趙 章
(朔州市應(yīng)急救援大隊(duì),山西 朔州 036002)
煤礦工作區(qū)發(fā)生自然災(zāi)害對(duì)于煤礦安全具有重要影響,隨著煤礦開采程度的增加,自然災(zāi)害的發(fā)生概率更大,如何針對(duì)煤礦地區(qū)特點(diǎn)開展突發(fā)狀況的檢測(cè)是保證煤礦安全生產(chǎn),保障工作人員安全的重要方法。對(duì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)目的是降低突發(fā)情況造成的影響,提高生產(chǎn)過程的連續(xù)性,保證煤礦安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
人員安全是煤礦生產(chǎn)的基本要求,而對(duì)自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)是保障煤礦安全生產(chǎn)的一道防線,對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行檢測(cè),能夠降低煤礦安全事故的發(fā)生,保證煤礦井下人員的生命安全。本文災(zāi)害監(jiān)測(cè)和人員救援兩方面著手,對(duì)煤礦自然災(zāi)害進(jìn)行分析,分析當(dāng)前災(zāi)害監(jiān)測(cè)和人員救援存在的問題,提出井下突發(fā)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與人員救急協(xié)同系統(tǒng),為煤礦企業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展和安全生產(chǎn)提供建議。
煤礦井下自然災(zāi)害發(fā)生的情況較多,主要分為巷道進(jìn)水、頂板坍塌、礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸、沖擊地壓等。不同的自然災(zāi)害可能一種或者多種同時(shí)發(fā)生,相互之間影響可能導(dǎo)致更大的破壞,造成人員傷亡和礦井企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失,影響正常生產(chǎn)工作的開展。
瓦斯是一種混合氣體,主要成分是甲烷,當(dāng)?shù)V井中瓦斯含量到達(dá)一定程度時(shí),遇到明火就會(huì)引起爆炸,且濃度高的瓦斯會(huì)導(dǎo)致煤礦井下工作人員窒息。
煤礦井下災(zāi)害的發(fā)生分為外因和內(nèi)因,外因的情況較為復(fù)雜,一般包括設(shè)備短路、井下人員抽煙、煤塊輸送設(shè)備摩擦;內(nèi)因主要是煤礦井下混有的氣體出現(xiàn)自燃情況。煤礦井下災(zāi)害發(fā)生時(shí),會(huì)產(chǎn)生有害氣體,威脅工作人員安全?;馂?zāi)發(fā)生時(shí),產(chǎn)生的熱量短時(shí)間難以擴(kuò)散易行成爆炸,火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧引發(fā)人員中毒或窒息。
煤礦井下開采過程中可能會(huì)導(dǎo)致水流滲透到巷道內(nèi),造成巷道積水。巷道進(jìn)水后縮短煤礦山體的使用壽命,導(dǎo)致礦井淹沒,威脅井下人員生命安全。當(dāng)?shù)V區(qū)地質(zhì)較差,會(huì)導(dǎo)致礦井坍塌,積水還會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備短路,影響電力設(shè)備正常工作和使用。
頂板事故是對(duì)礦山安全影響最大的因素,礦山出現(xiàn)開采程度過大時(shí),會(huì)導(dǎo)致頂板承受的壓力過大,頂板支撐不能承受壓力時(shí),出現(xiàn)斷裂或者坍塌。隨著煤礦企業(yè)的開采,采空區(qū)的范圍增大,頂板支撐非常容易出現(xiàn)事故,且出現(xiàn)頂板坍塌后的礦區(qū),會(huì)導(dǎo)致其他連帶災(zāi)害的出現(xiàn),如煤礦區(qū)發(fā)生水流滲透的概率得到極大的增加。
在煤礦企業(yè)中,煤礦區(qū)的巖石中聚集著能量,當(dāng)能量達(dá)到一定的承受極限時(shí),會(huì)出現(xiàn)能量的釋放,造成煤礦巖石崩落,這就是沖擊地壓。沖擊地壓具有多樣性、突發(fā)性、破壞性和復(fù)雜性等特點(diǎn)。沖擊地壓按照破壞程度的不同,分為一般沖擊地壓與嚴(yán)重沖擊地壓。沖擊地壓在發(fā)生時(shí)具有較大的能量釋放,會(huì)導(dǎo)致巖石破碎、碰撞,同時(shí)伴隨著巨大的聲響。沖擊地壓發(fā)生后會(huì)伴隨一系列的次生災(zāi)害,如火災(zāi)、水災(zāi)等,加劇煤礦的危險(xiǎn)性。
礦震是一種常見的自然災(zāi)害,在煤礦開采過程中,由于地表震動(dòng)或者巖層脫落會(huì)導(dǎo)致礦震的發(fā)生。礦震是伴隨沖擊地壓發(fā)生的,非常容易引發(fā)煤礦災(zāi)害。
瓦斯是一種易燃的混合氣體,一般情況下瓦斯在礦井中能夠保持穩(wěn)定,在未遇到明火時(shí),不會(huì)發(fā)生爆炸或者燃燒。但在沒有火源的情況下,不會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。在進(jìn)行瓦斯含量的檢測(cè)時(shí),需要特別注意,監(jiān)測(cè)甲烷的SMP 系統(tǒng)如圖1 所示。
圖1 SMP 系統(tǒng)總站
該系統(tǒng)總站采用連續(xù)測(cè)量的方式監(jiān)測(cè)煤礦井下瓦斯含量,一般監(jiān)測(cè)時(shí)間為4min,監(jiān)測(cè)范圍廣,可達(dá)到甲烷占比范圍0~100%空氣含量。當(dāng)監(jiān)測(cè)到空氣中瓦斯達(dá)到一定濃度時(shí),需要在瓦斯含量高的區(qū)域切斷電源,開啟通風(fēng)條件,降低空氣中瓦斯含量。SMP 系統(tǒng)檢測(cè)總站不僅可以檢測(cè)瓦斯,還可以對(duì)空氣流速、地表溫度、礦井壓力、CO 含量、粉塵含量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在煤礦生產(chǎn)中,瓦斯爆炸事故的發(fā)生對(duì)煤礦危害極大。基于降低煤礦安全生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)考慮,需要安裝合適的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
煤礦井下存在瓦斯就存在一定的安全隱患,需要特別注意。特別是對(duì)于開采較多的煤層,發(fā)生瓦斯火災(zāi)或者爆炸的危險(xiǎn)性更大。為此,搭建煤礦井下瓦斯監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu),SMP|NTII和火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2 所示。
圖2 SMP | N 瓦斯和災(zāi)害監(jiān)測(cè)構(gòu)成
由圖2 可知,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為井上部分和井下部分,井上部分包括主計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控主機(jī)三個(gè)部分。井下部分包括不同的檢測(cè)分站、CCD-1 井下工作站,井下設(shè)備需要在惡劣的環(huán)境下正常工作,保證檢測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。
CCD-1 井下工作站將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中和儲(chǔ)存,傳感器是井下環(huán)境監(jiān)測(cè)的終端。CCD-1 井下工作站的電源部分位于地面,該工作站含有控制設(shè)備,能夠監(jiān)測(cè)二進(jìn)制的數(shù)據(jù),有利于采集井下氣體數(shù)據(jù)。CCD-1 井下工作站輸入、輸出設(shè)備齊全,有8 個(gè)模擬輸入、4 個(gè)控制輸出和16 個(gè)二進(jìn)制輸入,能夠有效完成數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)測(cè)。
SMP-NT 瓦斯和災(zāi)害監(jiān)測(cè)是一種先進(jìn)的控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井突發(fā)災(zāi)害的檢測(cè)。系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu),可以根據(jù)井下環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)節(jié),該系統(tǒng)裝有多個(gè)傳感器,能夠監(jiān)測(cè)一氧化碳、甲烷、空氣溫度、空氣流速等多種環(huán)境指標(biāo)。地下設(shè)備均能夠適應(yīng)在復(fù)雜環(huán)境下工作的特性,能夠使得系統(tǒng)運(yùn)行不受煤礦井下環(huán)境干擾。
對(duì)于沖擊地壓這類災(zāi)害的發(fā)生監(jiān)測(cè),采用專用的無線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和有線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。兩者區(qū)別在于信號(hào)傳輸?shù)姆绞?,沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理是當(dāng)量鉆屑量原理,其對(duì)將要發(fā)生沖擊地壓的煤礦區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè),以保證煤礦系統(tǒng)安全生產(chǎn)。
沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括:
1)井下監(jiān)測(cè)主機(jī),主機(jī)是完成沖擊地壓監(jiān)測(cè)的主要部分,主機(jī)的電子配件都是選自工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的高性能產(chǎn)品。
2)壓力傳感器,實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的終端設(shè)備,該部分主要由高精度的壓力傳感器組成,可以連續(xù)對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
3)地面監(jiān)測(cè)主機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦地面部分的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析,能夠顯示井下數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)狀況。
4)數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析和處理功能,數(shù)據(jù)分析和傳輸?shù)目煽啃愿摺?/p>
地震是一種監(jiān)測(cè)難度較大的自然災(zāi)害,地震的發(fā)生具有突然性、急速性的特點(diǎn),造成的破壞大,對(duì)于煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)影響極大。對(duì)于地震這種自然災(zāi)害的檢測(cè),需要采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè),以提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。頂板深處是地震靜態(tài)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn),被采集的數(shù)據(jù)記錄在鉆孔中,通過對(duì)鉆孔的變形分析和動(dòng)態(tài)信號(hào)獲取判斷地震災(zāi)害情況。
對(duì)于地震災(zāi)害的監(jiān)測(cè),波蘭專家開始的較早,波蘭EMAG 中心使用地震檢波儀對(duì)地震的發(fā)生與否進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過程中使用兩種系統(tǒng),ARES 地音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于地震監(jiān)測(cè),記錄巖石破裂的發(fā)生。ARAMIS 是一種微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),當(dāng)?shù)叵鲁霈F(xiàn)地震時(shí),即可對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè),ARAMIS 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖3所示。
圖3 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
如圖3 所示,微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含地面和井下兩個(gè)部分,其中地面部分包括監(jiān)測(cè)主機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器,井下部分包括通訊主站、監(jiān)測(cè)分站、地震檢波器。地面部分與井下部分構(gòu)成一個(gè)地震監(jiān)測(cè)的整體,對(duì)于保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。目前,微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煤礦井下突發(fā)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用系統(tǒng),用于煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)。
煤礦井下出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí),礦井人員的人身安全可能受到威脅,為此需要對(duì)井下人員的所在位置進(jìn)行定位,以保證人員安全,減少人員受傷的發(fā)生。定位井下人員位置冰采取救援措施是緊急救援協(xié)同系統(tǒng)的重要部分。煤礦井下災(zāi)害突然發(fā)生,對(duì)井下人員的救助一定要搶在第一時(shí)間,以保證井下人員的安全。設(shè)置廣播預(yù)警系統(tǒng),當(dāng)煤礦井下發(fā)生自然災(zāi)害時(shí),啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),提醒井下人員迅速撤離至安全地帶。報(bào)警系統(tǒng)采用KT190 廣播形式,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。
圖4 災(zāi)害發(fā)生預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖4 所示,預(yù)警系統(tǒng)包括手機(jī)端和廣播控制臺(tái),地面緊急救援指揮人員發(fā)送指令,井下工作人員在手機(jī)端進(jìn)行確認(rèn),同時(shí)可以向地面救援人員匯報(bào)煤礦井下情況,井下人員在地面指令的指揮下,遠(yuǎn)離自然災(zāi)害發(fā)生的地點(diǎn),保障自身生命財(cái)產(chǎn)安全。地面和井下部分都有音響設(shè)備,可以對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行擴(kuò)大,以保證預(yù)警信息能夠有效傳遞。
隨著煤礦開采程度的加深,自然災(zāi)害的樣式也更加復(fù)雜,尤其是對(duì)于開采時(shí)間久的煤礦,可能會(huì)發(fā)生多種自然災(zāi)害。為此,在對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),不能僅僅監(jiān)測(cè)單一的數(shù)據(jù),需要進(jìn)行綜合、整體監(jiān)測(cè),以保證煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。自然災(zāi)害的發(fā)生對(duì)于煤礦企業(yè)具有重大的損失,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人員傷亡。開展多種形式的災(zāi)害監(jiān)測(cè),包括瓦斯、地震微波、巷道水災(zāi)等監(jiān)測(cè)。將不同自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)匯總到一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),有利于監(jiān)測(cè)管理,如圖5 代表多種自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)的一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖5 多種自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)一體化系統(tǒng)
煤礦井下自然災(zāi)害頻發(fā),不同的自然災(zāi)害之間存在聯(lián)系,有的災(zāi)害可以導(dǎo)致其他災(zāi)害的連帶發(fā)生,所以煤礦井下災(zāi)害的發(fā)生往往是多種災(zāi)害并發(fā),對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和工作人員的人身安全造成了極大的影響。為此,在研究自然災(zāi)害特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出一種井下突發(fā)狀態(tài)與人員緊急救援協(xié)同系統(tǒng)。對(duì)一種或者多種災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行檢測(cè),并根據(jù)實(shí)際情況開展緊急救援。有利于提高煤礦安全生產(chǎn),降低自然災(zāi)害發(fā)生對(duì)煤礦的影響。
為了更好地監(jiān)測(cè)煤礦井下環(huán)境,可以開展監(jiān)測(cè)預(yù)警、人員定位、緊急救援一體化的研究,還可以向著智能化、無線化的方向開展研究。