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煤矿事故与煤矿通信人员定位及监视新技术流量

发布时间:2019-11-20 16:48:50 阅读: 来源:铝合金厂家

煤矿事故与煤矿通信、人员定位及监视新技术

孙继平

(中国矿业大学(北京),北京 100083)

摘要:分析了煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点,发生在采掘工作面事故最多,事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用于矿井应急通信系统;矿井透地通信系统可以用作矿井应急通信系统,但性价比低;提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统,具有性价比高的优点:将电缆埋入巷帮与底板夹角处;将井下电话机设置在硐室内,并加强防护;减少电缆接头,提高电缆接续的防水性能。

0 引言

煤矿事故主要有瓦斯、顶板、水灾、火灾、机电、运输、放炮等事故;其中,顶板事故起数和死亡人数最多;较大及以上(较大、重大、特别重大)瓦斯事故最多;发生在采掘工作面事故最多。因此,通过监控、通信、监视等,减少煤矿井下作业人员,特别是采掘工作面作业人员,是煤矿安全生产的发展方向。

1 瓦斯、水害和顶板事故分析

通过对《2009年全国煤矿事故分析报告》—《2013年全国煤矿事故分析报告》研究分析,得出:2009年—2013年全国煤矿共发生较大及以上瓦斯、水害和顶板事故424起,死亡3198人;其中,发生在掘进工作面225起,死亡1674人,分别占53.07%和52.35%;发生在采煤工作面108起,死亡846人,分别占25.47%和26.45%;发生在采掘工作面333起,死亡2520人,分别占78.54%和78.80%。如表1所示。

2009年,全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故68起,死亡634人;其中,发生在掘进工作面35起,死亡324人,分别占较大及以上瓦斯事故51.47%%和51.1%;发生在采煤工作面10起,死亡51人,分别占较大及以上瓦斯事故14.71%和8.04%;发生在采掘工作面45起,死亡375人,分别占较大及以上瓦斯事故66.18%和59.15%。

2009年,全国煤矿发生较大及以上水害事故20起,死亡131人;其中,发生在掘进工作面12起,死亡76人,分别占较大及以上水害事故60%%和58.02%;发生在采煤工作面2起,死亡19人,分别占较大及以上水害事故10%和14.50%;发生在采掘工作面14起,死亡95人,分别占较大及以上水害事故70%和72.52%。

2009年,全国煤矿未发生重大和特别重大顶板事故,发生较大顶板事故16起,死亡60人;其中,发生在掘进工作面5起,死亡20人,分别占较大顶板事故31.25%和33.33%;发生在采煤工作面6起,死亡23人,分别占较大顶板事故37.5%和38.33%;发生在采掘工作面11起,死亡43人,分别占较大水害事故68.75%和71.67%。

2010年,全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故68起,死亡519人;其中,发生在掘进工作面41起,死亡275人,分别占较大及以上瓦斯事故60.29%和52.99%;发生在采煤工作面13起,死亡171人,分别占较大及以上瓦斯事故19.11%和32.95%;发生在采掘工作面54起,死亡446人,分别占较大及以上瓦斯事故79.41%和85.93%。

2010年,全国煤矿发生较大及以上水害事故19起,死亡197人;其中,发生在掘进工作面14起,死亡164人,分别占较大及以上水害事故73.68%和83.25%;发生在采煤工作面1起,死亡3人,分别占较大及以上水害事故5.26%和1.52%;发生在采掘工作面15起,死亡167人,分别占较大及以上水害事故78.95%和84.77%。

2010年,全国煤发生较大及以上顶板事故25起,死亡101人;其中,发生在掘进工作面8起,死亡28人,分别占较大及以上顶板事故32%和27.72%;发生在采煤工作面11起,死亡41人,分别占较大及以上顶板事故44%和40.59%;发生在采掘工作面19起,死亡69人,分别占较大及以上顶板事故76%和68.32%。

2011年,全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故55起,死亡440人;其中,发生在掘进工作面37起,死亡319人,分别占较大及以上瓦斯事故67.27%和72.5%;发生在采煤工作面11起,死亡77人,分别占较大及以上瓦斯事故20%和17.5%;发生在采掘工作面48起,死亡396人,分别占较大及以上瓦斯事故87.27%和90%。

2011年,全国煤矿发生较大及以上水害事故22起,死亡163人;其中,发生在掘进工作面13起,死亡94人,分别占较大及以上水害事故59.09%和57.67%;发生在采煤工作面6起,死亡31人,分别占较大及以上水害事故27.27%和19.02%;发生在采掘工作面19起,死亡125人,分别占较大及以上水害事故86.36%和76.69%。

2011年,全国煤发生较大及以上顶板事故15起,死亡60人;其中,发生在掘进工作面5起,死亡22人,分别占较大及以上顶板事故33.33%和36.67%;发生在采煤工作面6起,死亡23人,分别占较大及以上顶板事故40%和38.33%;发生在采掘工作面11起,死亡45人,分别占较大及以上顶板事故73.33%和75%。

2012年,全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故36起,死亡303人;其中,发生在掘进工作面20起,死亡124人,分别占较大及以上瓦斯事故55.56%和40.92%;发生在采煤工作面8起,死亡114人,分别占较大及以上瓦斯事故22.22%和37.62%;发生在采掘工作面28起,死亡238人,分别占较大及以上瓦斯事故77.78%和78.55%。

2012年,全国煤矿发生较大及以上水害事故13起,死亡107人;其中,发生在掘进工作面9起,死亡71人,分别占较大及以上水害事故69.23%和66.36%;发生在采煤工作面3起,死亡32人,分别占较大及以上水害事故23.08%和29.91%;发生在采掘工作面12起,死亡103人,分别占较大及以上水害事故92.31%和96.26%。

2012年,全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故,发生较大顶板事故16起,死亡66人;其中,发生在掘进工作面5起,死亡23人,分别占较大顶板事故31.25%和34.85%;发生在采煤工作面9起,死亡37人,分别占较大顶板事故56.25%和56.06%;发生在采掘工作面14起,死亡60人,分别占较大顶板事故87.5%和90.91%。

2013年,全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故30起,死亡311人;其中,发生在掘进工作面12起,死亡84人,分别占较大及以上瓦斯事故40%和27.01%;发生在采煤工作面13起,死亡178人,分别占较大及以上瓦斯事故43.33%和57.23%;发生在采掘工作面25起,死亡262人,分别占较大及以上瓦斯事故83.33%和84.24%。

2013年,全国煤矿发生较大及以上水害事故13起,死亡76人;其中,发生在掘进工作面7起,死亡39人,分别占较大及以上水害事故53.85%和51.32%;发生在采煤工作面5起,死亡33人,分别占较大及以上水害事故38.46%和43.42%;发生在采掘工作面12起,死亡72人,分别占较大及以上水害事故92.31%和94.74%。

2013年,全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故,发生较大顶板事故8起,死亡30人;其中,发生在掘进工作面2起,死亡11人,分别占较大顶板事故25%和36.67%;发生在采煤工作面4起,死亡13人,分别占较大顶板事故50%和43.33%;发生在采掘工作面6起,死亡24人,分别占较大顶板事故75%和80%。

3 矿井移动、广播与救灾通信系统

3.1 WIFI、3G、4G矿井移动通信系统

不断推进的采掘工作面和井下流动作业人员,需要矿井移动通信系统。早期矿井移动通信系统主要有漏泄通信系统、感应通信系统、透地通信系统等。早期矿井移动通信系统均存在着体积大、传输带宽窄等问题,主要用于电机车、工作面、救灾等局部通信系统,不能用作全矿井移动通信系统。为解决早期矿井移动通信系统存在的问题,人们先后研制了PHS(又称小灵通)、WIFI、3G、4G矿井移动通信系统等。但由于PHS通信系统存在着基站控制器和基站非本质安全防爆、抗灾变能力差、传输距离短、配件困难等问题,已很少采用。传输带宽宽、传输距离远、体积小、重量轻、具有语音、图像和数据通信功能的4G和WIFI全矿井移动通信系统已成为首选。

3.2 矿井广播通信系统

为减少人员伤亡,当瓦斯超限,或发生瓦斯、水、火等事故时,需将井下作业人员撤至地面。矿井广播通信系统是及时发布撤人命令的有效工具。矿用广播通信系统具有语音广播、显示、井下紧急呼叫地面、双向语音通信等功能。矿用广播通信系统除可作为事故撤人和报警通信外,还可作为生产调度广播通信。

3.3 多媒体矿井救灾通信系统

矿井救灾通信系统是矿山救护队的必备装备,在应急救援工作中发挥着重要作用。矿山救护队早期配备的中频感应矿井救灾通信系统,可进行语音通信,但不能将事故现场图像传送给井下救援基地和地面救援指挥中心。采用WiFi和MESH等通信技术,研制成功的多媒体矿井救灾通信系统,具有语音通信,图像监视,CH4、CO、O2、温度等环境监测,救护队员心跳、体温、姿态等监测功能,获得了广泛应用。

4 矿井应急通信系统

瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾等事故均会造成线缆断缆、设备损坏,通信系统无法正常工作。抗灾变能力强、受灾害影响小的矿井应急通信系统是既是应急救援的迫切需要,也是矿井通信研究的热点。

瓦斯超限、瓦斯爆炸、火灾等事故,会造成矿井停电。因此,需井下供电的矿井移动通信系统、广播通信系统等,不宜用作矿井应急通信系统。

矿井救灾通信系统主要由救护队配备,事故后,由救护队员设置。《矿山救护规程》规定“矿山救护队驻地至服务矿井的距离,以行车时间不超过30min为限”,因此,救护队员到达事故井下,并建立通信联络,需要一定的时间。特别是,当巷道堵塞、有害气体超标、氧气含量不足时,救护队员将无法到达相关灾变区域,也不能建立通信联络。因此,矿井救灾通信系统不能用作矿井应急通信系统。

矿井透地通信系统受事故影响小,特别是地面向井下单向透地通信系统,井下接收设备功率小,体积小、重量轻、便于携带,只要事故没有造成井下接收设备损坏,就可保持单向通信。双向透地通信系统,井下发射设备功率较大、发射天线也较大,一般设置在避难硐室内。因此,矿井透地通信系统可以用作矿井应急通信系统,但性价比低。

将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统,平时用于生产调度通信,事故时用于应急救援通信,是性价比最高的应急通信系统。矿用有线调度通信系统不需井下供电,当发生瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾、水灾等事故时,只要电缆不断、电话不坏,就可实现双向语音通信。这已被河南省陕县支建煤矿“7.29”透水事故等多起事故成功救援所证明。将电缆埋入巷帮与底板夹角处,减少了瓦斯爆炸、顶板冒落、机械碰撞等造成断缆的概率,减少了火灾对电缆的损坏。将井下电话机设置在硐室内,并加强防护,减少了事故造成电话机损坏的概率。减少电缆接头,提高电缆接续的防水性能,减少了水害事故对系统的影响。因此,将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统,是迄今为止,既可用于日常生产和安全调度,又可用于事故应急救援通信,最可靠、最经济、最有效的矿井通信系统。

5 矿井人员定位系统

煤矿井下人员定位是遏制煤矿井下超定员生产,加强煤矿井下作业人员管理和应急救援等工作的需要。煤矿井下无线衰减严重、电磁环境恶劣、本安防爆等制约着GPS等地面定位技术直接在煤矿井下应用。

采用RFID区域位置监测技术的矿井人员位置监测系统,不能实现人员定位,无便携式搜寻器,不能满足救援搜寻需求,无双向紧急呼叫功能。

基于场强的定位方法,受巷道断面、倾斜、弯曲、分支、围岩性质、支护、纵向导体、横向导体等影响大,定位精度低。

基于TOA的定位方法,具有定位精度高(静态误差可达2m)等优点,除可用于煤矿井下人员定位外,还可用于煤矿井下胶轮车、电机车等动目标定位。基于TOA的定位方法,将成为矿井人员定位系统的主流技术,在遏制煤矿井下和采掘工作面等重点区域超定员生产,遏制重特大事故发生,防止人员进入盲巷等限制区域,控制作业人员超时下井,加强特种作业人员管理、领导下井带班管理、考勤管理和应急救援等方面发挥着重要作用。

6 矿井图像监视与宽带传输

6.1 无线与高清图像监视

图像监视具有信息量大、眼见为实的特点。无人值守的岗位,除需要具有远程监控功能的监控系统外,还应设置图像监视系统和移动通信系统。为满足胶轮车、电机车、采煤机、掘进机等移动设备的监控,研制成功并推广应用了WIFI等矿用无线摄像机。为便于图像识别与处理,研制成功并推广应用了矿用低照度高清摄像机等。

6.2 万兆以太网和无源光网络

为满足煤矿井下高清图像监视的需求,研制成功并推广应用了矿用万兆以太网,实现了高清图像、语音、人员定位等多媒体传输。研制成功并推广应用的矿用无源光网络,[6]具有主干无源、双树冗余、时延小等优点。

7 结语

煤矿伤亡事故主要发生在采掘工作面。因此,通过监控、通信、监视等,减少煤矿井下和采掘工作面作业人员,是安全高效现代化矿井发展方向。WIFI和4G矿井移动通信系统,矿井广播通信系统,多媒体矿井救灾通信系统,将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统,基于TOA的动目标定位系统,矿用无线摄像机,矿用低照度高清摄像机,矿用万兆以太网,矿用无源光网络等新技术和新装备,将在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。本文全文发表在《工矿自动化》2015年第2期:孙继平. 煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术[J].工矿自动化,2015,41(2):1-5.

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