礦山救護(hù)大隊(duì)井下模擬演習(xí)基地“一網(wǎng)一站”信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：首先介紹了礦山救護(hù)大隊(duì)井下模擬演習(xí)基地建設(shè)目的及其信息系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架，隨后對(duì)信息系統(tǒng)的構(gòu)架及其主要功能進(jìn)行了分析，通過采用的“一網(wǎng)一站”模式搭建模擬演習(xí)基地的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地面指揮中心和井下培訓(xùn)基地的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信指揮，對(duì)今后國內(nèi)類似井下模擬演習(xí)基地的的建設(shè)具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：模擬演習(xí)基地;一網(wǎng)一站;信息系統(tǒng)

1引言

為加強(qiáng)對(duì)煤礦重特大安全生產(chǎn)事故的應(yīng)急救援管理，保證重特大事故發(fā)生后，迅速有效地做好應(yīng)急處置和搶險(xiǎn)救援工作，昀大限度地減少事故造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)危害，神東煤炭集團(tuán)公司在所屬某礦井下建設(shè)了一座礦山救援培訓(xùn)基地，通過井下各類突發(fā)事件的實(shí)戰(zhàn)演練培訓(xùn)，提高救護(hù)人員應(yīng)對(duì)井下各類災(zāi)變時(shí)的反應(yīng)能力[1-2]。

培訓(xùn)基地的訓(xùn)練科目包括冒頂事故模擬、火災(zāi)事故模擬、水災(zāi)事故模擬、排放瓦斯事故模擬、瓦斯煤塵爆炸事故模擬、高溫訓(xùn)練模擬及一般技術(shù)操作等[3-4]。根據(jù)演習(xí)訓(xùn)練科目及功能需求，設(shè)計(jì)共布置了拱形巷、牌板區(qū)、通道、支護(hù)區(qū)、局部通風(fēng)機(jī)安裝點(diǎn)、掘進(jìn)工作面及掘進(jìn)頭、破拆區(qū)、水倉及泵房、高溫訓(xùn)練室、膠運(yùn)巷、矮巷、低氧訓(xùn)練區(qū)、掘進(jìn)回風(fēng)巷、總回風(fēng)巷、消防材料室、配電室、避難指揮硐室、梯形巷、綜采工作面等 19個(gè)功能區(qū)。

由于演習(xí)指揮中心距離培訓(xùn)基地約 10公里，項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。為了保證培訓(xùn)基地的數(shù)據(jù)能及時(shí)有效的傳遞到地面指揮中心，本次井下模擬演習(xí)基地采用了“一網(wǎng)一站”模式的信息通信技術(shù)[5-6]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

培訓(xùn)基地信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范圍包括綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)、地面調(diào)度中心、井下救援指揮所、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、巷道固定通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、巷道應(yīng)急移動(dòng)通信系統(tǒng)、巷道人員定位系統(tǒng)、巷道視頻監(jiān)控系統(tǒng)、巷道數(shù)字廣播系統(tǒng)、事故模擬系統(tǒng)等。其中事故模擬系統(tǒng)主要有水災(zāi)事故模擬系統(tǒng)（泵房抽排水）、火災(zāi)事故模擬系統(tǒng)（膠帶機(jī)著火，無明火）、瓦斯事故模擬系統(tǒng)（抽排瓦斯）、塌方支護(hù)模擬系統(tǒng)（塌方、支護(hù)、事故現(xiàn)場(chǎng)、搶救）、高溫濃煙訓(xùn)練系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)。井下通信系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)如圖 1所示。

3 解決方案

綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)和地面調(diào)度中心利用并完善救護(hù)大隊(duì)現(xiàn)有的調(diào)度指揮系統(tǒng)，井下救援指揮所作為神東救護(hù)消防大隊(duì)井下指揮中心，可以實(shí)時(shí)查看井下環(huán)境，設(shè)備狀況，視頻監(jiān)控畫面，人員定位信息，并可以控制部分井下設(shè)備，隨時(shí)與井上井下人員通過無線或有線的方式進(jìn)行指揮調(diào)度。在地面救護(hù)調(diào)度指揮中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，隨時(shí)與井下的固定，移動(dòng)終端進(jìn)行通話，并且可以控制部分井下設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)井下消防演習(xí)的調(diào)度指揮和控制。

（1）建立綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺(tái)—工業(yè) PON網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

架構(gòu)應(yīng)急救援系統(tǒng)系統(tǒng)門戶平臺(tái)、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、自動(dòng)化設(shè)備工況顯示軟件，實(shí)際解決應(yīng)急救援過程中的調(diào)度、通訊、監(jiān)控、實(shí)時(shí)定位業(yè)務(wù)。傳輸平臺(tái)應(yīng)能方便地接入各種子系統(tǒng)，接入后整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)能滿足控制的實(shí)時(shí)性要求。

（2）救護(hù)大隊(duì)和礦井的數(shù)據(jù)共享

救護(hù)大隊(duì)和礦井的數(shù)據(jù)共享通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，建立以 B/S結(jié)構(gòu)的Web方式，以授權(quán)的方式通過礦局域網(wǎng)救護(hù)大隊(duì)、集團(tuán)公司對(duì)礦井各生產(chǎn)安全子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

（3）工業(yè) PON環(huán)網(wǎng)和綜合分站

建立工業(yè)環(huán)網(wǎng)，通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，能夠?qū)⒌孛婧途碌母黝愋盘?hào)統(tǒng)一傳輸?shù)桨踩a(chǎn)指揮控制中心。在環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵地點(diǎn)，設(shè)置交換機(jī)，能夠?qū)⒏浇腜LC、廣播系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等自動(dòng)化設(shè)備接入到交換機(jī)上。通過多臺(tái)交換機(jī)，在地面和井下形成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)間應(yīng)小于 1ms，提高系統(tǒng)可靠性。在井下救援指揮所內(nèi)設(shè)置一臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，演習(xí)巷道內(nèi)分散布置 7臺(tái)“多功能綜合分站”，將無線通信、人員定位、IP廣播和工業(yè)電視等系統(tǒng)整合為一個(gè)防爆殼體，對(duì)外共電源共傳輸，減少設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)用。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖 2所示。

（4）礦用 4G無線通信系統(tǒng)

通過 4G無線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下有線通信的有效補(bǔ)盲，在某些特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的無縫覆蓋，保證應(yīng)急情況下的通信暢通，提高生產(chǎn)效率，降低維護(hù)成本，提升企業(yè)形象。可保證在特定地段、場(chǎng)所同時(shí)通過無線方式傳輸多路標(biāo)清/高清視頻數(shù)據(jù)，滿足特定環(huán)境下數(shù)據(jù)高傳輸要求。

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在演習(xí)巷道設(shè)置礦用視頻攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下巷道的實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控，便于救護(hù)大隊(duì)及時(shí)了解井下情況，方便作出正確的決策。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)演習(xí)巷道中指定區(qū)域的普通和紅外視頻監(jiān)控，效果如圖 3所示。

（6）建立井下人員定位系統(tǒng)

通過人員定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下被困人員以及救援人員的實(shí)時(shí)定位，實(shí)現(xiàn)更為精確救援工作，大大提高救援效率，保證礦工的切實(shí)生命安全。

（7）監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

通過設(shè)置傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于井下工作人員以及救護(hù)人員及時(shí)撤離有害氣體區(qū)域，保障救援人員及礦工的生命安全。利用煤礦已有的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)礦調(diào)度室機(jī)房后回傳至救護(hù)大隊(duì)調(diào)度指揮中心。

（8）固定通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)對(duì)演習(xí)巷道中指定位置固定電話系統(tǒng)的部署;通過新的無線通信系統(tǒng)能夠做到上井下井不換手機(jī)，不換 SIM卡，手機(jī)在井上井下都一樣能打電話、發(fā)短信、被調(diào)度;固定電話和手機(jī)能夠一體化調(diào)度。

（9）應(yīng)急通信系統(tǒng)。

針對(duì)發(fā)生緊急事件，在無線通信系統(tǒng)失效的情況下，采用應(yīng)急通信系統(tǒng)可以做到井上井下應(yīng)急救援指揮的實(shí)時(shí)通信和調(diào)度。定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)演習(xí)巷道全覆蓋，精確定位人員和車輛位置。IP廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有人的地方有廣播。固定 IP電話系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)布到哪里，固定 IP電話就布到哪里，能夠一體化調(diào)度。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

救護(hù)大隊(duì)井下模擬演習(xí)基地的“一網(wǎng)一站”信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足了救援訓(xùn)練、遠(yuǎn)程指揮及觀摩需要，實(shí)現(xiàn)了工程的高度集成化，并為后續(xù)地面建設(shè)各類信息系統(tǒng)預(yù)留接口，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語

本次培訓(xùn)基地的信息系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)用了昀先進(jìn)的“一網(wǎng)一站”技術(shù)，通過搭建高速的 10GE環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無線通訊系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)等系統(tǒng)的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一承載、統(tǒng)一管理、實(shí)時(shí)傳輸，避免了各子系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，提高了救護(hù)演習(xí)的真實(shí)性和操作性，為今后國內(nèi)類似培訓(xùn)基地的信息系統(tǒng)建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李山（1979-），男，山東萊蕪人，清華大學(xué)工程碩士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事煤礦供配電、信息與自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。