矿井突发灾害模拟系统研究.pdf
收稿日期２０１９ ０９ ３０ 作者简介王永翀１９８４ － ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ助理工程师ꎬ从事矿山救援工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０１９. １２. ０３１ 矿井突发灾害模拟系统研究 王永翀 潞安集团 潞宁煤业公司ꎬ山西 忻州 ０３６０００ 摘 要为保障煤矿的安全生产ꎬ避免因产烟、有毒气体等突发情况引发的安全问题ꎬ设计了一套稳定、高 效的矿山救护模拟培训系统ꎬ该系统以 ＰＬＣ 为核心ꎬ通过对矿井突发情况的模拟演习ꎬ极大程度地提高了 救护队员的身体素质和专业技能ꎬ以此来保证矿山救护的质量和效率ꎮ 关键词矿山救护ꎻ模拟培训ꎻ现场演习ꎻＰＬＣ 中图分类号ＴＤ７７ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５ ２７９８２０１９１２ ００７３ ０３ 安全是煤矿生产的前提和基础ꎬ但近些年来ꎬ煤 矿事故时有发生ꎬ升温、产烟、有毒气体释放ꎬ这些都 是对矿井生产造成巨大挑战和威胁的安全问题ꎮ 若 救护队员现场经验不足ꎬ缺乏处理问题的经验和技 能ꎬ就极易造成安全事故ꎬ甚至可能造成人员伤亡ꎮ 因此ꎬ本文设计了一套安全高效的矿山救护模拟培 训系统ꎬ借此来提高救护人员的专业技能ꎬ丰富救护 队员的现场经验ꎬ提高救护效率ꎮ １ 设计模拟培训矿井 １. １ 设计原则 矿山救护的模拟培训需设计出一条模拟矿井巷 道ꎬ而模拟巷道的设计则需根据矿井的实际情况及 紧急状况的具体特点进行设计ꎬ总体而言ꎬ模拟矿井 的设计需满足以下要求①模拟巷道应满足正常矿 井的通风要求ꎬ尽可能设计为通风巷ꎻ②模拟巷道的 设计应根据实际情况设置合适的倾角ꎬ可设计为平 巷、立井或斜巷ꎻ③模拟巷道需设置有特定的矮巷ꎬ 来满足紧急情况救护的要求ꎻ④模拟巷道需有足够 的空间和长度来进行救护模拟工作ꎮ １. ２ 模型设计 根据以上设计原则ꎬ现设计出一个用于矿山救 护专用的矿井模型ꎬ该模拟矿井由八条巷道组成ꎮ 模型采用明挖法施工ꎬ先从地面向地下掘出所需巷 道ꎬ作为矿山救护模拟培训用ꎬ整个培训工作都在地 下进行ꎬ施工完后进行封顶ꎬ在地面留一入口ꎬ作为 进入地下巷道用ꎮ 这八条巷道的名称及尺寸如表 １ 所示ꎮ 表 １ 矿山救护矿井模型尺寸 参数 主要巷道 西大巷东大巷 辅助巷道 南段进风巷北段回风巷联络巷矮巷回风井斜巷 长/ ｍ３０３０２０２０３０３２.６９１０ 宽/ ｍ２.８２.８２.６２.６１.５０.６２２.６ 高/ ｍ２.５２.５２.５２.５２.５１２. ５２.５ 西大巷和东大巷沿南北方向平行布置ꎬ且每条 大巷内设置有 ４ 个硐室ꎬ硐室均为上顶宽 １. ９ ｍ、下 底宽２. ６ ｍ、长５. ５ ｍ、高１. ９ ｍ 的梯形断面ꎬ沿东西 大巷均匀布置ꎮ 联络巷布置在西大巷与东大巷之 间ꎬ矮巷布置于西大巷西侧ꎬ进风巷和回风巷布置在 东西大巷两端ꎬ回风井布置在回风巷端头ꎬ斜井布置 在进风巷端头ꎬ具体布置如图 １ 所示ꎮ ２ 模拟培训系统开发 模拟培训系统主要包括现场模拟系统、监控系 统、控制系统三部分ꎬ具体用到的设备及布置情况如 图 ２ 所示ꎮ 图 １ 模拟矿井巷道布置 ２. １ 现场模拟系统 现场模拟主要有升温、产烟、有毒气体、瓦斯爆 ３７ 问问题题探探讨讨 总第 ２４４ 期 炸等状况下的模拟ꎮ 图 ２ 模拟培训系统装备及布置 １ 产烟系统ꎮ 由于模拟烟雾环境主要是在 有烟雾作用、能见度降低的情况ꎬ故产烟系统由两部 分组成ꎬ即产烟和能见度测量ꎮ 采用市场上常用的 喷烟机进行产烟操作ꎬ用 ＰＬＣ可编程逻辑控制器 对喷烟量进行控制并对巷道内的能见度进行测量ꎮ ２ 升温系统ꎮ 升温系统由两部分组成ꎬ即升 温和温度检测ꎮ 采用电热管进行升温操作ꎬ用 ＰＬＣ 对巷道内温度进行控制ꎬ采用电阻温度传感器对巷 道内温度进行测量ꎮ ３ 毒气释放系统ꎮ 模拟有毒气体主要为 ＣＯꎬ毒气释放系统由两部分组成ꎬ即释放有毒气体 和毒气浓度检测ꎮ 通过连接毒气罐的气体输送管进 行 ＣＯ 有毒气体的释放ꎬ并用 ＰＬＣ 对巷道内有毒气 体的释放量进行控制ꎬ采用毒气传感器对有毒气体 浓度进行测量ꎮ ２. ２ 监控系统 监控系统主要包括视频监控、语音监控、人员定 位等ꎮ １ 视频监控ꎮ 对现场的监控通过在现场安 装红外线摄像头来实现ꎬ在大巷内安装可变焦的带 云台摄像头ꎬ在大巷内的硐室内安装定焦摄像头ꎬ并 将现场摄像数据传输到调度中心ꎬ进而对现场进行 实时监控ꎮ ２ 语音监控ꎮ 语音监控包括现场向调度中 心汇报现场情况和调度中心向现场发布施行两部 分ꎮ 现场设备采用麦克风、防水扬声器、定压功放ꎬ 调度设备有麦克风、柱状扬声器、定压功放、调频机ꎮ ３ 定位系统ꎮ 人员定位系统主要依靠定位 卡来实现ꎬ通过工作人员随身佩带定位卡ꎬ定位卡将 位置信息传输给调度中心的计算机ꎬ调度中心可通 过计算机显示的信号实时监测工作人员的位置ꎮ ２. ３ 控制系统 为保证模拟培训过程的安全高效进行ꎬ控制系 统要满足既能自动调控又能手动操控的要求ꎬ在进 行救护工作时ꎬ既可以通过现场的调控系统根据现 场情况自动进行控制ꎬ又可以通过指挥部的指挥控 制系统手动进行操控ꎬ总体而言ꎬ控制系统主要包括 以下两方面 １ 现场控制ꎮ 现场控制主要通过 ＰＬＣ 完成ꎬ ＰＬＣ 是一种方便、稳定、高效、准确度高的现场控制 系统ꎮ ＰＬＣ 控制的原理是先根据模型设计出一套 可适应于现场的编程ꎬ然后将其输入到控制程序ꎬ当 现场有情况发生时ꎬ根据现场情况ꎬ匹配合适的代 码ꎬ将其代入编程ꎬ运行控制程序ꎬ即可对现场进行 自动调控ꎮ ２ 指挥部控制ꎮ 指挥部通常设在地面调度 中心ꎬ在调度中心内安设计算机控制器ꎬ通过控制网 线与现场 ＰＬＣ 连接ꎮ ＰＬＣ 将现场收集到的数据发 送给计算机ꎬ计算机可通过分析数据实时监控现场 情况ꎬ并及时发布指令对现场进行远程操控ꎮ ３ 工程应用 ３. １ 应用过程 将该系统应用于山西某矿山救护队ꎬ模拟矿井 采用图 １ 所示矿井ꎬ进行矿山救护演习ꎬ检验其作用 效果ꎮ 在西大巷内的四个硐室内各安装一个升温控制 装置ꎬ巷道内安装两套产烟装置ꎬ在井口放置一毒气 储存罐并通过输送管路与西大巷内安置的两套毒气 释放装备连接ꎮ 在整个矿井巷道内安置 １１ 台红外 线摄像头和 １０ 台语音监控装置ꎬ具体布置如图 ２ 所 示ꎮ 整个模拟培训分为三组ꎬ第一组为单项模拟ꎬ第 二组为多项模拟ꎬ第三组为综合模拟ꎮ １ 单项模拟ꎮ 在进行单项模拟时ꎬ分别模拟 救护队员在高温、浓烟、有毒气体单一条件作用下的 反应ꎮ 具体安排如表 ２ 所示ꎮ 表 ２ 单项模拟培训计划 参数高温浓烟能见度有毒气体ＣＯ 浓度 起始点２０Ｃ２０ ｍ０ ｐｐｍ 加速度１Ｃ/ ｍｉｎ－１ ｍ/ ｓ１０ ｐｐｍ/ ｓ 终止点６０Ｃ１ ｍ１５０ ｐｐｍ ２ 多项模拟ꎮ 所谓多项模拟ꎬ就是把上述三 种情况即高温、浓烟、有毒气体两两共同出现或者三 种同时出现进行模拟ꎬ这里不在赘述ꎮ ３ 综合模拟ꎮ 综合模拟是指在进行单项模 拟培训后ꎬ再进行一定时间的常规模拟训练ꎬ具体安 排如表 ３ 所示ꎮ ４７ ２０１９ 年 １２ 月 王永翀矿井突发灾害模拟系统研究 第 ２８ 卷第 １２ 期 表 ３ 综合模拟培训计划 单项模拟 模拟环境工作时间 常规模拟 工作时间 高温４０Ｃ浓烟能见度 ２ ｍ有毒气体ＣＯ 浓度 １００ ｐｐｍ架设管路３０ ｍｉｎ安装风机３５ ｍｉｎ ３. ２ 应用效果 在进行上述三组模拟培训的同时ꎬ调度中心通 过现场的视频监控装置和语音监控装置实时监控现 场情况ꎬ并通过现场安置的 ＰＬＣ 自动对现场进行调 整ꎮ 演习培训结束后ꎬ对参训队员的身体状况进行 检测ꎬ主要检测其血压变化、心率变化和恢复所需时 间ꎬ结果如图 ３图 ５ 所示ꎮ 图 ３ 培训人员血压变化 图 ４ 培训队员心率变化 图 ５ 培训队员身体恢复时间变化 １ 在开始进行模拟培训时ꎬ培训队员的身体 反应较大ꎬ说明该系统的模拟效果较好ꎻ在进行多次 的模拟培训后ꎬ培训队员的身体反应变化逐步减小ꎬ 说明队员在经过多次训练后身体素质不断增强ꎮ ２ 在应用该模拟培训系统后ꎬ培训队员对井 下突发情况有了更真切更清晰的认识ꎬ在应对突发 情况时可以从容应对、高效解决ꎮ 提高了救援效率ꎮ ４ 结 语 针对煤矿各种安全隐患的特点ꎬ为提高救护对 员的培训质量ꎬ使培训更真实地贴近现实情况ꎬ设计 了一套安全高效的矿山救护模拟培训系统ꎬ对提升 救护对员的专业技能ꎬ提高救护效率ꎬ具有积极意 义ꎮ [责任编辑王伟瑾] 上接第 ７２ 页经济效益和社会效益双丰收ꎮ ４ 结 语 长平煤矿煤层中瓦斯赋存量丰富ꎬ为了充分利 用瓦斯资源ꎬ保障矿井可持续发展ꎬ建立了低浓度瓦 斯发电站ꎬ每年可发电约 ４ １００ 万 ｋＷｈꎬ增加经济 收入 ２ ０８７ 万元ꎬ具有显著的经济和社会效益ꎮ 参考文献 [１] 张金山ꎬ薛泽民ꎬ董红娟ꎬ等. 我国煤层气资源产业发展 现状及展望[Ｊ]. 煤炭技术ꎬ２０１６ꎬ３５１２３１６ －３１８. [２] 石 晔. 低浓度瓦斯发电工艺的探讨[Ｊ]. 淮南职业技 术学院学报ꎬ２０１１３１０ －１２. [３] 杨 宏ꎬ张 姝. 瓦斯发电站的 ＤＣＳ 设计[Ｊ]. 沈阳工 程学院学报自然科学版ꎬ２００８３２０１ －２０３. [４] 李 洪. 中国煤矿企业低浓度瓦斯的安全利用[Ｊ]. 中 国煤炭ꎬ２００９１１４ －１５. [５] 孙瑞玉ꎬ薄其山ꎬ李虎虎ꎬ等. 利用低浓度瓦斯发电技术 研究与应用[Ｊ]. 中国矿山工程ꎬ２０１３ꎬ４２４４４ －４６. [６] 杜学工. 低浓度瓦斯发电机组余热回收研究与应用 [Ｊ]. 山东煤炭科技ꎬ２０１６３１９３ －１９５. [责任编辑王伟瑾] ５７ ２０１９ 年 １２ 月 王永翀矿井突发灾害模拟系统研究 第 ２８ 卷第 １２ 期
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