救援监控系统在煤矿安全生产的应用

分类：矿业论文发表 时间：2020-12-22 10:01 关注：(1)

　　针对煤矿发生事故后传统救援监控系统无法实时对井下人员进行动态定位，导致矿井救援盲目性大、救援效率差、救援难度大等技术难题，为了进一步提高煤矿救援效率，通过技术研究，设计了一套以通信基站为核心的智能化救援监控系统，分析了该系统结构组成、工作原理，通过在担水沟煤矿井下实际应用效果来看，智能化救援监控系统对人员定位精准度达95%，实现人员动态位置三维成像，救援效率提高至80%以上，有效缩短了煤矿事故救援时间，取得了显著应用成效。

　　关键词：煤矿；事故救援；智能化；监控系统；通信基站；人员定位；应用分析

　　随着我国煤矿生产技术水平不断提高，矿井生产能力不断增加，煤矿事故率也随之增加，如瓦斯爆炸、透水、顶板垮落、火灾等，威胁着煤矿安全生产;根据国家安全监察总局数据统计分析发现，2010—2015年我国煤矿事故死亡人数达0．46万人，百万吨死亡率达0．72%，虽然我国对煤矿安全管理费用及安全设备投入不断加大，但是煤矿事故仍居高不下［1］。煤矿发生事故后，主要采用井下有线监控系统对被困人员进行救援，但是传统救援监控系统受井下灾变环境影响，监控区域有限，无法对井下人员全覆盖定位;而且一旦井下发生事故后，监控系统配套设施损坏严重，系统监控能力降低，从而导致救援工作难度增大，救援效率差，人员定位准确率不足50%;所以对于煤矿井下建立稳定智能化救援监控系统，对进一步提高煤矿救援工作效率具有重要意义。因此，为了满足矿山救援需要，山西省朔州市应急救援大队通过技术研究设计了一套智能化救援监控系统，并在担水沟煤矿井下进行安装应用。

　　1概述

　　山西中煤担水沟煤业有限公司位于朔州市朔城区北部15km的小平易乡担水沟村北，行政区划属朔州市朔城区管辖。井田位于宁武煤田北部，东西长3．998km，南北宽3．273km，井田面积8．8395km2。井田地质储量为26102万t，工业储量为25920万t，可采储量14512万t，矿井设计生产能力90万t/a，服务年限115a。矿井水文地质条件中等;属低瓦斯矿井;煤尘具有爆炸危险性;自燃倾向性等级Ⅱ类，属自燃煤层。担水沟煤矿在生产期间主要安装1套KJ160N煤矿安全监控系统，共安设CO、CH4、温度、烟雾等传感器130余台。另外还安装有人员定位、紧急避险、通讯联络、供水施救和压风自救等安全避险系统。由于传统煤矿救援监控系统无法实现远距离无线监控功能，煤矿发生事故后系统损坏严重，导致事故救援难度大;根据担水沟煤矿“1·17”重大顶板事故救援工作报告显示，在事故救援工作中人员准确定位以及远距离监控直接影响着救援效率。

　　2智能化救援监控系统结构组成

　　(1)智能化救援监控系统主要包括着手持终端、通信基站、基站控制器、定位发送卡、光端机、局端设备、网路交换站、终端计算机、服务器、三维信息图分析仪等部分组成，如图1所示。图1智能化救援监控系统(2)手持终端主要安装在井下施工人员矿灯或安全帽上，每个手持终端安装独立的ID号，手持终端通过无线通信信号与基站之间可进行语音、数据交换，通讯频率设置为800Hz，手持终端为矿用隔爆型设备，蓄电能力为12d。(3)信息基站主要安装在井下采区、掘进巷道开口处、综采工作面顺槽以及工作面液压支架顶梁上，同时对特殊区域如瓦斯抽放硐室、避难硐室等也安装通信基站;每个基站通信覆盖区域面积为0．5km2，每两个通信基站与一个基站控制器连接。(4)基站控制器主要安装在主运输大巷以及主副井筒内，在基站控制器内安装内嵌定位发送卡(cons-a-4002)，利用PCI插槽安装在控制器主板上;基站控制器通过工业千兆以太网、网络交换站与地面内嵌定位接收卡的局端设备连接，进行井上下信号传递。(5)定位发送卡上有单板控制器Z-wordBL2100和A/D转换器，并通过PCI设定时间循环，单板控制器将采集的手持终端的信号强度通过A/D转换芯片数据化后进行处理，并与相应的手持终端ID相匹配，可将结果通过PIC接口发送至局端设备的定位接收卡上。(6)主机服务器主要安装在地面远程监控室内，主机服务器与终端计算机连接，在服务器内安装通信软件、定位软件、三维信息图数据库等;服务器通过专用软件可在显示器上直观显示被困人员具体位置，并对井下所有人员进行三维成像［2］。

　　3智能化救援监控系统工作原理

　　(1)智能化救援监控系统采用的是周期制定位方式，当打开系统后定位器首选确定定位周期，该周期可通过远程调制，正常1个定位周期时间为3～5min，设定定位周期主要目的是实时监测被困人员动态位置，如图2所示。(2)当井下发生重大事故后，被困人员打开手持终端，手持终端开机后自动与邻近的基站进行无线通信连接，并通过系统定位软件对手持终端ID号井下注册登记。(3)系统定位软件根据已设定的定位周期对井下所接收的每一个ID井下查找、定位，在1个周期范围内定位软件对已注册的ID进行查询。(4)定位软件对已注册ID查询后，及时提取关联该ID的基站控制器，并通过基站控制器的定位发射卡提取关联该ID的信号强度，然后将数据信号传送至局端设备的定位接收卡中，并转换成该ID的修正因子。(5)定位软件根据该手持终端ID的基站为主以及ID修正因子准确计算出ID预估空间位置以及空间分布，然后定位软件将该ID空间分布信息发送至地面远程监控室主机服务器内，采用服务器中的三维显示软件将终端ID位置显示在井下三维信息图上［3］。(6)三维信息空间位置确定原理如下:①当井下被困人员位于井下2个基站之间(1#、2#)，由于被困人员与2个基站距离不同，使得2个基站对手持终端接收信号强弱不同，且手持终端发送的信号同时被2个基站控制器中的定位发送卡采集，定位软件根据1#、2#基站空间位置以及手持终端ID修正因子，合理确定出ID三维信息空间位置;②在系统下一个循环监测时，被困人员仍在原地;当人员移动后被其他邻近基站(如4#、5#)接收信号，手持终端发送信号被4#、5#基站接收后根据接收信号强弱，判断被困人员在4#、5#基站之间，并确定三维信息空间位置。(7)通过以上步骤在一个循环周期内确定井下所有被困人员空间位置，通过连续的循环监测可确定被困人员在井下实时运动轨迹。

　　4系统优缺点及实际应用效果分析

　　4．1系统优点

　　(1)自动化水平高。与传统煤矿救援监控系统相比，智能化救援监控系统实现了无线通信频率进行信号传输、人员全方位定位、地面远程自动监控等功能，自动化水平高。(2)应用效果好。在实际应用中能够实时的记录每个手持终端准确位置，及运动轨迹;且该系统具有通话功能，在矿难事故中搜救人员能够与被困人员进行实时通话;同时当通信基站被损坏后，搜救人员能够在可能到达的地点及时建立通信基站，确保井下通信畅通，从而进一步提高煤矿救援效率，具有显著应用效果［4］。(3)受环境影响小。与传统的有线救援监控系统相比，该通信系统采用的是无线信号传输方式，简化了系统布设工序，减少了布线成本费用，同时当矿井发生水灾、顶板、瓦斯等事故后系统损坏程度小，能够及时有效的为救援工作提供实时定位数据。(4)实用性强。智能化救援监控系统不仅可用于矿山领域，而且还可用于道路、桥梁、隧道等工程领域中，实用性强，应用区域广。(5)该系统在实际应用中还存在一些不足，主要表现在以下几方面:①该系统成本费用高，维修难度大;②该系统采用无线信号传输时，受高压电缆、高压电器设备发出的高次谐波影响较大［5］。

　　4．2实际应用效果分析

　　山西省朔州市应急救援大队在担水沟煤矿4#煤层及9#煤层盘区大巷以及采掘工作面中共计建立了9个通信基站，通信覆盖矿井面积达6km2，在盘区大巷、井筒、井口分别安装若干个网路信号交换站，在地面调度室建立一个远程控制操控室，通过对井下进行救援演练实际应用发现，采用智能化救援监控系统后能够对被困人员进行精准定位，准确率达95%以上，定位时间在30～60s;而且该系统可将被困人员准确定位后通过显示器进行三维显示，相比传统监控系统，救援效率提高了30%，达85%以上，大大缩短了救援时间。

　　5结语

　　山西省朔州市应急救援大队针对当前煤矿救援监控系统主要存在的弊端，设计了一套智能化救援监控系统柜，通过在担水沟煤矿安装应用效果来看，该系统具有灵敏度高、故障率低、人员定位度高等优点，大大提高了煤矿救援效率，具有显著推广和应用意义。

　　参考文献

　　［1］孙继平．煤矿井下紧急避险与应急救援技术［J］．工况自动化，2014(1):1-4．

　　［2］邓涛．基于多源数据集成的煤矿应急救援平台的研究［J］．中国煤炭，2014(8):61-64．

　　［3］沈明云．煤矿数字化防灾与救援体系应用研究［J］．山东煤炭科技，2008(5):176-177．

　　［4］于雷．基于无线移动通讯的矿山应急通信与监测系统研究［J］．中国安全生产科学技术，2014(S1):300-303．

　　［5］张国鹏．煤矿应急通信网络的拓扑重构和数据传输研究［J］．煤炭科学技术，2011(5):84-86．

　　作者：李耀宗