矿山救援演习巷道智能化系统的构建研究

安妍慧

（西山煤电教育中心，山西 太原 030021）

1 问题的提出

矿山救援演习巷道是提高矿山救援指战员心理素质、身体素质和协同作战能力的基本设施。西山煤电集团矿山救护大队在日常训练当中存在手段单一、训练环境与实际作战环境差别大、训练效果差、效率低下等问题。同时当前我国对于矿山救援演习巷道没有相应的技术标准，因此这极大地影响了矿山救护大队的训练效果及实战效果。针对以上问题，西山煤电教育中心结合西山煤电矿山救护大队的实际情况，构建了井下演习巷道智能化系统，并制定了演习巷道的技术标准。

2 演习巷道智能化系统的构建

西山煤电矿山救护大队井下演习巷道位于官地煤矿二采区的一条废弃巷道，共长932m。该巷道主要模拟综采、掘进、主运、辅运、进回风、运输、供排水、供电、压风系统，类型齐全且配备了完善的智能化系统。

2.1 训练功能分析

综采工作面：训练救护队员的回采工艺知识，对救援流程、方法、注意事项等进行培训。

掘进工作面：熟练操作各种设备，同时进行破拆、局扇安装、供排水、高泡灭火、测风等科目。

低氧训练区：训练救护队员的灾区侦察，锻炼救护队员的小队分工、配合和协作能力。

矮巷训练区：训练救护队的耐力和巷道适应能力。

2.2 智能化系统分析

（1）综合数据平台。综合数据平台通过部署2台S5700交换机、2台ATN950B交换机、1台ATN950B传输设备、13台ATN910i交换机，来实现地面和井下的信息传递交流，给不同业务使用，通过网络承载井下所有业务。

（2）调度指挥系统。将演习巷道的各类监测、监控及自动化系统都接入安监局救护消防大队现有指挥中心系统当中。演习过程发生事故时，将井下现场情况通过网络传输到地面指挥台，同时采取救援措施。

（3）移动通信系统。井下移动通信系统采用3G CDMA2000技术，可实现消防演习巷道无线信号全覆盖，通过与现有西山煤电总部核心网对接，实现井下和地面在不替换通信设备、不替换SIM卡的情况下正常使用，便于应急救援演练语音调度。井下发生事故时可以通过井下无线通信设备及时把现场情况反馈到地面。

（4）人员定位系统。人员定位系统具有员工出/入井时刻、出/入重点区域、出/入限制区域、下井工作时间、超时人员总数及人员下井活动路线等功能，能准确定位事故人员位置，精确度在2～3m之间，可在最短时间内锁定事故受伤人员。

（5）视频监控系统。视频监控系统共设32个应急救援演练及设备运行监控点。为确保图像质量，采用模拟和IP两种控制方式，摄像头使用安迅士机芯，外壳自带冷光源，黑白摄像机照度0.02x，彩色摄像机照度0.08lx，利用摄像机采集图像信息，并进行信息的传递和监控。24h全程监控井下实际情况，可将事故现场情况及时反馈到调度室，以便采取有效的救援措施。

（6）数字广播系统。在救援演练中通过数字广播系统对救援过程进行指挥，调度员也可以利用该系统下达相应的救援指令，井下作业人员可通过系统进行一对一双向对讲。

（7）固定通信系统。井下固定通信系统共安装5部KTH15本质安全型自动电话机，分别安装在带式输送机机头、水泵房、掘进工作面、综采工作面、避难硐室。特殊情况下可用来与地面调度中心联系。

（8）冒顶事故现场模拟系统。由控制系统、模拟系统、支护设备、现场环境分析设备等组成，模拟训练场景和冒顶事故环境进行训练演习。

（9）灾害环境模拟系统。通过现场声音、灯光等模拟真实灾害环境，强化训练效果。由控制台控制的丽彩频闪灯和彩灯可发出交错频闪光柱。还加装了警示灯，可配合警笛声增加训练紧张度。

2.3 演习巷道的训练内容和标准分析

针对当前我国矿山救护演习巷道无相应技术标准的问题，基于西山煤电矿山救护大队演习巷道智能化系统的构建，从灾区环境模拟、灾害事放模拟方面制定了自身的训练技术标准。

2.3.1 灾区环境的模拟标准

（1）高温模拟。高温浓烟室内应安装加热及监控装置，演习环境温度应在10～60℃之间可调，在演习巷道所在地最冷季节、加热装置应满足在60min内将高温浓烟室内温度升至60℃。

（2）浓烟模拟。高温浓烟硐室安装发烟装置和能见度检测装置，烟气非腐蚀性、无毒、无残留气体，如舞台烟，产生的浓烟在5min内使酮室内能见度接近0。

（3）湿度模拟。高温浓烟内应有湿度控制装置，能够控制相对湿度范围在75%～90%之间，加湿均匀。

（4）气体环境模拟。演习巷道应安装气体环境模拟及监测系统，并配置CO、CO2、O2、CH4浓度模拟传感器，具备声光报警功能。传感器的显示浓度由监测系统主机设定，显示浓度范围如下：CO，0～10000ppm；CO2，0～100%；O2，0～25%；CH4，0～100%。

（5）有毒有害气体模拟。有毒有害气体模拟应采用无毒但具有刺激性的气体，如辣椒素或警用催泪瓦斯。该模拟装置应能远程控制。

（6）背景声光模拟。通过调音台控制播放灾害发生时的不同声源，通过灯控台控制频闪灯和丽彩灯，营造井下灾害时的声光环境。

（7）灾害现场人员伤害模拟。采用创伤急救人体模型，人为设置受伤、遇难等恐怖场景，以提高指战员的心理素质。

2.3.2 灾害事故模拟

（1）火灾事故模拟。火灾模拟装置可采用不同燃烧物，应有安全保护措施及自动点火装置，实现火焰大小、点燃、熄灭控制，采用温度、光电、压力、气体等传感器检测液态、固态、气体灭火剂的使用及计量，判断灭火剂的使用是否正确。采用热电偶检测环境温度，控制燃烧环境最高温度，保证安全。

（2）水灾事故模拟。水灾事故模拟主要由水源、管道、电动阀门/电动闸门、集成控制系统、流量传感器、水泵等部分组成，模拟出水量不小于200m3/h，采用集成控制系统控制电动阀门/电动闸门开关水源。配置流量传感器，供水量应能反馈到集成控制系统，以控制总水量。

（3）顶板事故模拟。顶板事故宜采用仿真石进行模拟，应能模拟井下巷道中顶板意外冒落的场景，冒落仿真石应不少于10m3。顶板事故模拟应能控制顶板发生冒落的时刻，通过执行机构推动仿真石垮塌与恢复。

（4）瓦斯爆炸模拟。瓦斯爆炸可采用压缩气体或瓦斯气体进行模拟。采用红外和视频监测模拟爆炸区域环境参数，人员在危险区域内不能点爆；瓦斯爆炸模拟瓦斯量控制在5～10m2，在距爆炸区5m处不大于0.01MPa；爆炸容器内瓦斯浓度应能自动控制，在确保安全的情况下远程点爆。

3 演习巷道智能化系统应用的实际效果

3.1 训练效果分析

自该套系统投入使用以来，大队除队内日常训练外，将所有单项训练项目转至井下演习巷道实施，训练进一步实战化。例如灾区侦察气体检测、现场绘图、测风、安装水泵和接水管、大断面砖闭、板闭、风障建造、现场安装局部通风机接风筒、建造木垛等项目，均在井下实际环境进行训练，使救护队员对各项技能的掌握水平大大提高，单项实操训练实效性大大增强。综合演练训练以井下演习巷道为背景设置模拟灾害事故，锻炼中队的现场指挥和处置能力。通过这种训练方式，巩固提高了井下各单项的训练水平，提高了指挥员救援理论知识和实战相结合的能力，提高了全体指战员事故现场处置和应变能力，提高了新队员对事故处理的认识和实战能力。并通过全面总结，分析作战内容、过程、方法及经验教训，积累了宝贵的作战经验。

为进一步检测该系统的模拟训练效果情况，抽取参加救援演习训练的20名队员进行血压检测、紧张程度、恐惧程度的调查分析。经参加8次救援演习训练后，救援队员的平均血压情况如图1所示。从图中可以看到，随着演习训练的次数增加，队员的血压情况在逐渐降低并保持在正常状态。

通过3次训练后，救援队员普遍降低了恐惧度和紧张度，20人之中仅仅1人有一定的紧张感；经过6次训练后，所有队员都消除了恐惧度和紧张度。

3.2 存在的问题分析

该系统也存在一定的缺陷，如冒顶灾害模拟采用仿真顶板，顶板垮落建有自动控制装置，场景较为逼真，但只能通过视觉、听觉感受冒顶灾害事故场景，与冒顶支护、破拆等单项训练不能很好地结合；水灾灾害模拟只设计了水泵房、水仓，可进行安装水泵、接水管、排水等实战训练，但未能实现灾害环境模拟；其他灾害环境模拟系统虽营造了逼真的声光环境但对实战训练来说意义不大。

图1 训练后队员平均血压变化

4 结论

（1）矿山救援工作重心是贴近实战的训练，通过演习巷道智能化系统建设，可促进“实战化”训练，提高队伍实战能力。

（2）矿山救援演习巷道是提升矿山救援能力的重要条件，在国内外演习巷道实际情况的基础上，应探索矿山救援演习巷道智能化系统功能，提出系统应具备的技术标准，为其他救援队伍应急演习巷道智能化系统构建提供参考和依据。