煤矿事故与应急救援技术装备.pdf

第 4 2卷第 1 o期 2 0 1 6年 1 O月工矿自动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 1 0 Oc t ．2 O 1 6 ‘ 帅 ’ ’ i 科研成果 1 ．| ． ◆ ◆I ．’ 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 o 1 6 1 0 0 0 0 1 0 5 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 6 ． 1 0 ． 0 0 1 孙继平，钱晓红．煤矿事故与应急救援技术装备E J ] ．工矿自动化， 2 0 1 6 ， 4 2 1 0 1 - 5 ．煤矿事故与应急救援技术装备孙继平，钱晓红中国矿业大学北京，北京 1 0 0 0 8 3 摘要分析了 2 0 0 4 --2 0 1 5年全国煤矿各类事故起数、死亡人数及其占比。分析了现有煤矿事故应急救援技术和装备存在的问题事故主要靠人工发现，应急救援响应时间长；无抗灾变应急通信与遇险难人员精确定位系统，无法及时了解灾情和遇险难人员位置；灾区环境远程侦测范围小、可靠性差，难以满足救灾侦测需求；应急预案针对性、适用性差，应急救援决策主要靠经验；人工破拆和支撑救援装备效率低；不能及时、有效控制灾后风流等。提出了煤矿事故应急救援技术和装备关键科学技术问题 ① 煤矿重特大事故识别和波及范围判定方法与技术； ② 基于大数据的智能应急预案和应急救援辅助决策技术； ③ 矿井抗灾变应急通信技术； ④ 遇险难人员精确定位技术； ⑤ 火灾、瓦斯煤尘爆炸等灾后风流智能控制技术； ⑥ 遇险人员逃生引导技术； ⑦ 灾变环境侦测飞行机器人技术； ⑧ 灾变环境气体遥感技术； ⑨ 救援通道快速构建技术等。关键词煤矿事故；应急救援；灾害识别；应急通信；精确定位中图分类号 TD 7 7 4 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 9 3 0 1 0 2 6 网络出版地址 h t t p ／／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 9 3 0 ． 1 0 2 6 ． 0 2 1 ． h t ml Co a l mi ne a c c i d e n t a n d e me r g e nc y r e s c u e t e c hn o l o gy a nd e q u i p me nt S UN J i p i n g ， QI AN Xi a o h o n g Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o 1 o g y Be l j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The pa p e r a n a l y z e d t he n umbe r o f v a r i o us t y pe s o f a c c i de nt s ， de a t hs a nd t he i r r a t i os i n Chi ne s e c o a l mi ne s f r o m 2 0 04 t o 2 0 1 5， a n d a na l y z e d e x i s t i ng p r ob l e ms of c o a l mi n e a c c i de nt e me r g e nc y r e s c u e t e c h n o l o g y a n d e q u i p me n t ． Oc c u r r e n c e o f a c c i d e n t s ma i n l y r e l i e s o n ma n u a l d i s c o v e r ， a n d e m e r g e nc y r e s p o ns e t i me i s l o ng．Eme r g e nc y c o m muni c a t i on a n d p r e c i s i o n p e r s on ne l p os i t i on i n g s ys t e m s i n u n d e r g r o u n d c o a 1 mi n e a r e v u l n e r a b l e t o d i s a s t e r ，wh e r e d i s a s t e r l o c a t i o n a n d ／ o r p e r s o n n e l p o s i t i o n c a n n o t b e d e t e r mi n e d．Re mo t e s e n s i n g r a n g e o f d i s a s t e r e n v i r o n me n t i s s ma l l ，t h e r e l i a b i l i t y i s p o o r ，a n d i t i s d i f f i c u l t t o me e t n e e d s o f d i s a s t e r r e l i e f ． Eme r g e n c y s c h e me h a s p o o r p e r t i n e n c e a n d a p p l i c a b i l i t y． Eme r g e n c y d e c i s i o n ma k i n g i s ma i n l y d e p e n d e d o n e x p e r i e n c e ．Ef f i c i e n c y o f ma n u a l d e mo l i t i o n a n d s u p p o r t r e s c u e e q u i p me n t i s l O W．W i n d f l o w a f t e r d i s a s t e r c a n n o t b e c o n t r o l l e d r e a l - t i me l y a n d e f f e c t i v e l y ，e t c ．I t pu t f or wa r d e me r g e nc y r e s c ue t e c hno l o gy o f c o a l m i ne a c c i d e n t a nd ke y s c i e nt i f i c a nd t e c hni c a l pr o b l e m s of 收稿日期 2 0 1 6 0 9 0 8 ；修回日期 2 0 1 6 0 9 1 8 ；责任编辑李明。基金项目国家重点研发计划项目 2 0 1 6 YF C 0 8 0 1 8 0 0 。作者简介孙继平 1 9 5 8 一，男，山西翼城人，教授，博士，博士研究生导师，中国矿业大学北京副校长；获国家科技进步二等奖 3 项其中作为第 1完成人 2项、第 2完成人 1项；作为第 1完成人获省部级科技进步一等奖 7项；作为第 1完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业和安全生产行业标准 2 6项；主持制定煤矿安全规程第十一章监控与通信；作为第 1 作者或独立完成著作 1 z部；被 S C I 和 E I 检索的第 1 作者或独立完成论文 8 O余篇；作为第 1 发明人获国家授权发明专利 3 7项；作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加了 1 O起煤矿特别重大事故调查工作； E - ma l t s i p c u mt h ． e d u ． c n 。 2 工矿自动化 2 0 1 6 年第 4 2卷 e q u i p me n t ① d e t e r mi n a t i o n me t h o d a n d t e c h n o l o g y o f i d e n t i f i c a t i o n a n d s p r e a d r a n g e o f s e r i o u s a c c i d e n t s i n c o a l mi n e ； ② i n t e l l i g e n t e me r g e n c y s c h e me a n d r e s c u e a s s i s t a n t d e c i s i o n ma k i n g t e c h n o l o g y b a s e d o n b i g d a t a ；③a n t i d i s a s t e r e me r g e n c y c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y f o r c o a l mi n e ； ④p r e c i s i o n p e r s o n n e l p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y i n d i s a s t e r d i f f i c u l t ； ⑤ i n t e l l i g e n t c o n t r o l t e c h n o l o g y o f wi n d f l o w a f t e r f i r e ，g a s a n d c o a l d u s t e x p l o s i o n d i s a s t e r s ； ⑥ e v a c u a t i o n g u i d a n c e t e c h n o l o g y f o r p e o p l e i n d i s t r e s s ； ⑦ f l y i n g r o b o t t e c h n o l o g y f o r mo n i t o r i n g d i s a s t e r e n v i r o n me n t ； ⑧g a s r e mo t e s e n s i n g t e c h n o l o g y i n d i s a s t e r e n v i r o n me n t ；⑨ r a p i d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y f o r r e s c u e c h a n n e l ，e t c ． Ke y wo r d s m i n e a c c i d e n t； e me r g e nc y r e s c u e； d i s a s t e r i d e nt i f i c a t i o n； e m e r ge nc y c o mm u ni c a t i on s； pr e c i s e po s i t i o ni n g 0 引言煤炭是中国主要能源，约占一次性能源的 7 O 。中国是世界第 1大煤炭生产国和消费国，煤炭产量和消费量约占世界 5 O 。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水、火、顶板等事故困扰着煤矿安全生产。2 0 0 4 --2 0 1 5年全国煤矿发生各类一次死亡 1 O人以上重特大事故 3 1 9 起，死亡 6 9 9 4人，其中重特大瓦斯事故 2 0 0起，死亡 4 6 4 9人，分别占 6 2 ． 7 和 6 6 ． 5 ，其次是水灾、火灾等_ 1 。。自 2 0 0 4年以来，全国煤矿事故总量、较大事故、重特大事故、百万吨死亡率、亿吨重特大事故死亡率均大幅下降，安全生产形势明显好转。但煤矿安全形势依然严峻，重特大事故时有发生，百万吨死亡率远高于美国、南非等其他主要产煤国家。快速有效的应急救援是减少事故人员伤亡和财产损失的有效措施。因此，研发煤矿事故应急救援技术与装备具有十分重要的理论意义和实用价值。 1 煤矿事故分析 2 0 0 4 --2 0 1 5年，中国煤矿共发生死亡事故 2 0 7 3 1起，死亡3 4 7 2 9 人。其中，顶板事故 1 0 7 9 8起，死亡1 2 6 8 9 人，分别占 5 2 ．1 和 3 6 ． 5 ，事故起数和死亡人数均最多；瓦斯事故 2 3 3 1 起，死亡 1 0 2 9 8 人，分别占 1 1 ． 2 和 2 9 ． 7 ，事故起数位居第 3 ，死亡人数位居第 2 ；水害事故 6 5 4 起，死亡2 8 3 3 人，分别占3 ． 2 和 8 ． 2 ，事故起数位居第 5 ，死亡人数位居第 4 ；火灾事故 8 7 起，死亡 6 6 1 人，分别占 0 ． 4 和 1 ． 9 ，事故起数和死亡人数位均居第 7 ；运输事故 3 5 1 1 起，死亡 3 9 2 8人，分别占 1 6 ． 9 和 1 1 ． 3 ，事故起数位居第 2 ，死亡人数位居第 3 ；机电事故 8 8 1起，死亡 8 8 8人，分别占 4 ． 2 和2 ． 6 ％，事故起数位居第 4 ，死亡人数位居第 5 ；爆破事故 5 5 1 起，死亡 6 6 1 人，分别占 2 ． 7 和 1 ． 9 ％，事故起数和死亡人数均位居第 6 ；其他事故 1 9 1 8起，死亡 2 7 7 1人，分别占 9 ． 3 和 8 ． 0 。 2 0 0 4 --2 0 1 5年全国煤矿各类事故起数、死亡人数及占比分别见表 1 、表 2 。分析表明， 1 2年来，煤矿瓦斯、顶板、水害、火灾、运输、机电、爆破等各类事故起数和死亡人数均大幅下降，事故总量由 2 0 0 4年的 3 6 4 1起、死亡 6 0 2 7人，降低为 2 0 1 5年的 3 5 2起、死亡 5 9 8人；顶板事故起数占比和死亡人数占比、爆破事故起数占比和死亡人数占比均大幅下降；水害事故起数占比和死亡人数占比、运输事故起数占比和死亡人数占比均有所上升，机电事故起数占比和死亡人数占比均大幅上升。 2 国家重点研发计划项目“ 煤矿重特大事故应急处置与救援技术研究” 简介煤矿重特大事故应急救援实践表明，现有技术和装备存在下列问题 ① 事故主要靠人工发现，应急救援响应时间长； ② 无抗灾变应急通信与遇险难人员精确定位系统，无法及时了解灾情和遇险难人员位置； ③ 灾区环境远程侦测范围小、可靠性差，难以满足救灾侦测需求； ④ 应急预案针对性、适用性差，应急救援决策主要靠经验； ⑤ 人工破拆和支撑救援装备效率低； ⑥ 不能及时、有效控制灾后风流等。因此，国家重点研发计划项目“ 煤矿重特大事故应急处置与救援技术研究 2 0 1 6 YF C O 8 O 1 8 0 0 ” 以下简称项目，针对煤矿重特大事故应急处置与救援中灾害辨识、应急响应和抢险救灾 3大环节科技问题，研发新一代智能煤矿重特大事故应急救援装备和系统，具有重要的社会效益和经济效益。项目牵头承担单位为中国矿业大学北京，项目负责人是孙继平教授，项目执行期限 2 0 1 6年 7 月一2 O 2 0年 6月。项目积聚了煤炭行业科学研究、技术开发和装备制造方面的国内一流高校、科研院所和龙头企业，共有中国矿业大学北京、中国矿业大学、神华集团、中国煤矿机械装备公司、天地常州自动化股份有限公司、北京大学等2 1 家单位。 2 0 1 6年第 1 0期孙继平等煤矿事故与应急救援技术装备人数／人其他占比／ 5 5 4 9 ． 2 2 6 2 4． 4 3 8 1 8 ． o 2 3 7 6 ． 4 2 7 7 8 ． 6 2 4 9 9 ． 5 1 9 3 8 ． o 1 7 8 9 ． o 1 42 l O 4 1 O ． 3 9 ． 7 1 3 1 1 4 ． 1 6 3 1 o ． 5 2 7 71 8 ． O 合计人数／人 6 0 2 7 5 9 3 8 4 7 4 6 3 7 8 6 3 2 1 5 2 6 3 1 2 4 3 3 1 9 7 3 1 3 8 4 1 0 6 7 占比／％ 1 7 ． 4 1 7 ． 1 1 3 ． 7 l O ． 9 9 ． 3 7 ． 6 7 ． o 5 ． 7 4 ． o 3 ． 1 9 3 1 2 ． 7 5 9 8 l _ 7 3 4 7 2 9 l O O 研究团队成员长期从事煤矿重大灾害防治及应急救援技术和装置的研发，研究水平及成果在国内煤炭系统处于领先水平。孙继平教授、武强院士、朱红青教授、周心权教授等，均作为国务院事故调查专家组 4 工矿自动化 2 0 1 6年第 4 2卷组长参加了数十起煤矿水灾、火灾、瓦斯煤尘爆炸等重特大事故调查和应急救援工作。 2 ． 1 项目研究目标与研究内容 2 ． 1 ． 1 项目研究目标项目将突破煤矿水灾、火灾、瓦斯煤尘爆炸等重特大灾害快速识别、快速响应、智能决策、应急通信、遇险难人员精确定位、灾后环境侦测、逃生救援通道保障与构建等技术瓶颈，研发应急救援新装备及支持系统，构建新一代智能煤矿重特大事故应急救援系统，提升煤矿事故应急救援技术与装备水平，提高事故应急救援响应速度和效率，为煤矿事故高效快速处置提供有效的技术和装备保障。 2 ． 1 ． 2 项目研究内容项目根据煤矿重特大事故应急救援基础理论一关键技术一核心装备一示范应用全链条融合的思路，采用理论分析、实验测试、数值模拟、物理模拟、现场测试等多种方法，开展矿井水灾、火灾、瓦斯煤尘爆炸灾情演变规律等研究；研发煤矿重特大事故应急救援技术及装备等；研发成果示范应用。项目拟解决矿井水灾、火灾和瓦斯煤尘爆炸灾情演变规律等关键科学问题 ① 矿井水灾及其灾情演变规律矿井水灾识别、灾情演变、时空演化和波及范围预测模型等； ② 矿井火灾及其灾情演变规律矿井火灾识别、灾情演变、时空演化和波及范围预测模型等； ③ 矿井瓦斯煤尘爆炸及其灾情演变规律矿井瓦斯煤尘爆炸识别、灾情演变、时空演化和波及范围预测模型等，二次爆炸危险性预测模型等。项目拟解决煤矿重特大灾害感知、智能应急预案及应急救援辅助决策、灾害矿井应急通信与人员精确定位、煤矿重大灾害紧急逃生与引导、煤矿灾变环境信息侦测和存储、煤矿重大灾害抢险救灾等关键技术问题 ① 煤矿重特大灾害感知技术水灾、火灾、瓦斯煤尘爆炸等煤矿重特大灾害辨识方法及感知技术等； ② 智能应急预案及应急救援辅助决策技术基于大数据的智能应急预案和应急救援辅助决策技术等； ③ 灾害矿井应急通信与人员精确定位技术矿井抗灾变应急通信技术，遇险难人员精确定位技术等； ④ 煤矿重大灾害紧急逃生与引导技术火灾、瓦斯煤尘爆炸等灾后风流智能控制技术，遇险人员逃生引导技术等； ⑤ 煤矿灾变环境信息侦测和存储技术灾变环境侦测飞行机器人技术，灾变环境气体遥感技术等； ⑥ 煤矿重大灾害抢险救灾技术救援通道快速构建技术等。项目按任务需求分解为 9个课题课题 1为矿井水灾识别理论及时空演化模型，课题 2为矿井火灾燃烧特性及烟流扩散规律，课题 3为瓦斯煤尘爆炸传播演化规律及识别，课题 4为煤矿重大灾害感知技术和装备，课题 5为智能应急预案及应急救援辅助决策系统与项目示范应用，课题 6为灾害矿井应急通信及人员定位系统，课题 7为煤矿重大灾害紧急逃生与引导系统及装置，课题 8为煤矿灾变环境信息侦测和存储技术及装备，课题 9为煤矿重大灾害抢险技术与装备。 2 ． 2项目预期成果与效益 2 ． 2 ． 1 项目预期成果项目将研制 1 O种具有自主知识产权的装置，并通过第三方检测和现场应用 ① 水灾感知装置； ② 火灾感知装置； ③ 瓦斯煤尘爆炸感知装置； ④ 灾变环境侦测机器人； ⑤ 瓦斯遥感装置； ⑥ 逃生引导装置； ⑦ 便携式破拆装置； ⑧ 便携式支护装置； ⑨ 火灾、瓦斯煤尘爆炸灾后风流调控装置与系统； ⑩ 逃生通道快速构建装置及系统等。项目将研发 1 O 种具有自主知识产权的系统，并通过现场应用 ① 水灾评估系统； ② 火灾评估系统； ③ 瓦斯煤尘爆炸评估系统； ④ 应急通信系统； ⑤ 遇险难人员精确定位系统； ⑥ 应急预案系统； ⑦ 辅助决策系统； ⑧ 救灾指挥系统； ⑨ 紧急逃生支持系统； ⑩ 模拟应急救援系统等。项目拟制修订 1 O项国家／行业技术标准送审稿；申请 1 0 0项发明专利、 2 O项计算机软件著作权；公开发表 2 0 0篇学术论文；出版 6部专著；创建 2个示范工程。 2 ． 2 ． 2 项目预期效益通过项目研究，使中国在煤矿重特大事故应急处置与救援技术和装备方面达到国际先进水平，部分达国际领先水平。通过成果应用，将提高事故应急救援响应速度和效率，为减少事故人员伤亡和财产损失提供有效的技术和装备保障，具有重大的社会效益和经济效益。 3 结语在中国各类煤矿事故中，顶板事故起数和死亡人数均位居第 1 ；瓦斯事故起数位居第 3 ，死亡人数位居第 2 ；运输事故起数位居第 2 ，死亡人数位居第 3 ；水害事故起数位居第 5 ，死亡人数位居第 4 ；机电事故起数位居第 4 ，死亡人数位居第 5 ；爆破事故起数和死亡人数均位居第 6 ；火灾事故起数和死亡人数位均居第 7 。快速有效的应急救援是减少事故人员伤亡和财产损失的有效措施。国家重点研发计划项目“ 煤矿重特大事故应急处置与救援技术研究 2 0 1 6年第 1 0期孙继平等煤矿事故与应急救援技术装备 5 。 2 0 1 6 YF C O 8 0 1 8 0 0 ” 将突破煤矿水灾、火灾、瓦斯煤尘爆炸等重特大灾害快速识别、快速响应、智能决策、应急通信、遇险难人员精确定位、灾后环境侦测、逃生救援通道保障与构建等技术瓶颈，研发应急救援新装备及支持系统，构建新一代智能煤矿重特大事故应急救援系统，提升煤矿事故应急救援技术与装备水平，提高事故应急救援响应速度和效率，为煤矿事故高效快速处置提供有效的技术和装备保障。参考文献 [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 孙继平．互联网煤矿监控与通信[ M] ．北京煤炭工业出版社， 2 0 1 6 ．国家煤矿安全监察局． 2 0 0 4年全国煤矿安全生产状况分析[ R ] ． 2 0 0 5 ．国家煤矿安全监察局． 2 0 0 5年全国煤矿特大事故分析报告[ R ] ． 2 0 0 6 ．国家煤矿安全监察局． 2 0 0 6年全国煤矿事故分析报告[ R ] ． 2 0 0 7 ． [5] 国家煤矿安全监察局． 2 0 0 7年全国煤矿事故分析报告[ R] ． 2 0 0 8 ． [6] 国家煤矿安全监察局． 2 0 0 8年全国煤矿事故分析报告I- R ] ． 2 0 0 9 ． [7] 国家煤矿安全监察局． 2 0 0 9年全国煤矿事故分析报告 J R ] ． 2 0 1 0 ． [ 8] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 0年全国煤矿事故分析报告 [ R ] ． 2 0 1 1 ． [ 9] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 1年全国煤矿事故分析报告J R ] ． 2 0 1 2 ． [ 1 O ] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 2年全国煤矿事故分析报告J R] ． 2 0 1 3 ． [ 1 1 ] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 3年全国煤矿事故分析报告[ R] ． 2 0 1 4 ． 1- 1 2 ] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 4年全国煤矿事故分析报告[ R] ． 2 0 1 5 ． [ 1 3 ] 国家煤矿安全监察局． 2 0 1 5年全国煤矿事故分析报告[ R ] ． 2 0 1 6 ．第二届中国煤炭工业技术委员会电气专家委员会学术年会暨煤矿物联网与智能化技术与装备征文通知主办单位中国煤炭工业协会承办单位中煤科工集团常州研究院有限公司中国煤炭科工集团有限公司征稿单位工矿自动化编辑部论坛时间 2 0 1 6 年 1 2月煤矿智能化技术与装备是实现煤炭安全高效生产的保障。近年来，国家重点支持煤炭工业发展自动化、智能化，数字化矿山和矿山物联网技术也取得很大发展，相关科研机构取得了一批先进技术成果，国家科技部十三五重大专项也支持矿山安全生产物联网关键技术与装备研究。因此，为进一步促进学术交流及重大技术研究，推动煤矿自动化、智能化水平提高，中国煤炭科工集团拟于 2 0 1 6年 1 2月举办以“ 煤矿物联网与智能化技术与装备” 为主题的“ 第二届煤炭工业技术委员会电气专家委员会学术年会” ，并拟在工矿自动化开设“ 煤矿物联网与智能化” 专栏，对录用征文进行连续刊登。 1论坛主题煤矿物联网与智能化技术与装备现状及趋势。 2论坛内容 ① 煤矿物联网、智能化热点和前沿问题专题报告。② 煤矿物联网重大技术与装备研究专题报告。③ 矿山物联网、数字矿山、无人化智能开采技术与装备学术探讨。 3论坛征文 3 ． 1征文方向 ① 煤矿物联网、智能化技术研究现状与发展趋势。② 煤矿物联网技术前沿、热点、难点问题研究。③ 矿山物联网、数字矿山、无人化智能开采、煤矿自动化技术理论研究及实践。 3 ． 2征文要求论文内容符合征文主题，来稿重点突出、论点明确、论据可靠、语言精练，具有科学性、新颖性、实用性。论文应为原创或未公开发表的作品，具有较强的学术价值，能反映所研究领域的最新科研成果及发展趋势。论文字数不超过 6 0 0 0字，要求图、表清晰，专业术语和法定计量单位规范统一，请参照工矿自动化论文格式撰写规范 h t t p ／／ ww w． g k z d h ． c n 。论文所涉及的课题若取得国家或省部级以上基金项目资助，请在文中注明完整的项目名称和项目编号。 3 ． 3 征文截止日期请于 2 0 1 6年 1 1 月 3 0日前将 Wo r d 稿件发送至邮箱 t d c z k j f z b 1 6 3 ． c o rn，来稿请注明作者简介姓名、出生年月、籍贯、职称、学位、研究方向或主要从事的工作、邮箱、通信地址、邮编、联系电话等。 3 ． 4征文联系方式联系人武福生联系电话 0 5 1 9 6 8 9 7 1 6 0 7 ， 1 3 8 6 1 2 1 3 5 7 5