礦山救援演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)的構(gòu)建研究

安妍慧

（西山煤電教育中心，山西 太原 030021）

1 問題的提出

礦山救援演習(xí)巷道是提高礦山救援指戰(zhàn)員心理素質(zhì)、身體素質(zhì)和協(xié)同作戰(zhàn)能力的基本設(shè)施。西山煤電集團(tuán)礦山救護(hù)大隊在日常訓(xùn)練當(dāng)中存在手段單一、訓(xùn)練環(huán)境與實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境差別大、訓(xùn)練效果差、效率低下等問題。同時當(dāng)前我國對于礦山救援演習(xí)巷道沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此這極大地影響了礦山救護(hù)大隊的訓(xùn)練效果及實(shí)戰(zhàn)效果。針對以上問題，西山煤電教育中心結(jié)合西山煤電礦山救護(hù)大隊的實(shí)際情況，構(gòu)建了井下演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)，并制定了演習(xí)巷道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)的構(gòu)建

西山煤電礦山救護(hù)大隊井下演習(xí)巷道位于官地煤礦二采區(qū)的一條廢棄巷道，共長932m。該巷道主要模擬綜采、掘進(jìn)、主運(yùn)、輔運(yùn)、進(jìn)回風(fēng)、運(yùn)輸、供排水、供電、壓風(fēng)系統(tǒng)，類型齊全且配備了完善的智能化系統(tǒng)。

2.1 訓(xùn)練功能分析

綜采工作面：訓(xùn)練救護(hù)隊員的回采工藝知識，對救援流程、方法、注意事項等進(jìn)行培訓(xùn)。

掘進(jìn)工作面：熟練操作各種設(shè)備，同時進(jìn)行破拆、局扇安裝、供排水、高泡滅火、測風(fēng)等科目。

低氧訓(xùn)練區(qū)：訓(xùn)練救護(hù)隊員的災(zāi)區(qū)偵察，鍛煉救護(hù)隊員的小隊分工、配合和協(xié)作能力。

矮巷訓(xùn)練區(qū)：訓(xùn)練救護(hù)隊的耐力和巷道適應(yīng)能力。

2.2 智能化系統(tǒng)分析

（1）綜合數(shù)據(jù)平臺。綜合數(shù)據(jù)平臺通過部署2臺S5700交換機(jī)、2臺ATN950B交換機(jī)、1臺ATN950B傳輸設(shè)備、13臺ATN910i交換機(jī)，來實(shí)現(xiàn)地面和井下的信息傳遞交流，給不同業(yè)務(wù)使用，通過網(wǎng)絡(luò)承載井下所有業(yè)務(wù)。

（2）調(diào)度指揮系統(tǒng)。將演習(xí)巷道的各類監(jiān)測、監(jiān)控及自動化系統(tǒng)都接入安監(jiān)局救護(hù)消防大隊現(xiàn)有指揮中心系統(tǒng)當(dāng)中。演習(xí)過程發(fā)生事故時，將井下現(xiàn)場情況通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬷笓]臺，同時采取救援措施。

（3）移動通信系統(tǒng)。井下移動通信系統(tǒng)采用3G CDMA2000技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)消防演習(xí)巷道無線信號全覆蓋，通過與現(xiàn)有西山煤電總部核心網(wǎng)對接，實(shí)現(xiàn)井下和地面在不替換通信設(shè)備、不替換SIM卡的情況下正常使用，便于應(yīng)急救援演練語音調(diào)度。井下發(fā)生事故時可以通過井下無線通信設(shè)備及時把現(xiàn)場情況反饋到地面。

（4）人員定位系統(tǒng)。人員定位系統(tǒng)具有員工出/入井時刻、出/入重點(diǎn)區(qū)域、出/入限制區(qū)域、下井工作時間、超時人員總數(shù)及人員下井活動路線等功能，能準(zhǔn)確定位事故人員位置，精確度在2～3m之間，可在最短時間內(nèi)鎖定事故受傷人員。

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)32個應(yīng)急救援演練及設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控點(diǎn)。為確保圖像質(zhì)量，采用模擬和IP兩種控制方式，攝像頭使用安迅士機(jī)芯，外殼自帶冷光源，黑白攝像機(jī)照度0.02x，彩色攝像機(jī)照度0.08lx，利用攝像機(jī)采集圖像信息，并進(jìn)行信息的傳遞和監(jiān)控。24h全程監(jiān)控井下實(shí)際情況，可將事故現(xiàn)場情況及時反饋到調(diào)度室，以便采取有效的救援措施。

（6）數(shù)字廣播系統(tǒng)。在救援演練中通過數(shù)字廣播系統(tǒng)對救援過程進(jìn)行指揮，調(diào)度員也可以利用該系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的救援指令，井下作業(yè)人員可通過系統(tǒng)進(jìn)行一對一雙向?qū)χv。

（7）固定通信系統(tǒng)。井下固定通信系統(tǒng)共安裝5部KTH15本質(zhì)安全型自動電話機(jī)，分別安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)頭、水泵房、掘進(jìn)工作面、綜采工作面、避難硐室。特殊情況下可用來與地面調(diào)度中心聯(lián)系。

（8）冒頂事故現(xiàn)場模擬系統(tǒng)。由控制系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)、支護(hù)設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境分析設(shè)備等組成，模擬訓(xùn)練場景和冒頂事故環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練演習(xí)。

（9）災(zāi)害環(huán)境模擬系統(tǒng)。通過現(xiàn)場聲音、燈光等模擬真實(shí)災(zāi)害環(huán)境，強(qiáng)化訓(xùn)練效果。由控制臺控制的麗彩頻閃燈和彩燈可發(fā)出交錯頻閃光柱。還加裝了警示燈，可配合警笛聲增加訓(xùn)練緊張度。

2.3 演習(xí)巷道的訓(xùn)練內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)分析

針對當(dāng)前我國礦山救護(hù)演習(xí)巷道無相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的問題，基于西山煤電礦山救護(hù)大隊演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)的構(gòu)建，從災(zāi)區(qū)環(huán)境模擬、災(zāi)害事放模擬方面制定了自身的訓(xùn)練技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 災(zāi)區(qū)環(huán)境的模擬標(biāo)準(zhǔn)

（1）高溫模擬。高溫濃煙室內(nèi)應(yīng)安裝加熱及監(jiān)控裝置，演習(xí)環(huán)境溫度應(yīng)在10～60℃之間可調(diào)，在演習(xí)巷道所在地最冷季節(jié)、加熱裝置應(yīng)滿足在60min內(nèi)將高溫濃煙室內(nèi)溫度升至60℃。

（2）濃煙模擬。高溫濃煙硐室安裝發(fā)煙裝置和能見度檢測裝置，煙氣非腐蝕性、無毒、無殘留氣體，如舞臺煙，產(chǎn)生的濃煙在5min內(nèi)使酮室內(nèi)能見度接近0。

（3）濕度模擬。高溫濃煙內(nèi)應(yīng)有濕度控制裝置，能夠控制相對濕度范圍在75%～90%之間，加濕均勻。

（4）氣體環(huán)境模擬。演習(xí)巷道應(yīng)安裝氣體環(huán)境模擬及監(jiān)測系統(tǒng)，并配置CO、CO2、O2、CH4濃度模擬傳感器，具備聲光報警功能。傳感器的顯示濃度由監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)設(shè)定，顯示濃度范圍如下：CO，0～10000ppm；CO2，0～100%；O2，0～25%；CH4，0～100%。

（5）有毒有害氣體模擬。有毒有害氣體模擬應(yīng)采用無毒但具有刺激性的氣體，如辣椒素或警用催淚瓦斯。該模擬裝置應(yīng)能遠(yuǎn)程控制。

（6）背景聲光模擬。通過調(diào)音臺控制播放災(zāi)害發(fā)生時的不同聲源，通過燈控臺控制頻閃燈和麗彩燈，營造井下災(zāi)害時的聲光環(huán)境。

（7）災(zāi)害現(xiàn)場人員傷害模擬。采用創(chuàng)傷急救人體模型，人為設(shè)置受傷、遇難等恐怖場景，以提高指戰(zhàn)員的心理素質(zhì)。

2.3.2 災(zāi)害事故模擬

（1）火災(zāi)事故模擬?；馂?zāi)模擬裝置可采用不同燃燒物，應(yīng)有安全保護(hù)措施及自動點(diǎn)火裝置，實(shí)現(xiàn)火焰大小、點(diǎn)燃、熄滅控制，采用溫度、光電、壓力、氣體等傳感器檢測液態(tài)、固態(tài)、氣體滅火劑的使用及計量，判斷滅火劑的使用是否正確。采用熱電偶檢測環(huán)境溫度，控制燃燒環(huán)境最高溫度，保證安全。

（2）水災(zāi)事故模擬。水災(zāi)事故模擬主要由水源、管道、電動閥門/電動閘門、集成控制系統(tǒng)、流量傳感器、水泵等部分組成，模擬出水量不小于200m3/h，采用集成控制系統(tǒng)控制電動閥門/電動閘門開關(guān)水源。配置流量傳感器，供水量應(yīng)能反饋到集成控制系統(tǒng)，以控制總水量。

（3）頂板事故模擬。頂板事故宜采用仿真石進(jìn)行模擬，應(yīng)能模擬井下巷道中頂板意外冒落的場景，冒落仿真石應(yīng)不少于10m3。頂板事故模擬應(yīng)能控制頂板發(fā)生冒落的時刻，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)推動仿真石垮塌與恢復(fù)。

（4）瓦斯爆炸模擬。瓦斯爆炸可采用壓縮氣體或瓦斯氣體進(jìn)行模擬。采用紅外和視頻監(jiān)測模擬爆炸區(qū)域環(huán)境參數(shù)，人員在危險區(qū)域內(nèi)不能點(diǎn)爆；瓦斯爆炸模擬瓦斯量控制在5～10m2，在距爆炸區(qū)5m處不大于0.01MPa；爆炸容器內(nèi)瓦斯?jié)舛葢?yīng)能自動控制，在確保安全的情況下遠(yuǎn)程點(diǎn)爆。

3 演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際效果

3.1 訓(xùn)練效果分析

自該套系統(tǒng)投入使用以來，大隊除隊內(nèi)日常訓(xùn)練外，將所有單項訓(xùn)練項目轉(zhuǎn)至井下演習(xí)巷道實(shí)施，訓(xùn)練進(jìn)一步實(shí)戰(zhàn)化。例如災(zāi)區(qū)偵察氣體檢測、現(xiàn)場繪圖、測風(fēng)、安裝水泵和接水管、大斷面磚閉、板閉、風(fēng)障建造、現(xiàn)場安裝局部通風(fēng)機(jī)接風(fēng)筒、建造木垛等項目，均在井下實(shí)際環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練，使救護(hù)隊員對各項技能的掌握水平大大提高，單項實(shí)操訓(xùn)練實(shí)效性大大增強(qiáng)。綜合演練訓(xùn)練以井下演習(xí)巷道為背景設(shè)置模擬災(zāi)害事故，鍛煉中隊的現(xiàn)場指揮和處置能力。通過這種訓(xùn)練方式，鞏固提高了井下各單項的訓(xùn)練水平，提高了指揮員救援理論知識和實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合的能力，提高了全體指戰(zhàn)員事故現(xiàn)場處置和應(yīng)變能力，提高了新隊員對事故處理的認(rèn)識和實(shí)戰(zhàn)能力。并通過全面總結(jié)，分析作戰(zhàn)內(nèi)容、過程、方法及經(jīng)驗教訓(xùn)，積累了寶貴的作戰(zhàn)經(jīng)驗。

為進(jìn)一步檢測該系統(tǒng)的模擬訓(xùn)練效果情況，抽取參加救援演習(xí)訓(xùn)練的20名隊員進(jìn)行血壓檢測、緊張程度、恐懼程度的調(diào)查分析。經(jīng)參加8次救援演習(xí)訓(xùn)練后，救援隊員的平均血壓情況如圖1所示。從圖中可以看到，隨著演習(xí)訓(xùn)練的次數(shù)增加，隊員的血壓情況在逐漸降低并保持在正常狀態(tài)。

通過3次訓(xùn)練后，救援隊員普遍降低了恐懼度和緊張度，20人之中僅僅1人有一定的緊張感；經(jīng)過6次訓(xùn)練后，所有隊員都消除了恐懼度和緊張度。

3.2 存在的問題分析

該系統(tǒng)也存在一定的缺陷，如冒頂災(zāi)害模擬采用仿真頂板，頂板垮落建有自動控制裝置，場景較為逼真，但只能通過視覺、聽覺感受冒頂災(zāi)害事故場景，與冒頂支護(hù)、破拆等單項訓(xùn)練不能很好地結(jié)合；水災(zāi)災(zāi)害模擬只設(shè)計了水泵房、水倉，可進(jìn)行安裝水泵、接水管、排水等實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，但未能實(shí)現(xiàn)災(zāi)害環(huán)境模擬；其他災(zāi)害環(huán)境模擬系統(tǒng)雖營造了逼真的聲光環(huán)境但對實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練來說意義不大。

圖1 訓(xùn)練后隊員平均血壓變化

4 結(jié)論

（1）礦山救援工作重心是貼近實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練，通過演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)建設(shè)，可促進(jìn)“實(shí)戰(zhàn)化”訓(xùn)練，提高隊伍實(shí)戰(zhàn)能力。

（2）礦山救援演習(xí)巷道是提升礦山救援能力的重要條件，在國內(nèi)外演習(xí)巷道實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，應(yīng)探索礦山救援演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)功能，提出系統(tǒng)應(yīng)具備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為其他救援隊伍應(yīng)急演習(xí)巷道智能化系統(tǒng)構(gòu)建提供參考和依據(jù)。