② 智能應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急救援輔助決策技術(shù)：基于大數(shù)據(jù)的智能應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急救援輔助決策技術(shù)等；③ 災(zāi)害礦井應(yīng)急通信與人員精確定位技術(shù)：礦井抗災(zāi)變應(yīng)急通信技術(shù)，遇險(難)人員精確定位技術(shù)等；④ 煤礦重大災(zāi)害緊急逃生與引導(dǎo)技術(shù)：火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等災(zāi)后風(fēng)流智能控制技術(shù)，遇險人員逃生引導(dǎo)技術(shù)等；⑤ 煤礦災(zāi)變環(huán)境信息偵測和存儲技術(shù)：災(zāi)變環(huán)境偵測飛行機(jī)器人技術(shù)，災(zāi)變環(huán)境氣體遙感技術(shù)等；⑥ 煤礦重大災(zāi)害搶險救災(zāi)技術(shù)：救援通道快速構(gòu)建技術(shù)等。

項目按任務(wù)需求分解為9個課題：課題1為礦井水災(zāi)識別理論及時空演化模型，課題2為礦井火災(zāi)燃燒特性及煙流擴(kuò)散規(guī)律，課題3為瓦斯煤塵爆炸傳播演化規(guī)律及識別，課題4為煤礦重大災(zāi)害感知技術(shù)和裝備，課題5為智能應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)與項目示范應(yīng)用，課題6為災(zāi)害礦井應(yīng)急通信及人員定位系統(tǒng)，課題7為煤礦重大災(zāi)害緊急逃生與引導(dǎo)系統(tǒng)及裝置，課題8為煤礦災(zāi)變環(huán)境信息偵測和存儲技術(shù)及裝備，課題9為煤礦重大災(zāi)害搶險技術(shù)與裝備。

2.2項目預(yù)期成果與效益

2.2.1項目預(yù)期成果

項目將研制10種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝置，并通過第三方檢測和現(xiàn)場應(yīng)用：① 水災(zāi)感知裝置；② 火災(zāi)感知裝置；③ 瓦斯煤塵爆炸感知裝置；④ 災(zāi)變環(huán)境偵測機(jī)器人；⑤ 瓦斯遙感裝置；⑥ 逃生引導(dǎo)裝置；⑦ 便攜式破拆裝置；⑧ 便攜式支護(hù)裝置；⑨ 火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸災(zāi)后風(fēng)流調(diào)控裝置與系統(tǒng)；⑩ 逃生通道快速構(gòu)建裝置及系統(tǒng)等。

項目將研發(fā)10種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，并通過現(xiàn)場應(yīng)用：① 水災(zāi)評估系統(tǒng)；② 火災(zāi)評估系統(tǒng)；③ 瓦斯煤塵爆炸評估系統(tǒng)；④ 應(yīng)急通信系統(tǒng)；⑤ 遇險(難)人員精確定位系統(tǒng)；⑥ 應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)；⑦ 輔助決策系統(tǒng)；⑧ 救災(zāi)指揮系統(tǒng)；⑨ 緊急逃生支持系統(tǒng)；⑩ 模擬應(yīng)急救援系統(tǒng)等。

項目擬制修訂10項國家/行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)；申請100項發(fā)明專利、20項計算機(jī)軟件著作權(quán)；公開發(fā)表200篇學(xué)術(shù)論文；出版6部專著；創(chuàng)建2個示范工程。

2.2.2項目預(yù)期效益

通過項目研究，使中國在煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)和裝備方面達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分達(dá)國際領(lǐng)先水平。通過成果應(yīng)用，將提高事故應(yīng)急救援響應(yīng)速度和效率，為減少事故人員傷亡和財產(chǎn)損失提供有效的技術(shù)和裝備保障，具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3　結(jié)語

在中國各類煤礦事故中，頂板事故起數(shù)和死亡人數(shù)均位居第1；瓦斯事故起數(shù)位居第3，死亡人數(shù)位居第2；運(yùn)輸事故起數(shù)位居第2，死亡人數(shù)位居第3；水害事故起數(shù)位居第5，死亡人數(shù)位居第4；機(jī)電事故起數(shù)位居第4，死亡人數(shù)位居第5；爆破事故起數(shù)和死亡人數(shù)均位居第6；火災(zāi)事故起數(shù)和死亡人數(shù)位均居第7?？焖儆行У膽?yīng)急救援是減少事故人員傷亡和財產(chǎn)損失的有效措施。國家重點研發(fā)計劃項目“煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)研究(2016YFC0801800)”將突破煤礦水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等重特大災(zāi)害快速識別、快速響應(yīng)、智能決策、應(yīng)急通信、遇險(難)人員精確定位、災(zāi)后環(huán)境偵測、逃生救援通道保障與構(gòu)建等技術(shù)瓶頸，研發(fā)應(yīng)急救援新裝備及支持系統(tǒng)，構(gòu)建新一代智能煤礦重特大事故應(yīng)急救援系統(tǒng)，提升煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)與裝備水平，提高事故應(yīng)急救援響應(yīng)速度和效率，為煤礦事故高效快速處置提供有效的技術(shù)和裝備保障。

[1]孫繼平.互聯(lián)網(wǎng)+煤礦監(jiān)控與通信[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2016.

[2]國家煤礦安全監(jiān)察局.2004年全國煤礦安全生產(chǎn)狀況分析[R].2005.

[3]國家煤礦安全監(jiān)察局.2005年全國煤礦特大事故分析報告[R].2006.

[4]國家煤礦安全監(jiān)察局.2006年全國煤礦事故分析報告[R].2007.

[5]國家煤礦安全監(jiān)察局.2007年全國煤礦事故分析報告[R].2008.

[6]國家煤礦安全監(jiān)察局.2008年全國煤礦事故分析報告[R].2009.

[7]國家煤礦安全監(jiān)察局.2009年全國煤礦事故分析報告[R].2010.

[8]國家煤礦安全監(jiān)察局.2010年全國煤礦事故分析報告[R].2011.

[9]國家煤礦安全監(jiān)察局.2011年全國煤礦事故分析報告[R].2012.

[10]國家煤礦安全監(jiān)察局.2012年全國煤礦事故分析報告[R].2013.

[11]國家煤礦安全監(jiān)察局.2013年全國煤礦事故分析報告[R].2014.

[12]國家煤礦安全監(jiān)察局.2014年全國煤礦事故分析報告[R].2015.

[13]國家煤礦安全監(jiān)察局.2015年全國煤礦事故分析報告[R].2016.

Coal mine accident and emergency rescue technology and equipment

SUN Jiping,QIAN Xiaohong

(China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

The paper analyzed the number of various types of accidents,deaths and their ratios in Chinese coal mines from 2004 to 2015,and analyzed existing problems of coal mine accident emergency rescue technology and equipment.Occurrence of accidents mainly relies on manual discover,and emergency response time is long.Emergency communication and precision personnel positioning systems in underground coal mine are vulnerable to disaster,where disaster location and/or personnel position cannot be determined.Remote sensing range of disaster environment is small,the reliability is poor,and it is difficult to meet needs of disaster relief.Emergency scheme has poor pertinence and applicability.Emergency decision making is mainly depended on experience.Efficiency of manual demolition and support rescue equipment is low.Wind flow after disaster cannot be controlled real-timely and effectively,etc.It put forward emergency rescue technology of coal mine accident and key scientific and technical problems of equipment:① determination method and technology of identification and spread range of serious accidents in coal mine; ② intelligent emergency scheme and rescue assistant decision making technology based on big data; ③ anti disaster emergency communication technology for coal mine; ④ precision personnel positioning technology in disaster (difficult); ⑤ intelligent control technology of wind flow after fire,gas and coal dust explosion disasters; ⑥ evacuation guidance technology for people in distress; ⑦ flying robot technology for monitoring disaster environment; ⑧ gas remote sensing technology in disaster environment; ⑨ rapid construction technology for rescue channel,etc.

mine accident; emergency rescue; disaster identification; emergency communications; precise positioning

1671-251X(2016)10-0001-05DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.10.001

孫繼平,錢曉紅.煤礦事故與應(yīng)急救援技術(shù)裝備[J].工礦自動化，2016,42(10)：1-5.

2016-09-08；

2016-09-18；責(zé)任編輯：李明。

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0801800)。

孫繼平(1958-)，男，山西翼城人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，中國礦業(yè)大學(xué)(北京)副校長；獲國家科技進(jìn)步二等獎3項(其中作為第1完成人2項、第2完成人1項)；作為第1完成人獲省部級科技進(jìn)步一等獎7項；作為第1完成人主持制定中華人民共和國煤炭行業(yè)和安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)26項；主持制定《煤礦安全規(guī)程》第十一章監(jiān)控與通信；作為第1作者或獨(dú)立完成著作12部；被SCI和EI檢索的第1作者或獨(dú)立完成論文80余篇；作為第1發(fā)明人獲國家授權(quán)發(fā)明專利37項；作為國務(wù)院煤礦事故調(diào)查專家組組長參加了10起煤礦特別重大事故調(diào)查工作；E-mail:sjp@cumtb.edu.cn。

TD774

A網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-09-30 10:26