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煤礦事故與煤礦通信、人員定位及監視新技術
字號:[    ] 發布時間:2015-03-26 來源:國家煤炭工業網

孫繼平
(中國礦業大學(北京),北京  100083)

摘要:分析了煤礦較大及以上瓦斯、水害和頂板事故特點,發生在采掘工作面事故最多,事故起數和死亡人數分別占78.54%和78.80%。提出移動通信、廣播通信、救災通信系統不宜用于礦井應急通信系統;礦井透地通信系統可以用作礦井應急通信系統,但性價比低;提出將礦用有線調度通信系統用作礦井應急通信系統,具有性價比高的優點:將電纜埋入巷幫與底板夾角處;將井下電話機設置在硐室內,并加強防護;減少電纜接頭,提高電纜接續的防水性能。

    0 引言
    煤礦事故主要有瓦斯、頂板、水災、火災、機電、運輸、放炮等事故;其中,頂板事故起數和死亡人數最多;較大及以上(較大、重大、特別重大)瓦斯事故最多;發生在采掘工作面事故最多。因此,通過監控、通信、監視等,減少煤礦井下作業人員,特別是采掘工作面作業人員,是煤礦安全生產的發展方向。
    1 瓦斯、水害和頂板事故分析
    通過對《2009年全國煤礦事故分析報告》—《2013年全國煤礦事故分析報告》研究分析,得出:2009年—2013年全國煤礦共發生較大及以上瓦斯、水害和頂板事故424起,死亡3198人;其中,發生在掘進工作面225起,死亡1674人,分別占53.07%和52.35%;發生在采煤工作面108起,死亡846人,分別占25.47%和26.45%;發生在采掘工作面333起,死亡2520人,分別占78.54%和78.80%。如表1所示。

    2009年,全國煤礦發生較大及以上瓦斯事故68起,死亡634人;其中,發生在掘進工作面35起,死亡324人,分別占較大及以上瓦斯事故51.47%%和51.1%;發生在采煤工作面10起,死亡51人,分別占較大及以上瓦斯事故14.71%和8.04%;發生在采掘工作面45起,死亡375人,分別占較大及以上瓦斯事故66.18%和59.15%。
    2009年,全國煤礦發生較大及以上水害事故20起,死亡131人;其中,發生在掘進工作面12起,死亡76人,分別占較大及以上水害事故60%%和58.02%;發生在采煤工作面2起,死亡19人,分別占較大及以上水害事故10%和14.50%;發生在采掘工作面14起,死亡95人,分別占較大及以上水害事故70%和72.52%。
    2009年,全國煤礦未發生重大和特別重大頂板事故,發生較大頂板事故16起,死亡60人;其中,發生在掘進工作面5起,死亡20人,分別占較大頂板事故31.25%和33.33%;發生在采煤工作面6起,死亡23人,分別占較大頂板事故37.5%和38.33%;發生在采掘工作面11起,死亡43人,分別占較大水害事故68.75%和71.67%。
    2010年,全國煤礦發生較大及以上瓦斯事故68起,死亡519人;其中,發生在掘進工作面41起,死亡275人,分別占較大及以上瓦斯事故60.29%和52.99%;發生在采煤工作面13起,死亡171人,分別占較大及以上瓦斯事故19.11%和32.95%;發生在采掘工作面54起,死亡446人,分別占較大及以上瓦斯事故79.41%和85.93%。
    2010年,全國煤礦發生較大及以上水害事故19起,死亡197人;其中,發生在掘進工作面14起,死亡164人,分別占較大及以上水害事故73.68%和83.25%;發生在采煤工作面1起,死亡3人,分別占較大及以上水害事故5.26%和1.52%;發生在采掘工作面15起,死亡167人,分別占較大及以上水害事故78.95%和84.77%。
    2010年,全國煤發生較大及以上頂板事故25起,死亡101人;其中,發生在掘進工作面8起,死亡28人,分別占較大及以上頂板事故32%和27.72%;發生在采煤工作面11起,死亡41人,分別占較大及以上頂板事故44%和40.59%;發生在采掘工作面19起,死亡69人,分別占較大及以上頂板事故76%和68.32%。
    2011年,全國煤礦發生較大及以上瓦斯事故55起,死亡440人;其中,發生在掘進工作面37起,死亡319人,分別占較大及以上瓦斯事故67.27%和72.5%;發生在采煤工作面11起,死亡77人,分別占較大及以上瓦斯事故20%和17.5%;發生在采掘工作面48起,死亡396人,分別占較大及以上瓦斯事故87.27%和90%。
    2011年,全國煤礦發生較大及以上水害事故22起,死亡163人;其中,發生在掘進工作面13起,死亡94人,分別占較大及以上水害事故59.09%和57.67%;發生在采煤工作面6起,死亡31人,分別占較大及以上水害事故27.27%和19.02%;發生在采掘工作面19起,死亡125人,分別占較大及以上水害事故86.36%和76.69%。
    2011年,全國煤發生較大及以上頂板事故15起,死亡60人;其中,發生在掘進工作面5起,死亡22人,分別占較大及以上頂板事故33.33%和36.67%;發生在采煤工作面6起,死亡23人,分別占較大及以上頂板事故40%和38.33%;發生在采掘工作面11起,死亡45人,分別占較大及以上頂板事故73.33%和75%。
    2012年,全國煤礦發生較大及以上瓦斯事故36起,死亡303人;其中,發生在掘進工作面20起,死亡124人,分別占較大及以上瓦斯事故55.56%和40.92%;發生在采煤工作面8起,死亡114人,分別占較大及以上瓦斯事故22.22%和37.62%;發生在采掘工作面28起,死亡238人,分別占較大及以上瓦斯事故77.78%和78.55%。
    2012年,全國煤礦發生較大及以上水害事故13起,死亡107人;其中,發生在掘進工作面9起,死亡71人,分別占較大及以上水害事故69.23%和66.36%;發生在采煤工作面3起,死亡32人,分別占較大及以上水害事故23.08%和29.91%;發生在采掘工作面12起,死亡103人,分別占較大及以上水害事故92.31%和96.26%。
    2012年,全國煤礦沒有發生重大和特別重大頂板事故,發生較大頂板事故16起,死亡66人;其中,發生在掘進工作面5起,死亡23人,分別占較大頂板事故31.25%和34.85%;發生在采煤工作面9起,死亡37人,分別占較大頂板事故56.25%和56.06%;發生在采掘工作面14起,死亡60人,分別占較大頂板事故87.5%和90.91%。
    2013年,全國煤礦發生較大及以上瓦斯事故30起,死亡311人;其中,發生在掘進工作面12起,死亡84人,分別占較大及以上瓦斯事故40%和27.01%;發生在采煤工作面13起,死亡178人,分別占較大及以上瓦斯事故43.33%和57.23%;發生在采掘工作面25起,死亡262人,分別占較大及以上瓦斯事故83.33%和84.24%。
    2013年,全國煤礦發生較大及以上水害事故13起,死亡76人;其中,發生在掘進工作面7起,死亡39人,分別占較大及以上水害事故53.85%和51.32%;發生在采煤工作面5起,死亡33人,分別占較大及以上水害事故38.46%和43.42%;發生在采掘工作面12起,死亡72人,分別占較大及以上水害事故92.31%和94.74%。
    2013年,全國煤礦沒有發生重大和特別重大頂板事故,發生較大頂板事故8起,死亡30人;其中,發生在掘進工作面2起,死亡11人,分別占較大頂板事故25%和36.67%;發生在采煤工作面4起,死亡13人,分別占較大頂板事故50%和43.33%;發生在采掘工作面6起,死亡24人,分別占較大頂板事故75%和80%。
    3 礦井移動、廣播與救災通信系統
    3.1 WIFI、3G、4G礦井移動通信系統
    不斷推進的采掘工作面和井下流動作業人員,需要礦井移動通信系統。早期礦井移動通信系統主要有漏泄通信系統、感應通信系統、透地通信系統等。早期礦井移動通信系統均存在著體積大、傳輸帶寬窄等問題,主要用于電機車、工作面、救災等局部通信系統,不能用作全礦井移動通信系統。為解決早期礦井移動通信系統存在的問題,人們先后研制了PHS(又稱小靈通)、WIFI、3G、4G礦井移動通信系統等。但由于PHS通信系統存在著基站控制器和基站非本質安全防爆、抗災變能力差、傳輸距離短、配件困難等問題,已很少采用。傳輸帶寬寬、傳輸距離遠、體積小、重量輕、具有語音、圖像和數據通信功能的4G和WIFI全礦井移動通信系統已成為首選。
    3.2 礦井廣播通信系統
    為減少人員傷亡,當瓦斯超限,或發生瓦斯、水、火等事故時,需將井下作業人員撤至地面??缶悴ネㄐ畔低呈羌笆狽⒉汲啡嗣畹撓行Чぞ???笥霉悴ネㄐ畔低塵哂杏鏌艄悴?、顯示、井下緊急呼叫地面、雙向語音通信等功能??笥霉悴ネㄐ畔低吵勺魑鹿食啡撕捅ňㄐ磐?,還可作為生產調度廣播通信。
    3.3 多媒體礦井救災通信系統
    礦井救災通信系統是礦山救護隊的必備裝備,在應急救援工作中發揮著重要作用??笊驕然ざ釉縉諗潯傅鬧釁蹈杏缶仍滯ㄐ畔低?,可進行語音通信,但不能將事故現場圖像傳送給井下救援基地和地面救援指揮中心。采用WiFi和MESH等通信技術,研制成功的多媒體礦井救災通信系統,具有語音通信,圖像監視,CH4、CO、O2、溫度等環境監測,救護隊員心跳、體溫、姿態等監測功能,獲得了廣泛應用。
    4 礦井應急通信系統
    瓦斯爆炸、頂板冒落、火災等事故均會造成線纜斷纜、設備損壞,通信系統無法正常工作??乖直淠芰η?、受災害影響小的礦井應急通信系統是既是應急救援的迫切需要,也是礦井通信研究的熱點。
    瓦斯超限、瓦斯爆炸、火災等事故,會造成礦井停電。因此,需井下供電的礦井移動通信系統、廣播通信系統等,不宜用作礦井應急通信系統。
    礦井救災通信系統主要由救護隊配備,事故后,由救護隊員設置?!犢笊驕然す娉獺飯娑ā翱笊驕然ざ幼さ刂練窨缶木嗬?,以行車時間不超過30min為限”,因此,救護隊員到達事故井下,并建立通信聯絡,需要一定的時間。特別是,當巷道堵塞、有害氣體超標、氧氣含量不足時,救護隊員將無法到達相關災變區域,也不能建立通信聯絡。因此,礦井救災通信系統不能用作礦井應急通信系統。
    礦井透地通信系統受事故影響小,特別是地面向井下單向透地通信系統,井下接收設備功率小,體積小、重量輕、便于攜帶,只要事故沒有造成井下接收設備損壞,就可保持單向通信。雙向透地通信系統,井下發射設備功率較大、發射天線也較大,一般設置在避難硐室內。因此,礦井透地通信系統可以用作礦井應急通信系統,但性價比低。
    將通信電纜埋入巷幫與底板夾角處的礦用有線調度通信系統,平時用于生產調度通信,事故時用于應急救援通信,是性價比最高的應急通信系統??笥糜邢叩鞫韌ㄐ畔低巢恍杈鹿┑?,當發生瓦斯爆炸、頂板冒落、火災、水災等事故時,只要電纜不斷、電話不壞,就可實現雙向語音通信。這已被河南省陜縣支建煤礦“7.29”透水事故等多起事故成功救援所證明。將電纜埋入巷幫與底板夾角處,減少了瓦斯爆炸、頂板冒落、機械碰撞等造成斷纜的概率,減少了火災對電纜的損壞。將井下電話機設置在硐室內,并加強防護,減少了事故造成電話機損壞的概率。減少電纜接頭,提高電纜接續的防水性能,減少了水害事故對系統的影響。因此,將通信電纜埋入巷幫與底板夾角處的礦用有線調度通信系統,是迄今為止,既可用于日常生產和安全調度,又可用于事故應急救援通信,最可靠、最經濟、最有效的礦井通信系統。
    5 礦井人員定位系統
    煤礦井下人員定位是遏制煤礦井下超定員生產,加強煤礦井下作業人員管理和應急救援等工作的需要。煤礦井下無線衰減嚴重、電磁環境惡劣、本安防爆等制約著GPS等地面定位技術直接在煤礦井下應用。
    采用RFID區域位置監測技術的礦井人員位置監測系統,不能實現人員定位,無便攜式搜尋器,不能滿足救援搜尋需求,無雙向緊急呼叫功能。
    基于場強的定位方法,受巷道斷面、傾斜、彎曲、分支、圍巖性質、支護、縱向導體、橫向導體等影響大,定位精度低。
    基于TOA的定位方法,具有定位精度高(靜態誤差可達2m)等優點,除可用于煤礦井下人員定位外,還可用于煤礦井下膠輪車、電機車等動目標定位?;赥OA的定位方法,將成為礦井人員定位系統的主流技術,在遏制煤礦井下和采掘工作面等重點區域超定員生產,遏制重特大事故發生,防止人員進入盲巷等限制區域,控制作業人員超時下井,加強特種作業人員管理、領導下井帶班管理、考勤管理和應急救援等方面發揮著重要作用。
    6 礦井圖像監視與寬帶傳輸
    6.1 無線與高清圖像監視
    圖像監視具有信息量大、眼見為實的特點。無人值守的崗位,除需要具有遠程監控功能的監控系統外,還應設置圖像監視系統和移動通信系統。為滿足膠輪車、電機車、采煤機、掘進機等移動設備的監控,研制成功并推廣應用了WIFI等礦用無線攝像機。為便于圖像識別與處理,研制成功并推廣應用了礦用低照度高清攝像機等。
    6.2 萬兆以太網和無源光網絡
    為滿足煤礦井下高清圖像監視的需求,研制成功并推廣應用了礦用萬兆以太網,實現了高清圖像、語音、人員定位等多媒體傳輸。研制成功并推廣應用的礦用無源光網絡,[6]具有主干無源、雙樹冗余、時延小等優點。
    7 結語
    煤礦傷亡事故主要發生在采掘工作面。因此,通過監控、通信、監視等,減少煤礦井下和采掘工作面作業人員,是安全高效現代化礦井發展方向。WIFI和4G礦井移動通信系統,礦井廣播通信系統,多媒體礦井救災通信系統,將通信電纜埋入巷幫與底板夾角處的礦用有線調度通信系統,基于TOA的動目標定位系統,礦用無線攝像機,礦用低照度高清攝像機,礦用萬兆以太網,礦用無源光網絡等新技術和新裝備,將在煤礦安全生產工作中發揮著重要作用。本文全文發表在《工礦自動化》2015年第2期:孫繼平. 煤礦事故特點與煤礦通信、人員定位及監視新技術[J].工礦自動化,2015,41(2):1-5.

 
責任編輯: 高玉潔 關閉窗口
 
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