智能化技术在煤矿应急救援管理中的应用

PAGE2PAGE1智能化技术在煤矿应急救援管理中的应用摘要：传统的煤矿救援监控系统无法做到对井下人员的实时定位，井下矿难发生时，会造成煤矿应急救援工作盲目性大，计划制定困难，救援效率差等问题，增加了救援难度。本文介绍了基于智能化技术的煤矿应急定位管理系统，智能化应急救援定位管理系统具有定位效率高、故障率低、可靠性好以及灵敏度高等特点，对井下受困人员定位的准确度能够达到95%以上，能够将煤矿应急救援的决策时间减少30%以上，极大地提高了救援的效率。关键词：矿井事故；智能化；应急救援；应用引言随着我国经济的发展，我国能源需求不断增长，煤炭的产能也在不断地扩张。2020年我国国内总的煤炭产量为38.4亿吨，可以预见，2021年的“煤炭荒”之后，煤炭的产能还会呈现爆发式的增长。[[]徐卫,程志强,张文彬.中国持续性"电荒"问题分析及对策[J].2021(2011-9):100-104.]随着煤炭生产规模的扩大，煤炭事故也会呈现高发态势。根据我国国家应急管理的最新统计，2020年我国煤矿一共发生123起伤亡事故，造成死亡共计228人。虽然近几年来我国煤炭安全的投入逐年加大，但事故率总体水平仍然居高不下。[[]张超林,王恩元,王奕博,等.近20年我国煤与瓦斯突出事故时空分布及防控建议[J].煤田地质与勘探,2021,49(4):8.][]徐卫,程志强,张文彬.中国持续性"电荒"问题分析及对策[J].2021(2011-9):100-104.[]张超林,王恩元,王奕博,等.近20年我国煤与瓦斯突出事故时空分布及防控建议[J].煤田地质与勘探,2021,49(4):8.[]文虎.煤矿事故应急救援[M].中国矿业大学出版社,2014.传统的井下有线监控系统不仅监控区域有限，无法做到井下区域全覆盖，人员定位效率不足50%。矿难发生时，有线监控系统受井下剧烈的灾变环境影响，极易在矿难中损坏失效，尤其是有线通信线缆，非常容易在矿难事故中中断。[[]孙继平.煤矿监控关键科学技术问题[J].神华科技,2009(3):3.[]孙继平.煤矿监控关键科学技术问题[J].神华科技,2009(3):3.1煤矿智能化应急救援管理系统的工作原理1.1煤矿智能化应急救援系统管理的工作原理采用智能化技术的煤矿应急救援管理系统采用的是时间周期制的人员定位方式，定位周期可以通过在井上的控制软件远程调节，当救援管理系统打开时，每个定位周期可以设置为1-3min，以实现在每个定位周期内实现对井下被困人员的动态定位。[[][]肖妮娜.煤矿监控新技术与新装备[J].文摘版:工程技术,2015(3):78-78.在煤矿井下的日常工作中，每个井下工作人员都配备一个手持式终端系统，这个手持系统平时可以放在井下人员的工具包中，或者整合在井下人员的头盔中。每个定位终端系统都可以在定位系统软件中设置一个独立的工作ID，当煤矿发生井下事故时，终端系统可以即可以由井下被控人员打开，又可以由井上的应急救援人员主动打开。当个人终端系统打开后，系统就会自动与周边的定位无线通信基站实施无线通信链接，定位软件可以通过分析个人终端的ID通信信号，确定个人终端持有人在井下的位置。系统软件会按照定位周期的设定，定期接收井下每一个注册ID个人终端的定位信号。智能化应急定位系统软件还会对注册ID的个人终端数字信号进行数据修正，结合个人终端ID的基站信号的修正因子，准确计算出定位ID在井下的空间位置以及空间分布，再结合数字地图等软件系统准确展现现实井下每个受困人员的位置和空间分布，进而实现对井下受困人员的实时跟踪。1.2煤矿智能化应急救援管理系统的定位原理煤矿矿井事故发生后，持有注册ID个人终端的井下被困人员位于2-4个无线基站之间，持有注册ID个人终端的被困人员与各个基站通信距离不同，使得每个基站对注册ID个人终端接收信号强弱也会不同，被困人员的注册ID个人终端发送的信号同时被各个通信基站中的信号控制器中的定位卡按照时间周期定时采集，把采集到的数据通过无线网络传输至运行定位软件的地上主机系统，主机系统的定位软件根据的基站自身位置以及井下人员持有的个人终端修注册ID正因子，精确地确定出注册ID个人终端所处的三维信息空间位置，并通过周期定位系统，持续地对信号进行采集和定位，从而在系统的每一个循环总做到对井下被困人员的定位，再结合数字地图软件实施现实井下受困人员的位置精确跟踪。智能化应急救援管理系统结构组成2.1管理系统的主要设备智能化应急救援管理系统的主要设备包括：通信基站发射器、通信基站控制器、基站定位系统发送卡、地面主机服务器、局域网通信系统、路由器和网关、个人终端设备以及3D信息定位分析系统。2.2管理系统的终端设备个人终端设备可以安装在井下工作人员的安全帽上，可以安装在工作人员的腰带或者背包上。个人终端设备符合矿用隔爆型设备的安全，设备电池为充电型，一次充电可以使用30d以上，当电量不足20%时，设备会自动报警。个人终端设备不仅有定位功能，还具备语音和短信能力，能够与外界进行数据交换，无线通信频率为800Hz。2.3管理系统的信息基站智能化应急救援管理系统的信息基站主要安装在掘进巷道的开口处，井下采区、井下通风井内、工作面顺槽或者工作面液压支架顶梁上，为了设备的安全还可以放置在避难硐室以及瓦斯抽放硐室等安全场所，每个通信基站的通信距离为0.5km，每两个通信基站与一个基站控制器链接。基站控制器主要安防在主副井筒内以及运输大巷内等开阔地带，基站控制器利用PCI插槽安装在基站主板上，并内嵌定位发送卡cons-a-4002。信息基站的通信网络采用工业以太网，通过网络路由器与地面定位接收卡的终端连接，进行井上下信号的传输。基站控制器的定位发送卡上有A/D转换芯片和单板控制器Z-word210，可以在PCI上设定定位时间循环周期。系统工作时，单板控制器Z-word210能够采集的注册ID个人终端的信号信息通过A/D转换器的处理后生成信号数据，在与个人终端注册ID进行匹配性验证后，可将数据信息通过PIC数据接口发送至基站设备的定位接收卡上。智能化应急救援管理系统的优缺点（1）智能化应急救援管理系统与传统煤矿救援监控系统相比，能够实现数据间的无线传输，有效地避免了剧烈的矿难事故对有线系统的破坏，能够实现对井下受困人员的全方位定位和实施跟踪，并具有地面远程数字地图的实时显示能力，具有可靠性好、智能化程度高的特点。（2）智能化应急救援管理系统在实际应用中能够实时地记录每个拥有注册ID个人终端的准确位置，如果被困人员受伤昏迷，系统开可以由地面救援人员远程控制，主动搜寻地下受困人员的位置。智能化应急救援管理系统除了实时定位功能，还具备无线通信系统和北斗定位功能。当井下的通信系统遭到破坏时，被困人员可以通过该系统与地面应急救援力量进行通信，并可以借助被动系统实现人员的大致定位，极大地提高了该系统在矿难发生时的可靠性。（3）智能化应急救援管理系统能够对被困人员进行精准定位，定位准确率达95%以上，定位时间在30-60s之间，井下被困人员的位置信息可以精确地显示在3D数字地图上，从而为制定煤矿应急救援方案提供可到的参考资料。根据该系统的实际运行数据，该系统能够将煤矿应急救援的决策时间减少30%以上，极大地提高了救援的效率。由于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，相比传统单纯的监控系统系统，能够大大缩短了救援的时间。4结语智能化应急救援管理系统能够实现对拥有注册ID的个人终端定位，定位软件系统能够自动地将井下受困的注册ID发送至地面远程定位服务器的主机内，结合3D数字地图，直观的反应反应出受困人员的位置和空间分布。该系统采用无线信号传输方式，当矿井发生透水、顶板、水灾、瓦斯突出以及粉尘爆炸等事故后，系统能够保证持续工作，为煤矿救援工作提供实时定位数据，系统可靠性非常高。智能化应急救援管理系统还具有定位效率高、故障率低、待机时间长以及