小论文---煤矿应急救援预警子系统的研究(最终版).doc

煤矿应急救援预警系统的研究与应用煤矿应急救援预警系统的研究与应用陈杏平1,4 ，王华1 ，张伟1,2,相啸宇1,2,张瑞新1,3 （1.中国矿业大学（北京） 资源与安全工程学院，北京 100083；2.北京昊华能源股份有限公司木城涧煤矿,北京 102304；3.国家安全生产监督管理总局通信信息中心，北京 100013；4.中国重型机械总公司，北京 100036）摘要：本文基于计算机、数据库和组件式GIS技术设计并研究开发了煤矿井下应急逃生和救援预警系统,通过在木城涧煤矿的实际应用证明，为煤矿应急演练和救援指挥系统提供了一种基于井下遇险实时状况快速形成逃生路线,提高应急响应能力的可视化辅助指挥功能模块。关键词：煤矿井下逃生;应急救援；预警；GIS1 前言矿山救援“十一五”发展规划提出建立覆盖整个矿山应急救援管理指挥体系与救援基地和骨干救援队伍、应急救援技术支撑单位及救援现场的信息系统，在国家矿山救援信息系统建设的基础上，负责收集矿山救援相关的技术装备、技术专家、救灾案例、应急预案、法规标准、矿山地质和重点危险源、应急救援资源、分析检测等信息，为应急救援工作服务。同时承担国家矿山救援信息系统建设和维护、矿山救援网站建设维护、救援中信息存储、格式转换和相关统计分析工作1 2。建立本系统的目标就是要在发生事故或进行事故救援演习时，能够更好地进行救援预案的实施、减少人员伤亡和财产损失，缩短救援时间，同时能够辅助进行应急救援指挥的领导提供决策方案。2 系统构架与总体设计2.1 系统构架预警系统是煤矿应急管理与救援指挥信息系统的一个子系统。开发预警系统的目的是在应急救援响应时，针对井下事故实际状况做出正确的预警，正确评判事态发展趋势。该系统在整个应急救援管理平台中并不是孤立存在的，它与建立在应急救援管理平台上的其他子系统有着有机的联系,如图1所示。5煤矿应急救援预警系统预警响应地面重点建筑管理模块地面工作人员管理模块井下工作人员管理模块井下重点建筑管理模块事故处理模块事故信息管理模块图形数据管理模块井下重点生产场所管理模块历史记录管理模块应急演练、救援指挥子系统应急资源管理子系统领导巡查子系统系统维护子系统煤矿应急管理与救援指挥信息系统平台图1 系统架构Figure 1 Architecture of warning subsystem2.2系统的逻辑设计重点建筑管理模块工作人员管理模块重点建筑管理模块工作人员管理模块重点生产所管理模块图形数据管理模块历史记录管理模块事故信息管理模块事故处理模块地 下地 面图2 预警系统各模块业务关系Figure 2 Relation of subsystems预警系统包含地面重点建筑管理模块，地面工作人员管理模块，井下工作人员管理模块，井下重点生产所管理模块，井下重点建筑管理模块，事故处理模块，事故信息管理模块，图形数据管理模块，历史记录管理等模块。如图2所示。2.3 GIS开发平台本系统采用中国科学院北京超图地理信息技术有限公司研发的SuperMap Objects控件进行二次开发。SuperMap Objects是功能强大的、以COM/ActiveX 技术规范为基础的全组件式GIS 开发工具。作为全组件式GIS 软件开发工具，SuperMap Objects不同于传统的GIS 软件；更适合用户进行二次开发和与MIS、OA等其它系统的有机集成5。利用GIS工具建立如巷道名称、位置等基础数据的网络模型，在网络模型的基础上进行网络分析，如最佳路径分析、最短路径分析等。因此，在预警基本理论研究的基础上,借助于GIS技术，可以进行警源分析、警戒范围确定、逃生方案确定。3 系统主要功能3.1 灾害范围划分预警系统需要对事故可能影响的范围做预测。系统借助于GIS提供的缓冲区分析功能按照事故类别划分灾害范围。对于发生在地面的灾害事故，划分灾害范围就是确定受影响的建筑物及建筑内或附近的工作人员和设施。对于人员，提供可供选择的撤退路径和救灾路径。针对地面事故，特别是地面火灾或污染事故，采用针对污染问题的动态缓冲区生成办法。对于地下工作场所发生的灾害事故，划分灾害范围就是要确定灾害地点的水平位置，掌握周边相通联的巷道，设备，人员的位置信息。根据应急预案的指导原则和事故性质确定危险区域。在矿山井下事故中，针对火灾事故灾害范围的划分，要求确定根据火灾时期的风流（烟流）流动状况，烟流污染状态与火灾燃烧产物的关系，划分火灾非污染区域、火区、污染区域和可能污染区域。处于火源下风侧的巷道都会处于污染范围内10。3.2 井下逃生路径的生成逃生路径的产生基于逃生网络弧的阻碍强度（正向、逆向阻力值）。当网络弧的阻碍强度是该网络弧的长度，最优路径就成为最短路径。求取各种最优路径求解的核心方法和最短路径求解的核心方法是近似的，只是关注的影响因素和约束条件不同而已，最短路径是最优路径中的一种。实际上最短逃生路径不一定意味这该路径是最优逃生路径，在逃生路径的选择上还要考虑所经过路径的通过难易程度。这个难易程度就是正向、逆向阻力值。逃生路径的生成要求有明确的逃生地点（逃生路径的起点）和安全地点（逃生路径的终点），障碍边（不通达的巷道）或障碍点（影响通过的事故点）。明确上述几个要求后，将这些信息提交给GIS平台，系统会自动生成可供参考的路径。（见图3）图3 逃生路径Figure 3 Emergency route实际上针对不同的灾害，安全地点的确定也不尽相同。因此只有安全地点的选择正确系统生成的路径才能作为可行的安全逃生路径。针对煤矿井下可能发生的安全事故，其逃生的安全地点选择大致如下（见表1）：表1 安全事故逃生安全地点选择原则Table 1 Principle of choosing safe destination安全事故名称安全地点选择原则瓦斯突发和爆炸本水平有新鲜风流的大巷火灾本水平逆风方向大巷水灾上一水平巷道粉尘爆炸本水平新鲜风流的大巷冒顶片帮事故就近坚固的躲避硐室3.3 图层控制GIS一个很重要的特色是将复杂的客观现实世界通过“层（Layer）”的概念来组织、存储和表达9。层是根据地理对象的属性特征进行分类得到的一个专题对象集合，例如众多的河流对象（线状）构成一个“河流层”，众多的湖泊对象（多边形）又构成一个“湖泊层”等等。如果某一层上的对象过多，会给GIS带来数据管理、输入、输出、分析和显示上的不方便，造成系统效率低下，有时甚至不能正常工作。为此，我们常将对象数目过多的层进行分区，于是上述“河流层”和“湖泊层”被分别划分为几个“子河流层”和“子湖泊层”，分别用不同的名字标识它们。图4 井下巷道图层控制Figure 4 Layer control of roadways 图5 地面图层控制Figure5 Layer control of ground由于煤矿地下巷道空间分布存在分水平，同水平巷道有空间交叉的复杂情况，使用2D图形来表达各水平之间的巷道空间位置关系就必需以水平为层次，逐水平分层。实际上查看巷道空间位置关系的时候，各水平的巷道如果能够按照需求消隐或显示，那么更加有利于查看人员对空间位置关系的理解。虽然电子地图能够实时提供各查询点的位置坐标，并且具有空间距离的丈量功能。本论文中仍然建议将经纬网作为网格图层予以保留。（见图6，图7）图6 没有经纬网格图层的巷道布置图 Figure 6 Location of Roadways without mesh layer图7 拥有经纬网格图层的巷道布置图Figure 7 Location of Roadways within mesh layer4 小结本文通过对基于预案的煤矿应急管理与救援指挥信息系统中预警子系统的研究，利用计算机、数据库和组件式GIS技术研究开发煤矿应急救援预警系统，能够在应急救援响应时，针对事故能够做出正确的预警，正确评判事态发展趋势；而且在应急救援过程中能够对灾害范围进行有效划分、生成有效的最短逃生路径等初步预警功能。本文探索了一种利用GIS技术实现煤矿应急救援预警的可行方法，并进行了初步的开发以及在北京昊华能源股份有限公司木城涧煤矿实践，该预警子系统进一步地强化了煤矿应急管理与救援指挥信息系统的功能，为煤矿应急管理和应急救援指挥提供了一种新型的信息化、智能化的平台。参考文献1胡彪.基于GIS的矿井监控信息管理系统的研究与开发D 北京：中国矿业大学（北京），2005. 2 王铃丁，张瑞新等. 煤矿应急救援指挥与管理信息系统, 辽宁工程技术报,2006,25(5),655657.3周易赤,武强.基于GIS的煤矿生产安全管理系统J.安全与环境工程，2003,12(4):9395. 4肯尼思凯顿.美国矿山救护发展概况.桂林J：中国矿山应急救援体系建设国际研讨会,2004.5张伟.木城涧煤矿应急管理与救援指挥系统的研究D 北京：中国矿业大学（北京），2006.6赵志刚.煤矿应急救援调度指挥系统的智能决策研究D 北京：中国矿业大学（北京），2007.7北京昊华能源股份有限公司木城涧煤矿应急救援指挥信息系统研究报告R. 北京：中国矿业大学（北京），2006. 8北京昊华能源股份有限公司大安山煤矿应急救援指挥信息系统研究报告R. 北京：中国矿业大学（北京），2006.9北京昊华能源股份有限公司长沟峪