發(fā)布時(shí)間：2022-04-10 10:45:26
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的煤礦應(yīng)急系統(tǒng)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【摘 要】文章簡(jiǎn)單明了的介紹了應(yīng)急廣播系統(tǒng)的總體概要、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。詳細(xì)的闡述了應(yīng)急廣播系統(tǒng)在煤礦井下安全生產(chǎn)中的重要性和必要性。
【關(guān)鍵詞】應(yīng)急廣播;礦井;安全
1、引言
近一個(gè)時(shí)期以來(lái)，在煤礦安全事故頻發(fā)的客觀條件下，國(guó)家安監(jiān)總局了煤礦井下避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的建設(shè)規(guī)范和建設(shè)時(shí)間表，規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成“六大系統(tǒng)”建設(shè)的煤礦將被關(guān)停。[1]為保證煤礦企業(yè)遭遇突發(fā)性事件時(shí)，能以最簡(jiǎn)捷、最快的途徑通知井下作業(yè)人員，并指導(dǎo)相關(guān)人員緊急疏散或采取相應(yīng)安全措施，做到及時(shí)并有效的應(yīng)急救援，通過(guò)結(jié)合語(yǔ)音廣播現(xiàn)狀與發(fā)展方向，采用數(shù)字技術(shù)、單片機(jī)編解碼技術(shù)、高級(jí)軟件編程技術(shù)等開(kāi)發(fā)了數(shù)字化可尋址礦用智能應(yīng)急救援語(yǔ)音系統(tǒng)。該系統(tǒng)集安全播報(bào)、調(diào)度指揮、安全監(jiān)測(cè)、公共語(yǔ)音為一體，是新一代的數(shù)字化語(yǔ)音系統(tǒng)。礦用智能應(yīng)急救援語(yǔ)音系統(tǒng)結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)的需要，以安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，以各種應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出智能語(yǔ)音告警及應(yīng)急救援模塊。日?？梢赃M(jìn)行安全宣傳、教育，在指定區(qū)域播放安全規(guī)章、安全措施、注意事項(xiàng)等，增強(qiáng)職工安全意識(shí)。還可共享安全監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)定制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超限、風(fēng)機(jī)不能正常工作等情況時(shí)，自動(dòng)在特定區(qū)域發(fā)出安全告警，指揮相關(guān)人員撤離或采取必要的措施。如果檢測(cè)到安全監(jiān)控系統(tǒng)告警，井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動(dòng)相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場(chǎng)人員撤離；也可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語(yǔ)音材料，播放給指定區(qū)域，并可以通過(guò)麥克風(fēng)，直接指揮有關(guān)人員撤離。根據(jù)需要，可以播放背景音樂(lè)。 結(jié)合數(shù)字視頻技術(shù)，可以實(shí)時(shí)觀察工況直觀圖像，做到數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻的真正聯(lián)動(dòng)。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
礦用無(wú)線通信系統(tǒng)由井上設(shè)備和井下設(shè)備兩部分組成。
2.1 井上設(shè)備
井上設(shè)備由語(yǔ)音通訊服務(wù)器、數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)、管理調(diào)度電腦、核心交換機(jī)、井上基站等組成。
2.1.1語(yǔ)音通訊服務(wù)器。主機(jī)服務(wù)器，為系統(tǒng)提供各種網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序等服務(wù)。實(shí)現(xiàn)井上井下通訊一體化、有線無(wú)線一體化、調(diào)度通訊行政通訊一體化，用戶井上、井下漫游。
2.1.2數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)。數(shù)字語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)一側(cè)連接傳統(tǒng)程控交換機(jī)，一側(cè)與IP網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)與PSTN的互連互通，將IP網(wǎng)絡(luò)與固定電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于公網(wǎng)、專網(wǎng)有線、無(wú)線用戶的綜合指揮調(diào)度。
2.1.3管理調(diào)度電腦
2.1.4核心交換機(jī)。將井下光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、語(yǔ)音服務(wù)器、數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)、管理調(diào)度電腦、井上基站等設(shè)備接入到統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2.1.5井上基站。滿足語(yǔ)音通訊的同時(shí)還能夠?yàn)榫瞎芾磙k公提供無(wú)線上網(wǎng)、中短途數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用提供服務(wù)。
2.2 井下設(shè)備
井下設(shè)備主要由礦用本安型交換機(jī)、礦用本安型無(wú)線基站、礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源、礦用本安型手機(jī)等組成。
2.2.1礦用本安型交換機(jī)。連接井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。
2.2.2礦用本安型無(wú)線基站?；臼钦麄€(gè)系統(tǒng)無(wú)線信號(hào)接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與終端的數(shù)據(jù)交互。基站采用WIFI通信技術(shù)，能夠大大提高無(wú)線通信的安全性和擴(kuò)展性?；具B接可采用光纜、網(wǎng)線、電纜方式，可根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行配置。
2.2.3礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源。電源采用三路交流電源輸入（AC127V、AC380V、AC660V) ，提供穩(wěn)定的DC 輸出，輸出電壓為12V、24V，提供給基站和交換機(jī)工作。采用不間斷供電設(shè)計(jì)，后備電池可保證井下斷電后設(shè)備仍能工作不低于2小時(shí)。
2.2.4礦用本安型手機(jī)。系統(tǒng)語(yǔ)音終端，采用礦用本安設(shè)計(jì)，輕便小巧，便于攜帶。
3、系統(tǒng)功能特點(diǎn)
多路廣播功能：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多套節(jié)目同時(shí)傳輸。
音源種類豐富：音源種類豐富，可以是麥克風(fēng)、話筒、DVD/VCD等傳統(tǒng)音響設(shè)備，也可以是電腦、MP3等現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備；同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)置FM調(diào)頻收音機(jī)，接收當(dāng)?shù)毓搽娕_(tái)廣播節(jié)目。[2]當(dāng)使用電腦進(jìn)行播放時(shí)，可以播放電腦支持的全部數(shù)字語(yǔ)音文件，另外可支持網(wǎng)絡(luò)播放，礦領(lǐng)導(dǎo)可在本辦公室內(nèi)通過(guò)電腦對(duì)井下廣播講話。
可分區(qū)功能：可自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行按區(qū)域或邏輯分組廣播、分區(qū)域廣播（如辦公區(qū)、井下候車室、食堂），做到單獨(dú)控制，如單獨(dú)對(duì)辦公區(qū)播放通知；也可進(jìn)行全礦廣播。
遠(yuǎn)程控制功能：可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺(tái)音箱的開(kāi)?？刂?，界面友好，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了可尋址到點(diǎn)控制。
與安全監(jiān)控、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)融合：共享安全監(jiān)控、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)定制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超限、風(fēng)機(jī)不能正常工作等情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在特定區(qū)域發(fā)出安全告警，指揮相關(guān)人員采取必要的措施。
結(jié)合應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自動(dòng)或人工應(yīng)急救援：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到安全監(jiān)控系統(tǒng)告警，井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動(dòng)相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場(chǎng)人員撤離；也可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語(yǔ)音，播放給指定區(qū)域；還可以通過(guò)麥克風(fēng)，直接指揮有關(guān)人員撤離。
開(kāi)關(guān)量輸入：硬件上支持4路開(kāi)關(guān)量信息輸入，配合礦業(yè)現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備，進(jìn)行語(yǔ)音告警提示，避免事故的發(fā)生。可根據(jù)需要設(shè)置啟動(dòng)警報(bào)點(diǎn)附近的音箱或全部音箱。
傳輸距離長(zhǎng)：可以采用全光纜方式傳輸，抗沖擊、無(wú)干擾、高保真、傳輸距離可以達(dá)到60公里，特別適合煤礦井下惡劣環(huán)境。
高品質(zhì)的語(yǔ)音：專業(yè)的語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)，獨(dú)特的機(jī)械、工藝設(shè)計(jì)，做到聲音洪亮，不失真，改變了過(guò)去煤礦井下擴(kuò)音電話音質(zhì)差的根本問(wèn)題。
較高的穩(wěn)定性與可靠性：采用RF弱信號(hào)傳輸方式，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中無(wú)功率信號(hào)，單只音箱的故障不影響系統(tǒng)工作，整機(jī)在沒(méi)有信號(hào)的情況下自動(dòng)處于關(guān)閉狀態(tài)，待有啟動(dòng)信號(hào)或接收到開(kāi)機(jī)指令后音箱自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需人員的控制。[3]
傳輸方式可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)：目前煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)越來(lái)越普及，本系統(tǒng)支持在工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，避免了重復(fù)布線，節(jié)約資源。
數(shù)字視頻聯(lián)動(dòng)：可以和數(shù)字視頻系統(tǒng)相結(jié)合，達(dá)到數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻聯(lián)動(dòng)。
4、小結(jié)
隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，越來(lái)越多的高科技產(chǎn)品和技術(shù)相繼應(yīng)用到原本生產(chǎn)力水平低下、生產(chǎn)技術(shù)粗礦的煤礦生產(chǎn)中來(lái)，為煤礦生產(chǎn)這個(gè)昔日多數(shù)人眼中的低水平行業(yè)增添了新的活力。本文所介紹的應(yīng)急廣播系統(tǒng)就是這其中的一個(gè)代表，它最重要的特點(diǎn)就是能夠在危險(xiǎn)發(fā)生的第一時(shí)間將信息傳遞到井下的每一個(gè)角落，從而更大程度的保證每一個(gè)礦工的生命安全。
摘要：礦井透水事故是危害面最大、影響時(shí)間最長(zhǎng)的礦難事故。為體現(xiàn)以人為本的精神，增加透水情況下人員逃生的機(jī)會(huì)，國(guó)家有關(guān)部門極為重視，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理的策略。潛水泵對(duì)于一定流量范圍的突水事故可有效控制，為避免淹井或延緩淹井爭(zhēng)取時(shí)間，保證人員安全撤離和設(shè)備拆除；由于該系統(tǒng)采用地面控制，即使排水泵房被淹，潛水泵也能正常運(yùn)行，為淹井后搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間。鑒于潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，礦井在現(xiàn)有排水能力的基礎(chǔ)上，增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是十分必要的。
關(guān)鍵字：潛水泵；應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)；配電及控制
0、前言
礦井透水事故是危害面最大、影響時(shí)間最長(zhǎng)的礦難事故。為體現(xiàn)以人為本的精神，增加透水情況下人員逃生的機(jī)會(huì)，國(guó)家有關(guān)部門極為重視，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理的策略。
國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布2009年12月1日起施行的《煤礦防治水規(guī)定》第一百一十八條規(guī)定：受水威脅嚴(yán)重的礦井，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)井下泵房無(wú)人值守和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，推廣使用地面操控的潛水泵排水系統(tǒng)；《煤礦安全規(guī)程》（2011版）第二百七十三條 水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)具有獨(dú)立供電系統(tǒng)且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。
1、增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的必要性
目前常用的防突措施主要為設(shè)置防水閘門和建設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)。防水閘門與潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)特點(diǎn)如下：
防水閘門是為預(yù)防礦井突然涌水造成淹井而安設(shè)的閘門。砌筑在通往水災(zāi)威脅地區(qū)巷道的總匯合處、井底車場(chǎng)和井下水泵房。防水閘門笨重，開(kāi)啟與關(guān)閉不方便，雖可利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱，但防水閘門安裝處帶壓一般較大，大壓力等級(jí)的防水閘門設(shè)置難度大且關(guān)閉非常困難，很難保證關(guān)閉質(zhì)量和把握關(guān)閉時(shí)間，尤其在人員沒(méi)有安全撤出之前，不能關(guān)閉。關(guān)閉閘門后，人員及設(shè)備不能出入，且水對(duì)被淹沒(méi)區(qū)域內(nèi)設(shè)備和巷道影響較大，恢復(fù)生產(chǎn)難度較大。防水閘門建成后，可能會(huì)對(duì)巷道通風(fēng)、電纜布置，軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸存在一定影響；特別需考慮安裝地段的通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流調(diào)解，防止在關(guān)閉防水閘門后，造成該段巷道通風(fēng)不暢或盲巷，出現(xiàn)新的隱患問(wèn)題。另外，防水閘門在地壓較大礦井不適用。
防水閘門是帶壓開(kāi)采礦井中常用的防治水安全措施，主要作用在一個(gè)“堵”字。防水閘門為被動(dòng)堵水，而潛水泵為主動(dòng)排水，變被動(dòng)為主動(dòng)，有利于礦井的防治水工作。而潛水泵對(duì)于一定流量范圍的突水事故可有效控制，為避免淹井或延緩淹井爭(zhēng)取時(shí)間，保證人員安全撤離和設(shè)備拆除；由于該系統(tǒng)采用地面控制，即使排水泵房被淹，潛水泵也能正常運(yùn)行，為淹井后搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間。
鑒于潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，礦井在現(xiàn)有排水能力的基礎(chǔ)上，增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是十分必要的。
2、潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的組成
1）系統(tǒng)的組成
一般情況下，將多級(jí)泵和電動(dòng)機(jī)采用固定連接方式組成一體潛水電泵，安裝在吸罩內(nèi)。被輸送液體由吸罩吸入經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)表面進(jìn)入泵的吸水口，通過(guò)多級(jí)葉輪傳送，經(jīng)出水口、逆止閥或多功能閥、電動(dòng)閥和揚(yáng)水管排出。當(dāng)采用水泵控制自動(dòng)化時(shí)，選用電動(dòng)閘閥或電液動(dòng)閘閥。目前已有隔爆礦用潛水電動(dòng)液控閘閥為潛水泵的自動(dòng)控制提供了保證。地面或井下控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)控。
綜上所述，潛水電泵、閥門、管路、配電及控制裝置等組成潛水電泵排水系統(tǒng)。
2）潛水電泵安裝方式
潛水電泵安裝方式可分為立式、臥（斜）式兩大類。
立式安裝方式：潛水電泵懸吊在礦井水倉(cāng)內(nèi)，水倉(cāng)的深度應(yīng)大于潛水電泵的整體高度。優(yōu)點(diǎn)是受力方式合理，運(yùn)行壽命長(zhǎng)，維修時(shí)可以整體取出。缺點(diǎn)是對(duì)起重設(shè)備要求較高，對(duì)水倉(cāng)內(nèi)的支撐大梁要求較高，排水井一次性投資大。
臥（斜）式安裝方式：安裝靈活，隨著水位和水源位置的變化，機(jī)組的位置可很快的做出調(diào)整，縮短排水時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)起重設(shè)備要求不高，對(duì)水倉(cāng)內(nèi)的支撐大梁要求不高。
3）隔爆礦用潛水電動(dòng)液控閘閥
隔爆礦用潛水電動(dòng)液控閘閥是潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其可靠性是潛水泵的自動(dòng)控制的保證。傳統(tǒng)閘閥存在以下問(wèn)題：可靠性差、控制復(fù)雜、故障率高、遇見(jiàn)突水現(xiàn)象電動(dòng)閘閥打不開(kāi)，不能長(zhǎng)時(shí)間在水下工作。隔爆礦用潛水電動(dòng)液控閘閥克服了以上缺點(diǎn)，選配防爆潛水電機(jī)作為動(dòng)力源，采用高壓液壓缸執(zhí)行裝置作為閘閥的開(kāi)啟和關(guān)閉裝置，可使閘閥長(zhǎng)時(shí)間在水下使用。該潛水電液閘閥能在地面或井下控制閘閥的開(kāi)啟，能有效控制閘閥的開(kāi)關(guān)速度和關(guān)閉力。具有手動(dòng)、電動(dòng)液控兩種操作方式。
3、潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的配電及控制
《煤礦防治水規(guī)定》中推廣使用地面操控的潛水泵排水系統(tǒng)，在條件具備時(shí)，采用地面控制，即配電及控制設(shè)備放置于地面，動(dòng)力及控制電纜直接下井接至潛水泵電機(jī)及其輔助設(shè)備或傳感器上（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用沿井筒敷設(shè)或沿電纜鉆孔敷設(shè)）。只有在受條件限制時(shí)（配電能力、工農(nóng)關(guān)系等），才采用井下適當(dāng)位置控制，潛水泵配電室位置應(yīng)置于高于潛水泵的安裝位置，且留出足夠的儲(chǔ)水余量，使其不致淹至潛水泵配電室位置，而影響潛水泵的工作。
1）地面配電系統(tǒng)
在地面合適位置設(shè)應(yīng)急強(qiáng)排配電室，兩回10kV（6kV）電源分別引自礦井35kV（110kV、220kV）變電站10kV（6kV）不同母線段，兩回~380/220V電源引自場(chǎng)地動(dòng)照網(wǎng)。應(yīng)急強(qiáng)排配電室內(nèi)設(shè)KYN28A-12型高壓開(kāi)關(guān)柜，采用高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備或軟啟動(dòng)裝置分別向井下潛水泵供電。
潛水電泵可以全壓（直接）起動(dòng)，也可降壓起動(dòng)。原則上，在全壓起動(dòng)條件滿足時(shí)，要采用全壓起動(dòng)，因?yàn)槿珘浩饎?dòng)是最簡(jiǎn)單、最可靠、最經(jīng)濟(jì)的起動(dòng)方式。但全壓起動(dòng)起動(dòng)電流大，在配電母線上引起的電壓下降大。
當(dāng)全壓起動(dòng)條件不滿足時(shí)，可考慮采用降壓起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)的方式有：電抗器降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、軟起動(dòng)（可控硅固態(tài)軟起動(dòng)、水電阻軟起動(dòng)）、星三角降壓起動(dòng)。目前多采用固態(tài)軟起動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是可提供平滑無(wú)極的加速和可控制的減速，起動(dòng)時(shí)避免過(guò)沖，停車時(shí)避免水錘現(xiàn)象。
2）井下配電系統(tǒng)
從井下變配電所引兩回~660V低壓電源，采用閥門電控裝置分別向電動(dòng)閥門供電。變配電所及閥門電控裝置安裝位置應(yīng)高于電動(dòng)閥門的安裝位置。目前設(shè)計(jì)的電動(dòng)閥門在正常情況下一般是常開(kāi)的，在檢修時(shí)關(guān)閉。
3）控制系統(tǒng)
地面潛水泵配電室內(nèi)設(shè)應(yīng)急排水泵站控制裝置，完成信號(hào)傳輸、監(jiān)測(cè)和應(yīng)急排水泵站設(shè)備控制等功能。由低壓配電裝置、智能控制器、檢測(cè)傳感器及信號(hào)控制電纜等部分組成。具有“自動(dòng)”、“手動(dòng)”和“檢修”三種工作方式，特殊情況下可以退出自動(dòng)化運(yùn)行，轉(zhuǎn)為地面手動(dòng)操作，確保潛水泵可靠起動(dòng)；具有遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止、復(fù)位和測(cè)試功能；并實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的所有信息具備完善的報(bào)警功能，對(duì)所有被測(cè)參數(shù)超限、保護(hù)動(dòng)作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變進(jìn)行聲、光報(bào)警；能夠通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)向上一級(jí)計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)和圖形信息。另外可以增加工業(yè)電視系統(tǒng)，通信系統(tǒng)等為應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)提供聲像信息。
4、設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)考慮的問(wèn)題
1）影響電動(dòng)機(jī)起動(dòng)有線路壓降、配電母線壓降、電動(dòng)機(jī)端子壓降等的幾個(gè)因素。
《GB/T 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%；3.3 220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。
《GB 50055-2011 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。
交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：配電母線上接有照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%；電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)，不宜低于額定電壓的85%。配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷，不應(yīng)低于額定電壓的80%；配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定；對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，尚應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。關(guān)于壓降的計(jì)算這里不再贅述。
2）控制信號(hào)的傳輸
對(duì)于控制信號(hào)能否在長(zhǎng)的距離工況下穩(wěn)定工作，一直困擾著設(shè)計(jì)人員，于是與太原博世通機(jī)電液工程有限公司合作，針對(duì)長(zhǎng)距離（1—2km）信號(hào)傳輸及水下潛水閘閥控制做了一系列試驗(yàn)。
（1）長(zhǎng)距離PT100溫度傳感器信號(hào)衰減試驗(yàn)結(jié)論：三線制傳輸?shù)男盘?hào)與實(shí)際的溫度差值恒定，利用軟件可消除誤差；四線制傳輸?shù)男盘?hào)衰減很小。
（2）長(zhǎng)距離接近開(kāi)關(guān)信號(hào)衰減試驗(yàn)（加直流24V電源）結(jié)論：信號(hào)衰減不大，能夠驅(qū)動(dòng)中間繼電器，并使PLC能夠得到反饋信號(hào)。
（3）信號(hào)長(zhǎng)距離控制潛水閘閥水下動(dòng)作試驗(yàn)（動(dòng)力電壓660V，控制電壓24V）結(jié)論：很好的實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離遠(yuǎn)程起動(dòng)電機(jī)和長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸控制。
以上試驗(yàn)證明，2km以內(nèi)潛水泵相關(guān)控制及監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸可滿足地面自動(dòng)控制的要求。若超過(guò)2km的信號(hào)傳輸，沒(méi)有相應(yīng)的試驗(yàn)或應(yīng)用實(shí)例，建議采用井下加隔爆PLC分站的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。
5結(jié)束語(yǔ)
我公司開(kāi)展?jié)撍脩?yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)在同行業(yè)領(lǐng)先，目前設(shè)計(jì)完成的有單侯礦井、東歡坨礦井、梧桐莊礦井、宣東礦二號(hào)井、九龍礦等，另李雅莊、曹村、干河、龐龐塔、馬營(yíng)等礦處在設(shè)計(jì)階段。以上設(shè)計(jì)除東歡坨礦井、曹村礦為井下控制外，其他均為地面控制。以開(kāi)灤單候礦井為例，原設(shè)計(jì)采用防水閘門，后經(jīng)過(guò)專家論證改為潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)后，避免了一次重大淹井事故。
潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的課題，涉及技術(shù)、管理、使用等許多方面。從國(guó)家國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布《煤礦防治水規(guī)定》到許多煤業(yè)集團(tuán)逐步增設(shè)應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)充分體現(xiàn)國(guó)家到地方對(duì)礦井消除透水事故隱患的重視程度及執(zhí)行力度。充分體現(xiàn)以人為本的精神，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理。
摘要：
針對(duì)變頻器發(fā)生故障時(shí)很難在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用應(yīng)急變頻裝置替代故障的原始變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)：當(dāng)原始變頻器發(fā)生故障時(shí)，PLC主控單元根據(jù)電動(dòng)機(jī)和變頻器的故障狀態(tài)實(shí)時(shí)控制應(yīng)急變頻裝置；當(dāng)應(yīng)急變頻裝置的輸出達(dá)到電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件時(shí)，切換裝置立即動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)在原始變頻器故障的情況下能夠快速接入應(yīng)急變頻裝置，具有較好的調(diào)速性能。
關(guān)鍵詞：
電動(dòng)機(jī)；應(yīng)急調(diào)速；應(yīng)急變頻裝置
0引言
隨著計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，采用變頻器控制的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)逐漸代替了傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。基于電力電子技術(shù)的變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)具有快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中得到了普及，成為主流的調(diào)速設(shè)備［1－4］。但是，變頻器的主電路是由電力電子開(kāi)關(guān)器件組成，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)很難在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，所以一旦故障就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)非正常運(yùn)行，影響煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由應(yīng)急變頻裝置、PLC主控單元和切換裝置等組成，PLC主控單元根據(jù)電動(dòng)機(jī)和變頻器的故障狀態(tài)，采用模糊PID算法實(shí)時(shí)控制應(yīng)急變頻裝置的輸出［7－8］，一旦應(yīng)急變頻裝置的輸出達(dá)到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件，切換裝置立即動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定控制。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中應(yīng)急變頻裝置參數(shù)與原始變頻器控制參數(shù)相同。PLC主控單元采集并處理電動(dòng)機(jī)和原始變頻器的運(yùn)行信息，用于判斷是否出現(xiàn)故障，一旦檢測(cè)到原始變頻器發(fā)生故障，即對(duì)切換裝置和應(yīng)急變頻裝置實(shí)施控制。切換裝置根據(jù)PLC主控單元的信號(hào)，將應(yīng)急變頻裝置與故障變頻器進(jìn)行切換。應(yīng)急變頻裝置在PLC的指令下立即啟動(dòng)，并根據(jù)PLC的輸入信號(hào)來(lái)控制輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)工作原理如圖2所示。若電動(dòng)機(jī)在原始變頻器故障后處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，則切換系統(tǒng)中的鎖相環(huán)同步控制器。當(dāng)鎖相環(huán)同步控制器檢測(cè)到應(yīng)急變頻裝置與電動(dòng)機(jī)同頻同相時(shí)，將應(yīng)急變頻裝置與電動(dòng)機(jī)的接觸器閉合，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制；若電動(dòng)機(jī)在原始變頻器故障后處于停止?fàn)顟B(tài)，則采用應(yīng)急變頻裝置重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1應(yīng)急變頻裝置
應(yīng)急變頻裝置為交－直－交結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。該裝置主要由主電路和控制電路組成，其中主電路包括整流器、直流側(cè)濾波器、逆變器。整流器用于將三相交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，直流側(cè)濾波器用于吸收整流側(cè)和逆變側(cè)的脈動(dòng)電壓，逆變器則用于將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)。控制電路由轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、運(yùn)算電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等組成。檢測(cè)電路主要用于檢測(cè)系統(tǒng)的電壓、頻率等信息。運(yùn)算電路主要負(fù)責(zé)處理反饋信號(hào)，得到輸出信號(hào)的參考值。驅(qū)動(dòng)電路用于控制開(kāi)關(guān)器件的通斷。保護(hù)電路用于保護(hù)變頻器和電動(dòng)機(jī)。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
要使煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)快速、穩(wěn)定地投入運(yùn)行，應(yīng)急變頻裝置必須具有較快的啟動(dòng)速度，以便及時(shí)代替原故障變頻器。
3．1主程序
煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。當(dāng)PLC主控單元檢測(cè)到原變頻器發(fā)生故障時(shí)，實(shí)時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急變頻裝置。應(yīng)急變頻裝置導(dǎo)入原變頻器的參數(shù)和工作頻率參數(shù)，然后將模糊PID子程序?qū)肫淇刂葡到y(tǒng)。
3．2PLC主控單元切換程序
PLC主控單元切換程序流程如圖7所示。首先判斷原變頻器故障后電動(dòng)機(jī)是否停機(jī)，若電動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，則切換程序重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)；若電動(dòng)機(jī)沒(méi)有停機(jī)，在故障變頻器停止工作后，延時(shí)2s，啟動(dòng)應(yīng)急變頻裝置并封鎖其輸出，通過(guò)鎖相環(huán)同步控制器檢測(cè)應(yīng)急變頻裝置相位和頻率是否與電動(dòng)機(jī)一致，一旦檢測(cè)到同頻同相，則切換程序通過(guò)控制接觸開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作。
4仿真驗(yàn)證
為驗(yàn)證煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急變頻調(diào)速系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，在Matlab／Simulink環(huán)境下建立系統(tǒng)模型，如圖8所示。具體參數(shù)如下：額定功率PN＝200kW，額定電壓UN＝380V，頻率f＝50Hz，定子電感L＝20mH，定子電阻R＝0．03Ω，轉(zhuǎn)子電感Lr＝19mH，轉(zhuǎn)子電阻Rr＝0．026Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J＝2．56kg?m2，直流電壓Udc＝900V，電磁常數(shù)T＝0．016。原變頻器在0．5s時(shí)發(fā)生故障情況下的電動(dòng)機(jī)輸出電流i和轉(zhuǎn)速n曲線如圖9所示。從圖9可看出，原變頻器故障前，電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速都處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；發(fā)生故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流降為0，轉(zhuǎn)速也逐漸下降，直至電動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。以圖9所示的電動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)為例，在該狀態(tài)下投入應(yīng)急變頻裝置后的電動(dòng)機(jī)輸出電流和轉(zhuǎn)速曲線如圖10所示。從圖10可看出，應(yīng)急變頻裝置開(kāi)始時(shí)處于封鎖狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，輸出電流為0；0．5s時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)并接入應(yīng)急變頻裝置，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)輸出電流由開(kāi)始較大的啟動(dòng)電流過(guò)渡到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的電流，說(shuō)明煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急變頻調(diào)速系統(tǒng)具有快速響應(yīng)能力。
5結(jié)語(yǔ)
介紹了一種煤礦電動(dòng)機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，在Matlab／Simulink平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)在原始變頻器故障的情況下，能夠快速接入應(yīng)急變頻裝置，具有較好的調(diào)速性能。
作者:阮文韜 單位:成都紡織高等?？茖W(xué)校電氣信息工程學(xué)院
摘要： 煤炭是我國(guó)最為重要的能源資源之一，但屬于高危行業(yè)，安全生產(chǎn)是礦井的頭等大事，受到了國(guó)家的高度重視，信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用為災(zāi)害預(yù)警起到了一定作用。盡管如此，礦井突發(fā)事件偶有發(fā)生。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)應(yīng)急管理工作的工作力度在逐年加大，通信保障在煤礦應(yīng)急管理工作中有著重要的地位，且對(duì)它的要求也越來(lái)越高。文章對(duì)煤礦突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案中通訊系統(tǒng)保障機(jī)制進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞： 事件 應(yīng)急預(yù)案 通信系統(tǒng) 預(yù)警 保障
0引言
煤炭是我國(guó)最為重要的能源資源之一，煤炭生產(chǎn)的安全事關(guān)重大。礦山救護(hù)是礦山生產(chǎn)的重要組成部分，由于人員移動(dòng)頻繁、話務(wù)量集中、又由于煤礦井下復(fù)雜的、特殊的工作環(huán)境，固定電話及公眾移動(dòng)電話在救護(hù)調(diào)度中往往顯得無(wú)能為力。通訊不暢嚴(yán)重影響了礦山安全救護(hù)工作。
近年來(lái)，國(guó)家對(duì)應(yīng)急管理工作的工作力度在逐年加大，而應(yīng)急通信保障也是應(yīng)急預(yù)案的重要組成部分，應(yīng)急通信平臺(tái)服務(wù)于應(yīng)急指揮和應(yīng)急救援，因此，通信保障在應(yīng)急管理工作中有著重要的地位，且對(duì)它的要求也越來(lái)越高。煤礦生產(chǎn)及其環(huán)境的特殊性，決定了煤礦生產(chǎn)對(duì)通信暢通、方便、靈活性和可靠性的要求比地面要高，井下通信的實(shí)施較地面難度要大得多，且煤礦災(zāi)害頻發(fā)，發(fā)展應(yīng)急通信是當(dāng)務(wù)之急。建立起統(tǒng)一指揮、反應(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)有序、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的應(yīng)急通信保障機(jī)制迫在眉睫。
1通信現(xiàn)狀
目前，礦井的地面大都有固話基站，有互聯(lián)網(wǎng)及內(nèi)部局域網(wǎng)；有直通上級(jí)部門的無(wú)線電臺(tái)；井下工作地點(diǎn)都裝有有線調(diào)度電話，直通礦生產(chǎn)調(diào)度室；在國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局要求下，礦井也都安裝了人員定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而該系統(tǒng)大部分是不能直接與地面進(jìn)行通話的，只有和小靈通一起y梆才能實(shí)現(xiàn)通話，但由于價(jià)格昂貴，還不能得到普及。另外，現(xiàn)部分礦井正在做礦井監(jiān)控或礦井自動(dòng)化建設(shè)，井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)已在推廣使用，信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用為災(zāi)害預(yù)警起到了一定作用。但當(dāng)井下一旦發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，會(huì)造成整個(gè)盤區(qū)甚至全井下停電，這些系統(tǒng)將全部癱瘓，只能獲取停電瞬間前的信息。
由于煤礦井下是一個(gè)復(fù)雜的、特別的工作環(huán)境，井下的通信不同于地面上現(xiàn)有的通信。電磁波在巷道中傳播信號(hào)衰減嚴(yán)重，整機(jī)功耗受到易燃易爆環(huán)境的制約，且價(jià)格昂貴，因此，無(wú)線通信在煤礦井下的普及應(yīng)用還存在困難。目前，在救災(zāi)過(guò)程中只有小范圍的無(wú)線對(duì)講機(jī)在使用，與地面調(diào)度指揮系統(tǒng)難以形成一個(gè)高效的有機(jī)整體。
2通信系統(tǒng)的重要性
“安全為天，預(yù)防為主”是煤礦安全生產(chǎn)的主線，一份的預(yù)防勝過(guò)百倍的努力，早期的預(yù)防可杜絕許多事故的發(fā)生，可避免人民生命與國(guó)家財(cái)產(chǎn)的遭受損失，所以，一直以來(lái)國(guó)家對(duì)煤礦的安全投入了相當(dāng)大人力、物力和財(cái)力，使得煤礦安全狀況全面提升。
隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，煤礦自動(dòng)化程度也在不斷提高，各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)正在投入使用或功能正在完善，無(wú)線通訊系統(tǒng)也正在發(fā)展，這些為災(zāi)害的預(yù)警提供了多種有效的手段。盡管如此，礦井突發(fā)事件偶有發(fā)生。如何迅速組建有效的救災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)，最大限度減少事件造成的損失，保障職工人身安全，通訊系統(tǒng)起著極為重要的作用，保證通信系統(tǒng)暢通、高效為救災(zāi)爭(zhēng)取時(shí)間是必不可少的重要手段。由于通訊系統(tǒng)的傳輸方式多種，不是某個(gè)企業(yè)能夠單獨(dú)完成或所擁有的，要在國(guó)家與政府的支持和協(xié)調(diào)下，在當(dāng)?shù)赝ㄐ殴镜呐浜舷?，成立礦井突發(fā)事件通訊應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)有著重要的意義。
3通訊應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)職責(zé)
3.1 全體人員要在思想上充分認(rèn)識(shí)通訊系統(tǒng)在搶險(xiǎn)過(guò)程中的重要性，積極組織搶險(xiǎn)搶修隊(duì)伍；并且對(duì)所有人員要進(jìn)行操作、維修的培訓(xùn)，熟練其通訊系統(tǒng)的基本原理和使用技能。
3.2 救災(zāi)的設(shè)備、材料備件、搶修工具各項(xiàng)細(xì)節(jié)落實(shí)到人，定期查看和測(cè)試，不能有損壞或失效，不得擅自挪做它用，搶險(xiǎn)救災(zāi)后及時(shí)補(bǔ)充。
3.3 督促并檢查各基站的設(shè)備及線路，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)正常。
3.4 負(fù)責(zé)組織定期對(duì)相關(guān)人員開(kāi)展預(yù)案演練，可通過(guò)開(kāi)展聯(lián)合演練等方式，促進(jìn)各單位的協(xié)調(diào)配合、職責(zé)落實(shí)和能力提升。確保人員在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)頭腦清醒、技術(shù)熟練。
3.5 配合礦方做好預(yù)警工作，如：利用人員定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的雙向通訊功能，在緊急情況下向發(fā)射卡發(fā)送人員撤離信息；負(fù)責(zé)督促對(duì)各種預(yù)警系統(tǒng)的功能完善與系統(tǒng)升級(jí)；利用井下防爆對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)井上下通訊（正常情況井下重要地點(diǎn)已放置的防爆對(duì)講機(jī)）；做好人員的避災(zāi)演練工作，提高實(shí)戰(zhàn)能力。
3.6 在政府的支持下，負(fù)責(zé)建立起一套空中與地面相結(jié)合、有線與無(wú)線相結(jié)合、固定與機(jī)動(dòng)相結(jié)合、公眾網(wǎng)與專用網(wǎng)相結(jié)合的立體應(yīng)急通信保障體系，并進(jìn)行強(qiáng)化管理。
3.7 當(dāng)?shù)V井發(fā)生緊急情況時(shí)，在指揮部的組織下通知相關(guān)人員立刻到達(dá)指定地點(diǎn)，在指揮部的統(tǒng)一指揮下進(jìn)入預(yù)案狀態(tài)，快速到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，確保礦井的通訊高效暢通，為事故救援爭(zhēng)取時(shí)間。
摘 要：從當(dāng)前實(shí)踐來(lái)看，國(guó)內(nèi)煤礦井下系統(tǒng)中的救援設(shè)備比較落后、不齊全，而且應(yīng)急通信技術(shù)、系統(tǒng)比較落后，工具設(shè)備布設(shè)不合理，以致于煤礦井下安全事故頻發(fā)。其中，信息通信受阻，是造成救援不利、威脅井下人員生命安全的主要影響因素之一，如果不及時(shí)采取有效的措施予以防治，則會(huì)嚴(yán)重影響煤礦建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文將對(duì)當(dāng)前煤礦井下應(yīng)急通信技術(shù)及其現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上就如何建立切實(shí)可行的煤礦井下應(yīng)急無(wú)線通信系統(tǒng)，談一下自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，僅供參考。
近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下開(kāi)采強(qiáng)度、深度等均有所增加，生產(chǎn)安全問(wèn)題相伴而生。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤礦井下安全事故防治、救援工作中，最為關(guān)鍵的就是要保持通信暢通，以便于及時(shí)地聯(lián)系、準(zhǔn)確地找到受困者的位置。
一、煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)及其技術(shù)現(xiàn)狀
從當(dāng)前煤礦井下的情況來(lái)看，無(wú)線應(yīng)急通信技術(shù)多應(yīng)用在井下事故問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，為井下人員營(yíng)救準(zhǔn)備了條件。同時(shí)，該系統(tǒng)和技術(shù)與地面救援系統(tǒng)、指揮中心相連接，形成一個(gè)臨時(shí)性的無(wú)線通信路線和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)踐中為了能夠有效避免發(fā)生二次事故，一旦發(fā)生礦井事故，則供電系統(tǒng)就會(huì)完全切斷電力系統(tǒng)。在該種情況下，煤礦井下救援過(guò)程中，難以使用原井下通信系統(tǒng)保持聯(lián)絡(luò)。當(dāng)救援人員下井后獲得信息以后，難以給地面人員、指揮中心保持聯(lián)系。在該種情況下，地上救援時(shí)，工作人員難以獲得井下的現(xiàn)狀信息資料，或者不及時(shí)或者不準(zhǔn)確，不利于及時(shí)救援。井下救援過(guò)程中，無(wú)法有效了解相關(guān)信息，而且救援人員可能會(huì)置身于險(xiǎn)境。煤礦井下通信系統(tǒng)，關(guān)系著井上、井下人員的安全和聯(lián)系暢通行，保持井下應(yīng)急系統(tǒng)通信暢通，意義重大。實(shí)踐證明，切實(shí)可靠的應(yīng)急通信系統(tǒng)，能夠在救援過(guò)程中起到非常好的應(yīng)用效果，既可以提高救援效率，又可以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤礦井下作業(yè)實(shí)踐中，井下應(yīng)急通信以有線通信為主，雖然部分設(shè)備配備了先進(jìn)的井下無(wú)線通信裝置，但因系統(tǒng)不配套等而難以發(fā)揮其作用。對(duì)于傳統(tǒng)的煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)而言，其中有線通信主要采用的是調(diào)度電話及聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。從應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，該系統(tǒng)屬于無(wú)源傳輸，在發(fā)生井下事故以后，即便沒(méi)有電源供電，也可保持正常通信，而且通話質(zhì)量能夠有所保障。實(shí)踐中，因上述通信模式和手段實(shí)際布設(shè)成本較其他模式下的布設(shè)方案經(jīng)濟(jì)成本要高一些，加之井下環(huán)境特別的復(fù)雜，很難全面把握，而且容易出現(xiàn)變動(dòng)，所以所用的話機(jī)可能無(wú)法覆蓋整個(gè)巷道。一旦發(fā)生故障，則造成井下通信出現(xiàn)嚴(yán)重的中斷現(xiàn)象。有線通信系統(tǒng)作為一種礦井應(yīng)急通信系統(tǒng)，雖然可靠、靈活，但是存在著一些安全隱患問(wèn)題，難以有效滿足客觀需求。
隨著科技水平的不斷提高，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)逐步引入無(wú)線通信系統(tǒng)，雖然技術(shù)水平較之于以往有所提高，但是依然存在一些問(wèn)題或瑕疵。比如，通信過(guò)程中容量相對(duì)較小一些，而且部分區(qū)域的通信受限以及通信距離短和對(duì)基站具有較強(qiáng)的依賴性等，甚至無(wú)法支持煤礦井下救援任務(wù)。針對(duì)這些問(wèn)題，本文基于目前已有的、相對(duì)比較成熟的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)手段，將其引入到井下用于應(yīng)急救援通信，并重新設(shè)計(jì)了新的無(wú)線應(yīng)急通信體系，以此來(lái)有效滿足煤礦井下作業(yè)和應(yīng)急救援通信需求。
二、煤礦井下應(yīng)急無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)建策略
基于以上分析，筆者認(rèn)為在當(dāng)前煤礦井下作業(yè)和應(yīng)急救援通信系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面著手。
（一）煤礦井下應(yīng)急無(wú)線通信系統(tǒng)基本需求
對(duì)于煤礦井下應(yīng)急無(wú)線通信系統(tǒng)而言，其與地面系統(tǒng)之間存在著較大的差異，具體體現(xiàn)在如下方面：
1.通信環(huán)境復(fù)雜性
煤礦巷道多存在著一些轉(zhuǎn)角，這就導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)傳播受阻，會(huì)出現(xiàn)各種類型的信號(hào)強(qiáng)度影響因素，比如反射、多徑衰落以及折射等。
2.線行受限分析
井下巷道一般采用封閉式，在有限空間范圍內(nèi)，內(nèi)部分支、彎道和上下坡位置，會(huì)出現(xiàn)巷道內(nèi)景復(fù)雜多變等現(xiàn)象，如不及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)，則可能會(huì)形成非視距信號(hào)通信場(chǎng)景。
3.環(huán)境惡劣
當(dāng)發(fā)生煤礦井下事故時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生易爆、燃?xì)怏w，而且量比較大；同時(shí)，還可以出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，對(duì)巷道結(jié)構(gòu)造成破壞?；诖耍趹?yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)擴(kuò)展性以及魯棒性，以便于能夠有效適應(yīng)特殊的場(chǎng)景需求。
4.無(wú)電源供電
井下事故發(fā)生以后，就會(huì)將原供電系統(tǒng)切斷，整個(gè)系統(tǒng)中的所有需電設(shè)備均無(wú)法正常運(yùn)行，甚至可能會(huì)造成供電設(shè)備損壞。由此可見(jiàn)，在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)解決好自我安全供電問(wèn)題。煤礦井下應(yīng)急救援通信系統(tǒng)的使用環(huán)境、場(chǎng)景等都非常的特殊，要求系統(tǒng)質(zhì)量更高。根據(jù)實(shí)況，我們結(jié)合已掌握的情況，建立切實(shí)可靠的煤礦井下應(yīng)急救援通信系統(tǒng)，其必須滿足以下要求。
第一，系統(tǒng)載頻不宜過(guò)低。因煤礦井下信號(hào)通道所處的環(huán)境比較復(fù)雜和特殊，如果系統(tǒng)載頻過(guò)低，則收發(fā)信號(hào)過(guò)程中可能更加依賴于感應(yīng)線路來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸之目的。
第二，多跳結(jié)構(gòu)以及自組織。煤礦井下空間有較多的轉(zhuǎn)折，通信信號(hào)受阻概率也非常大，無(wú)線應(yīng)急救援通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有多跳結(jié)構(gòu)，基于中介轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)放大信號(hào)，以確保點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信良好性。在此過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)自組織性，以便于形成網(wǎng)絡(luò)，并與煤礦井下部署。
第三，體積小、能耗低。煤礦井下救援設(shè)備，應(yīng)當(dāng)在井下空間內(nèi)優(yōu)化布設(shè)，而且要嚴(yán)格控制體積，方便攜帶。整個(gè)通信系統(tǒng)的能耗不能太大，可自行解決安全供電問(wèn)題，確保能夠在井下持續(xù)供電。
（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)
基于上文對(duì)煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)需求分析，以下將對(duì)Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)上的應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
從整體架構(gòu)來(lái)看，該系統(tǒng)采用了分級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式，具體由MC以及MR組成。實(shí)踐中，如果出現(xiàn)了煤礦井事故或者人員受到了威脅，則救援人員只需攜帶MC和MR進(jìn)入受難井下巷道，即可展開(kāi)及時(shí)搜救工作。不同的MR之間連接以后，又形成了一個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，此時(shí)搜救人員可攜帶MC，只需與其中一個(gè)MR正常連接，即可與地面保持正常通信。對(duì)于不同的MC而言，彼此之間的相互通信可基于MR實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)之目的，由此便建立起一套比較完整的應(yīng)急通信系統(tǒng)。
（三）優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件
1.器件優(yōu)選
從功能層面來(lái)講，MR主要用于信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)及其放大等，對(duì)于硬件設(shè)備而言，其主要包括控制器、電源模塊、存儲(chǔ)器件以及無(wú)線通信模塊和外圍電路等。
第一，維控制器。維控制器對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)、性能等會(huì)產(chǎn)生較大的影響，基于對(duì)芯片性能可以有效滿足利用場(chǎng)景的考慮，具有一定的運(yùn)算、邏輯判斷等能力，確保外部接口更加的豐富，本文選用的是S3C2440A型芯片，令其作為MR之MCU，實(shí)際上是一種精簡(jiǎn)指令集處理設(shè)備，緩存16K、主頻400MHz，并且可實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
第二，無(wú)線模塊。對(duì)于無(wú)線模塊來(lái)講，其主要功能是數(shù)據(jù)信息接收以及發(fā)送，無(wú)線通信芯片采用nRF24L01，在ISM頻段集成的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議非常完整，而且速度能夠達(dá)到2Mbps，只需簡(jiǎn)單的進(jìn)行外圍電路布設(shè)即可利用。
2.硬件架構(gòu)
元器件選定以后，再優(yōu)化設(shè)計(jì)硬件整體架構(gòu)，對(duì)于MR整體架構(gòu)而言，模塊核心是MCU，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊、總線等進(jìn)行通信、傳輸命令和數(shù)據(jù)。較之于MR而言，MC架構(gòu)有相似之處，只是增加了一些語(yǔ)音通話功能，在整體架構(gòu)上二者均可利用。
3.接口電路
第一，對(duì)存儲(chǔ)單元接口進(jìn)行電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文所研究的通信系統(tǒng)存儲(chǔ)單元，主要利用了FLASH以及SDRAM存儲(chǔ)器。對(duì)于SDRAM而言，主要作為系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)用，其頻率與總線之間保持一致，能夠有效進(jìn)行快速擦寫。然而，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行刷新，以確保數(shù)據(jù)的客觀有效性。對(duì)于FLASH而言，其作為非易失性存儲(chǔ)設(shè)備，掉電以后數(shù)據(jù)信息也不丟失，而且能夠隨意擦寫，一般作為固態(tài)存儲(chǔ)裝置，可存儲(chǔ)代碼以及相關(guān)信息數(shù)據(jù)。
第二，優(yōu)化設(shè)計(jì)電源電路。該系統(tǒng)中的無(wú)線網(wǎng)卡需供電電源5V，存儲(chǔ)器電源3.3V，MCU電源需1.3V。實(shí)踐中，為了確保電壓的統(tǒng)一需求，供電采用5V電源，利用芯片對(duì)電壓處理以后，電壓3.3V。
結(jié)語(yǔ)
煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)得以廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。本文結(jié)合井下實(shí)際情況和需求，將無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)設(shè)備引入井下，并且設(shè)計(jì)了Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)上的井下應(yīng)急通信系統(tǒng)，其成本非常的低，而且部署也比較靈活，有利于提高煤礦井下應(yīng)急救援效率的提高。
摘 要：煤礦應(yīng)急管理與救援指揮管理系統(tǒng)是一套集指揮調(diào)度、災(zāi)害演示、預(yù)警預(yù)測(cè)、快速反應(yīng)、恢復(fù)重建、應(yīng)急保障和監(jiān)督管理于一體的應(yīng)急救援指揮平臺(tái)。同時(shí)，系統(tǒng)將信息管理與GIS平臺(tái)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了重大危險(xiǎn)源、重要工作地點(diǎn)的可視化監(jiān)測(cè)監(jiān)控。系統(tǒng)在信息管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、決策支持、協(xié)調(diào)指揮等方面為集團(tuán)公司提供了一套應(yīng)急管理與救援指揮整體解決方案。
關(guān)鍵詞：應(yīng)急管理 救援指揮 信息管理 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
1 開(kāi)發(fā)背景
近年來(lái)，我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展十分迅速，但煤礦安全問(wèn)題并沒(méi)有得到根本解決，重特大事故時(shí)有發(fā)生，煤礦安全生產(chǎn)事故造成大量人員死亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。傷亡事故的主要原因是缺少高效、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的應(yīng)急救援和救援指揮管理機(jī)制。在此背景下，為進(jìn)一步提高企業(yè)日常安全管理和應(yīng)急救援水平，特研發(fā)了該系統(tǒng)。
2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國(guó)家普遍重視信息管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、決策支持和協(xié)調(diào)指揮等應(yīng)急管理技術(shù)在煤礦應(yīng)急救援中的研究與應(yīng)用。美國(guó)在“9.11”事件以后，在全國(guó)范圍內(nèi)加快建立綜合性、一體化的突發(fā)公共事件處理方案，提供全國(guó)突發(fā)事件的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，并從2005年開(kāi)始要求各州、部族和地方政府都采用NIMS來(lái)處理突發(fā)事件。德國(guó)內(nèi)政部門在2001年著手建立了“危機(jī)預(yù)防信息系統(tǒng)”，構(gòu)造了一個(gè)聯(lián)邦和地方政府的事件響應(yīng)和公眾信息網(wǎng)絡(luò)，為突發(fā)公共事件的救援提供信息服務(wù)。英國(guó)RobshawL教授提出用信息技術(shù)來(lái)提高采掘工作面的活力能力。他利用信息技術(shù)建立一個(gè)煤礦信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)給企業(yè)經(jīng)理提供了關(guān)于煤礦采掘工作面性能的及時(shí)、準(zhǔn)確地信息。
2.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)現(xiàn)狀
北京大學(xué)毛善君教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的礦山地理信息系統(tǒng)平臺(tái)LongRuan GIS，已經(jīng)在我國(guó)大部分煤礦使用。LongRuan GIS作為完全從底層開(kāi)發(fā)的地理信息系統(tǒng)，引領(lǐng)了我國(guó)礦山地理信息系統(tǒng)發(fā)展方向[1]；重慶大學(xué)程平等研究設(shè)計(jì)了煤礦應(yīng)急救援指揮通信平臺(tái)[2]，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）劉金城設(shè)計(jì)了煤礦瓦斯爆炸事故應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)[3]，為我國(guó)煤礦的應(yīng)急救援管理工作做出了貢獻(xiàn)。
3 系統(tǒng)功能
（1）應(yīng)急救援管理系統(tǒng)可快速、準(zhǔn)確地為決策者提供救援預(yù)案，以輔助決策者對(duì)事故救援作出決策，為救援工作節(jié)省寶貴時(shí)間。
（2）應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)按照扁平化、準(zhǔn)確性、以人為本等五大原則，分為應(yīng)急值守、應(yīng)急救援和事故管理。應(yīng)急值守實(shí)現(xiàn)在三維模型上動(dòng)態(tài)監(jiān)控安全、人員定位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，及時(shí)報(bào)警，啟動(dòng)應(yīng)急救援程序。事故管理實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害事故的匯總管理。
（3）監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的檢測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示、在線查看和危險(xiǎn)指標(biāo)報(bào)警，為災(zāi)害預(yù)警提供決策依據(jù)。其人員定位功能更能在救援活動(dòng)中起到關(guān)鍵的作用。
（4）應(yīng)急救援保障系統(tǒng)可完成救援人員、物資的綜合管理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置、綜合利用、全面部署的戰(zhàn)略規(guī)劃。
4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)
（1）通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)急預(yù)案，迅速組織救援隊(duì)伍，利用一切可以利用的力量，在災(zāi)害事故發(fā)生后迅速控制其發(fā)展，并努力使災(zāi)害損失將至最低。
（2）通過(guò)研究煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦工作人員提供安全全方位服務(wù)，使煤礦能及時(shí)更新安全信息，降低安全管理成本，在發(fā)生事故時(shí)能及時(shí)作出反應(yīng)，并采取相關(guān)措施，提高事故的救援效率，有效減少事故損失。
（3）煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)借助GIS平臺(tái)，利用基于復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地質(zhì)模型建模技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工作環(huán)境的三維展示，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可直觀顯示井下實(shí)際條件，為決策者對(duì)事故救援作出決策提供依據(jù)。
（4）應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)建立煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)，可有效提高煤礦企業(yè)的信息獲取能力、快速反應(yīng)能力、組織協(xié)調(diào)能力、決策指揮能力、防災(zāi)減災(zāi)能力。
5 技術(shù)路線及研究方法
（1）整體技術(shù)實(shí)施路線包括：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)等階段。
（2）前端開(kāi)發(fā)工具用C#來(lái)實(shí)現(xiàn)，后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具使用SQL Sreverse2008來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的借口，使煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)具有異構(gòu)多源數(shù)據(jù)訪問(wèn)的能力。
（3）建立煤礦應(yīng)急救援指揮與管理信息平臺(tái)，把監(jiān)測(cè)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)與應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)煤礦救援的安全、快速、高效和有序，最大限度減少事故發(fā)生所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。
（4）根據(jù)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼并調(diào)試所有的功能模塊，并利用實(shí)際資料檢驗(yàn)程序的正確性與容錯(cuò)性。在調(diào)試程序過(guò)程中，與相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員密切配合，檢驗(yàn)功能模塊的實(shí)用性，并及時(shí)加以修改。
6 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
（1）建立了煤礦井下監(jiān)測(cè)專用軟件平臺(tái)，完成了煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)設(shè)備及其他軟件系統(tǒng)信息共享。
（2）基于Longruan 3DGIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了避災(zāi)路線的與救災(zāi)路線的可變化。
（3）系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急預(yù)案在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行拆分，實(shí)現(xiàn)了和應(yīng)急救援流程的無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急救援程序的可視化。
（4）把礦山應(yīng)急救援支護(hù)管理數(shù)字化，把大多數(shù)煤礦依托的紙質(zhì)預(yù)案和傳統(tǒng)通信手段提升到應(yīng)用信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了狂三應(yīng)急救援指揮的高效、科學(xué)和智能化管理。
（5）建立了基于GIS的三維可視化集成數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的顯示及三維可視化救援與值守。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，能在根據(jù)實(shí)際情況建立的巷道、硐室、工作面等三維模型上動(dòng)態(tài)地生成事故報(bào)告，并啟動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案，同時(shí)還可以根據(jù)災(zāi)害發(fā)生的類型，自動(dòng)生成最短的救災(zāi)路線，在三維模型上動(dòng)態(tài)地顯示，為救援工作提供建設(shè)性建議。
7 社會(huì)效益分析
礦山應(yīng)急救援指揮管理是礦山安全生產(chǎn)工作的重要組成部分，全面做好礦山安全生產(chǎn)應(yīng)急管理工作，盡可能避免和減少礦山事故造成的傷亡和損失，是堅(jiān)持“以人為本”、貫徹社會(huì)主義和諧社會(huì)的具體體現(xiàn)。是維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定人民群眾根本利益的需要，對(duì)預(yù)防和應(yīng)對(duì)礦山突發(fā)安全生產(chǎn)事件，減少礦山突發(fā)事件造成的損失，具有重要意義。同時(shí)本系統(tǒng)有助于煤礦的日常管理，提高決策者的決策能力，增強(qiáng)管理人員的安全知識(shí)，強(qiáng)化人員的安全生產(chǎn)意識(shí)，提高人員應(yīng)急反應(yīng)和逃生能力。煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠在煤礦應(yīng)急管理和應(yīng)急響應(yīng)能力方面提供一種新型的信息化、智能化平臺(tái)。
[摘 要]本文簡(jiǎn)述了姚橋煤礦井下應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、區(qū)域劃分、設(shè)點(diǎn)數(shù)量及救災(zāi)功能，詳細(xì)分析了系統(tǒng)具體技術(shù)要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，在實(shí)踐應(yīng)用中取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[關(guān)鍵詞]廣播系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原則；技術(shù)要求；系統(tǒng)功能
1.概況
姚橋煤礦井下應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱廣播系統(tǒng)）以井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，使用光纖或通信電纜連接主、副音箱等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播。該系統(tǒng)覆蓋區(qū)域總計(jì)安裝應(yīng)急數(shù)字廣播作業(yè)地點(diǎn)50處，主要分布在3個(gè)采煤工作面上、下兩巷，8個(gè)掘進(jìn)工作面，6個(gè)人行車場(chǎng)，大泵房，運(yùn)輸調(diào)度室，猴車上、下人位置，主要變電所及軌道甩道口處。該系統(tǒng)以各種應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，具有智能語(yǔ)音告警及應(yīng)急救援功能，日常在指定區(qū)域可以播放背景音樂(lè)、播放安全宣傳教育音頻。當(dāng)井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動(dòng)相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場(chǎng)人員撤離；可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語(yǔ)音材料，播放給指定區(qū)域，也可以地面調(diào)度室終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接喊話，直接指揮有關(guān)人員撤離。
2.設(shè)計(jì)原則
廣播系統(tǒng)的建設(shè)是煤礦信息化建設(shè)的重要設(shè)施，是煤炭安全生產(chǎn)管理體系的重要組成部分，必須從網(wǎng)絡(luò)信息體系建設(shè)的全局考慮，將系統(tǒng)建設(shè)成一個(gè)高起點(diǎn)，易于擴(kuò)充、升級(jí)、管理和使用的廣播通信系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)原則包括：
高可靠性：穩(wěn)定可靠運(yùn)行是礦用應(yīng)急通信保障系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵，保證在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用高可靠性的產(chǎn)品設(shè)備，充分考慮冗余、容錯(cuò)和備份能力，同時(shí)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)，最大限度地支持系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
安全性：煤炭系統(tǒng)作為國(guó)家的基礎(chǔ)能源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中必須考慮防止內(nèi)部及外部非法訪問(wèn)的措施，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全傳輸。因此需要制訂統(tǒng)一的系統(tǒng)安全策略，整體考慮系統(tǒng)平臺(tái)的安全性。
網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性：根據(jù)未來(lái)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和變化，網(wǎng)絡(luò)可以平滑地?cái)U(kuò)充和升級(jí)，最大程度地減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)整。
可實(shí)施性：本次工程將充分分析現(xiàn)有的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)及既有的調(diào)度通信系統(tǒng)環(huán)境，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)施性。
技術(shù)先進(jìn)性：在保證滿足基本業(yè)務(wù)應(yīng)用的同時(shí)，又要體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中要把先進(jìn)的技術(shù)與現(xiàn)有的成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來(lái)，充分考慮到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
高性能：骨干通信節(jié)點(diǎn)的性能是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中必須保障設(shè)備的高吞吐能力，保證各類型信息的高質(zhì)量傳輸，使系統(tǒng)成為煤炭安全生產(chǎn)管理的重要輔助設(shè)施。
經(jīng)濟(jì)性：在充分利用現(xiàn)有資源的情況下，最大限度地降低系統(tǒng)的總體投資，有計(jì)劃、有步驟地實(shí)施，在保證網(wǎng)絡(luò)整體性能的前提下，充分整合礦區(qū)現(xiàn)有的各類型通信廣播系統(tǒng)。
開(kāi)放性：相關(guān)產(chǎn)品的選擇要以先進(jìn)性和適用性為基礎(chǔ)。廣播系統(tǒng)采用通訊協(xié)議應(yīng)為國(guó)際通用協(xié)議，并免費(fèi)向用戶開(kāi)放通信協(xié)議，使該系統(tǒng)能與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)融合。系統(tǒng)具備二次開(kāi)發(fā)接口，滿足維護(hù)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的需求。
3. 廣播系統(tǒng)具體技術(shù)要求
3.1 廣播系統(tǒng)的總體技術(shù)要求
廣播系統(tǒng)以井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，上、下人行車場(chǎng)、各甩道口和無(wú)人值守猴車（處于靜止?fàn)顟B(tài)）等主要巷道可使用光纖或通信電纜連接主、副音箱等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播。系統(tǒng)應(yīng)滿足井下采掘工作面使用通信電纜通信的需要，且數(shù)據(jù)傳輸距離不小于2000米。系統(tǒng)建成后應(yīng)達(dá)到井下應(yīng)急廣播的需要，聲音清晰、無(wú)雜音、單個(gè)音箱聲音單方向覆蓋范圍不小于150米。
廣播系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙向通信功能，井下人員聽(tīng)到音箱聲音后可以通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與礦調(diào)度的信息傳遞。
采掘工作面應(yīng)滿足2種方式廣播：即可采用環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播，也可采用現(xiàn)有調(diào)度電話通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信或廣播。
3.2 廣播系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域要求
廣播系統(tǒng)總共設(shè)計(jì)安裝應(yīng)急數(shù)字廣播作業(yè)地點(diǎn)53處，主要分布在3個(gè)采煤工作面上、下兩巷，8個(gè)掘進(jìn)工作面，人行車場(chǎng)，猴車上、下人位置、避災(zāi)硐室，主要變電所及軌道甩道口處。
3.3 廣播系統(tǒng)的架構(gòu)要求
⑴. 廣播系統(tǒng)主要設(shè)備包括系統(tǒng)管理軟件及應(yīng)急廣播服務(wù)器、信號(hào)傳輸部分、礦用本安型音箱等。由地面和井下兩部分組成：地面部分由麥克風(fēng)、應(yīng)急廣播服務(wù)器、應(yīng)急廣播客戶端、中繼網(wǎng)關(guān)通信設(shè)備及相關(guān)附件組成。井下部分由礦用隔爆本安型主、副音箱、礦用隔爆兼本安型電源及相關(guān)附件組成。
⑵. 以井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為系統(tǒng)的傳輸通道，易于系統(tǒng)的建設(shè)。
3.4 廣播系統(tǒng)的管理軟件要求
廣播系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)向線路通話，播放音頻文件等功能，也可以接收井下線路的聲音并將通話聲音保存。同時(shí)可根據(jù)不同的需要設(shè)置權(quán)限部署在不同的服務(wù)器上。
整合現(xiàn)有的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，統(tǒng)一界面，統(tǒng)一管理。
調(diào)度室直接對(duì)擴(kuò)播、調(diào)度電話各點(diǎn)進(jìn)行緊急呼叫或廣播各分機(jī)點(diǎn)、在線狀態(tài)顯示。
一鍵通緊急廣播（通過(guò)設(shè)置好的語(yǔ)音報(bào)警源直接傳輸?shù)骄略捳疽繇懀?
豐富靈活的軟件接口，支持定制開(kāi)發(fā)。
支持軟件遠(yuǎn)程操作運(yùn)行環(huán)境：支持WINXP、WIN7、WIN 2003、 WIN 2008操作系統(tǒng)。
同時(shí)具有與人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)的相互聯(lián)動(dòng)的功能。
3.5 廣播系統(tǒng)的環(huán)境要求
⑴.安裝地點(diǎn)：大屯煤電姚橋煤礦
⑵.海拔高度：地面不大于1000m，井下不小于 -1000m。
⑶.安裝環(huán)境：煤炭礦山工業(yè)環(huán)境。
⑷.環(huán)境溫度：地面-18℃～45℃，井下2℃～40℃。
⑸.環(huán)境濕度：井底約95%，井口60%～85%。
⑹.耐震能力：按8度烈度設(shè)防。
⑺.運(yùn)行方式：24小時(shí)連續(xù)工作制。
3.6 廣播系統(tǒng)的主要材料設(shè)備如下表
4. 廣播系統(tǒng)的功能
4.1 支持雙重調(diào)度管理功能
通過(guò)廣播系統(tǒng)可組成全礦區(qū)廣播通信管理系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)現(xiàn)井下某個(gè)地點(diǎn)有異常情況，通過(guò)公司總調(diào)度室，即可實(shí)現(xiàn)各煤礦的調(diào)度通話，也可通過(guò)公司局域網(wǎng)訪問(wèn)應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)對(duì)煤礦井下某個(gè)工作面直接講話或播音，從而真正實(shí)現(xiàn)公司總調(diào)度室和礦調(diào)度室雙重調(diào)度管理功能。
4.2 設(shè)備狀態(tài)顯示及故障檢測(cè)功能
廣播系統(tǒng)設(shè)備都可顯示具體工作狀態(tài)，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。由于終端為網(wǎng)絡(luò)或通信設(shè)備，具備靈活的IP地址或電話號(hào)碼設(shè)置，因此通過(guò)管理軟件可以通過(guò)編程來(lái)控制設(shè)備的IP或電話號(hào)碼，以達(dá)到控制音箱及實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)的效果。
4.3 廣播系統(tǒng)呼叫功能
當(dāng)井上管理人員要通過(guò)廣播系統(tǒng)通知井下工作人員時(shí)，在調(diào)度室操作臺(tái)上輸入井下礦用隔爆兼本安型音箱的IP編碼或電話號(hào)碼，系統(tǒng)自動(dòng)接通井下礦用隔爆兼本安型音箱。
4.4 雙向通信功能
調(diào)度中心可以通過(guò)操作臺(tái)或訪問(wèn)應(yīng)急廣播服務(wù)器對(duì)井下音箱進(jìn)行講話，井下人員也可以通過(guò)井下設(shè)備終端與礦調(diào)度進(jìn)行對(duì)話。
4.5 廣播分區(qū)不受限制
根據(jù)礦區(qū)廣播系統(tǒng)需要，可以對(duì)礦區(qū)廣播進(jìn)行無(wú)限制分區(qū)，使得使用效率最大化。
4.6 音箱音量任意控制
根據(jù)井下區(qū)域不同，在調(diào)度室可以任意控制網(wǎng)絡(luò)音箱的音量大小。每個(gè)音箱具有單獨(dú)調(diào)節(jié)音量功能，并且可以任意選擇各個(gè)網(wǎng)絡(luò)音箱播放的不同背景音樂(lè)和宣傳語(yǔ)音廣播等內(nèi)容。
4.7 遠(yuǎn)程廣播系統(tǒng)管理
廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人職守，能夠通過(guò)廣播系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送語(yǔ)音對(duì)井下進(jìn)行應(yīng)急廣播。界面友好，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了可尋址到點(diǎn)控制。
5. 結(jié)語(yǔ)
姚橋煤礦廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人職守，能夠通過(guò)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送語(yǔ)音對(duì)井下進(jìn)行應(yīng)急廣播。界面清晰，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了尋址到點(diǎn)控制。通過(guò)本系統(tǒng)可組成全礦區(qū)廣播通信管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井下某個(gè)地點(diǎn)有異常情況，通過(guò)公司總調(diào)度室，即可實(shí)現(xiàn)各煤礦的調(diào)度通話，也可通過(guò)公司局域網(wǎng)訪問(wèn)應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)對(duì)煤礦井下某個(gè)工作面直接講話或播音，從而真正實(shí)現(xiàn)公司總調(diào)度室和礦調(diào)度室雙重調(diào)度管理功能。經(jīng)過(guò)姚橋煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
摘 要：隨著世界生產(chǎn)安全不斷重視，尤其是對(duì)生產(chǎn)一線的工作者生命安全的不斷重視并且國(guó)家安全生產(chǎn)政策的不斷提出，但事故發(fā)生不斷并且高頻，面對(duì)突然煤礦事故尤其是大型事故，怎樣有效的處理緊急問(wèn)題至關(guān)重要。本文主要建立煤礦事故應(yīng)急系統(tǒng)，通過(guò)各種軟件建立效果分析，并且構(gòu)建該系統(tǒng)框架圖，該系統(tǒng)的建立為煤礦事故救援提供了最優(yōu)處理方案。
關(guān)鍵詞：煤礦；事故；比較；系統(tǒng)
1 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的意義
加強(qiáng)對(duì)煤礦事故應(yīng)急救援工作的領(lǐng)導(dǎo)，保證事故應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)、搶救迅速有效，提高應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)速度、執(zhí)行效率以及執(zhí)行的準(zhǔn)確程度，提高管理的現(xiàn)代化、智能化、系統(tǒng)化水平，盡最大可能減少和降低事故發(fā)生時(shí)所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，建立一套煤礦事故應(yīng)急救援預(yù)案管理信息系統(tǒng)具有十分重要的意義。為了貫徹執(zhí)行國(guó)務(wù)院《關(guān)于加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作的決定》、《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》、《煤礦安全生產(chǎn)條例》等法律法規(guī)。一方面，自我國(guó)煤炭資源得到很好地發(fā)展，礦井年生產(chǎn)力的不斷提高，相應(yīng)人員的配備比以前更多，尤其在社會(huì)高速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的社會(huì)背景下，提高礦井各項(xiàng)工作效率也是至關(guān)重要；另一方面，在一旦發(fā)生重特大安全事故時(shí)，事故應(yīng)急信息系統(tǒng)能提供完善的應(yīng)急救援程序，促進(jìn)煤礦重特大事故的防范工作，提高煤礦有效應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的能力，能做到處變不驚加強(qiáng)各部門的聯(lián)動(dòng)與配合，充分調(diào)動(dòng)生產(chǎn)單位應(yīng)急救援的各種資源，臨危不懼，從而使救援工作有條不紊地開(kāi)展，損失降到最低。
2 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)存在的問(wèn)題
建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)，不但要投入大量的人力、物力和財(cái)力，還需要配備多學(xué)科人才，包括礦產(chǎn)資源學(xué)、采礦學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖土工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、材料學(xué)、工程力學(xué)、安全科學(xué)、計(jì)算機(jī)、流體力學(xué)、管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)等；另外，煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)是一門集采礦學(xué)與現(xiàn)代管理技術(shù)系統(tǒng)的交叉學(xué)科，需要大批的復(fù)合型人才，但是在煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，這樣的人才是很稀缺的，隨著國(guó)發(fā)〔2010〕30文件的，安全生產(chǎn)，但煤礦事故在我國(guó)高發(fā)，保護(hù)勞動(dòng)者生命安全很有必要建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)。
3 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的步驟
建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的主要功能是加強(qiáng)對(duì)煤礦事故救援的領(lǐng)導(dǎo)，保證事故應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)、搶救迅速有效，提高應(yīng)急啟動(dòng)速度、執(zhí)行效率以及執(zhí)行的準(zhǔn)確程度，提高管理的現(xiàn)代化、智能化、系統(tǒng)化水平，盡最大可能減少和降低事故發(fā)生時(shí)所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。
3.1 收集整理數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
在建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)之前，就要對(duì)該煤礦的人員信息（年齡、工作經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)變能力和專業(yè)研究深度等）、地理位置、交通要道、設(shè)備、本地管理協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)等信息的綜合評(píng)價(jià)和掌握。這些數(shù)據(jù)對(duì)后面本礦建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)有著很重要的意義。
實(shí)現(xiàn)組織、成員及其職責(zé)的管理，實(shí)現(xiàn)用戶管理，完善的用戶管理機(jī)制，可以對(duì)用戶設(shè)定密碼安全認(rèn)證與操作權(quán)限，擁有相關(guān)權(quán)限的人員才可以進(jìn)入系統(tǒng)，高級(jí)別的用戶可以搶奪低級(jí)別的用戶的控制權(quán)，確保控制唯一性；擁有權(quán)限的用戶可以方便地對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行查詢和修改，并進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作?？蛇M(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)整理、備份、恢復(fù)等功能。調(diào)查本礦所有機(jī)構(gòu)設(shè)置，對(duì)于管理職能重疊、人員配備不足、人員分管工作不明進(jìn)行整頓，綜合建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)。
3.2 建立數(shù)據(jù)庫(kù)、錄入數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇對(duì)煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的建立有很大的影響。現(xiàn)在一般可以應(yīng)用Excel、Access、Microsoft office Infopath、Visual Basic、Visual C++、Visual J++、Visual InterDev、Visual SourceSafe 、FoxPro等軟件開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，Excel、Access、Microsoft office Infopath 軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)前期工作量少，所建數(shù)據(jù)庫(kù)直觀明確，但是隨著數(shù)據(jù)的膨脹，后面查詢會(huì)帶來(lái)工作量增加?？紤]到軟件普遍、易操作、效率高、快速等特點(diǎn)，采用Visual FoxPro 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)整體性強(qiáng)、層次分明、較高的處理速度、利于后面的開(kāi)發(fā)。
該系統(tǒng)基礎(chǔ)信息管理模塊用于危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)、法律法規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)、典型事故案例數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)急救援器材設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)及其他應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)輸入、編輯和輸出。
數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)決定著該系統(tǒng)的性能的高低甚至成敗，所以在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，按照事故類型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，事故類型分為瓦斯、地質(zhì)水文、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出和通風(fēng)安全，分類的優(yōu)勢(shì)在于事故發(fā)生時(shí)，按照事故類型進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，找到處理事故的最佳人員配置和管理結(jié)果，把事故的生命和經(jīng)濟(jì)損失減到最低。
3.3 數(shù)據(jù)查詢及事故匯報(bào)子系統(tǒng)的嵌入
該數(shù)據(jù)庫(kù)主要是通過(guò)該礦的具體情況（地理位置、交通條件、本礦地質(zhì)條件等因素）建立的，通過(guò)礦上事故處理各領(lǐng)域?qū)＜揖C合考慮然后建立的事故應(yīng)急救援處理方案，在進(jìn)行事故類別查詢，得到最優(yōu)事故處理方案。例如，當(dāng)本礦出現(xiàn)水淹井事故，在該系統(tǒng)查詢欄里面輸入地質(zhì)水文，系統(tǒng)查詢處理水害事故的最優(yōu)方案，查詢結(jié)果里面出現(xiàn)處理水害專家，也及相應(yīng)的人員、設(shè)備配備，還有先前該類事故經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。同時(shí)還有出現(xiàn)事故匯報(bào)流程，做到事情緊急情況下，有條不紊的運(yùn)行。
4 結(jié)束語(yǔ)
煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)是隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)特別是對(duì)以人為本的理念深入人心，有關(guān)法律法規(guī)和經(jīng)濟(jì)體制的不斷健全的結(jié)果，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全生產(chǎn)的綜合項(xiàng)目的研究。同時(shí)這個(gè)也是一個(gè)不斷更新的動(dòng)態(tài)項(xiàng)目，將隨著新技術(shù)、新理念、新型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，為安全生產(chǎn)提供了一個(gè)嶄新的、高效的、更深層次的穩(wěn)定系統(tǒng)。但同時(shí)也要注意該系統(tǒng)為事故發(fā)生提供了很優(yōu)化的救援方案，與實(shí)際發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各塊能否真正得到順利，還要定期進(jìn)行實(shí)際演練，各單位達(dá)到最佳磨合狀況。
摘要：在煤礦災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中，根據(jù)地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于應(yīng)急救援中，可以極大地提高救援效率，最大限度的降低人員、財(cái)產(chǎn)的損失。
關(guān)鍵詞：煤礦災(zāi)害 應(yīng)急救援系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)
一、引言
隨著煤礦開(kāi)采深度的加深，地質(zhì)條件也將會(huì)愈加的復(fù)雜，各種事故會(huì)嚴(yán)重威脅著礦工的生命安全和煤炭生產(chǎn)的正常進(jìn)行。通過(guò)建立生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案，可以控制礦山發(fā)展并盡可能排除事故及礦井災(zāi)害，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)人員及場(chǎng)外人員的安全，將礦井災(zāi)害對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)造成的損失降低到最小程度。
地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺(jué)化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起，從而使大量抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動(dòng)、直觀和易于理解，提高工作效率和管理工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
二、地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
地理信息系統(tǒng)是以地理空間和動(dòng)態(tài)的地理信息為地理研究和地理決策服務(wù)的信息系統(tǒng)，已被廣泛用于資源管理、城市規(guī)劃、應(yīng)急救援等各個(gè)領(lǐng)域。地理信息系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)有：
1、標(biāo)準(zhǔn)的信息存儲(chǔ)、查詢功能。GIS可以將各種不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成利于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的內(nèi)部格式。GIS不但包括各種要素分布的空間位置，也包括其實(shí)體特征的屬性數(shù)據(jù)，同時(shí)還有明顯的時(shí)序特征，而且空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間是一種密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，空間信息和屬性信息形成一個(gè)有機(jī)的整體。通過(guò)檢索空間數(shù)據(jù)可查詢相應(yīng)屬性信息；通過(guò)檢索屬性數(shù)據(jù)也可以查詢相應(yīng)的空間信息。避免了圖形與相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)分離的現(xiàn)象，給企業(yè)資源的全面管理帶來(lái)了極大的方便。從圖形學(xué)的角度來(lái)看，GIS實(shí)質(zhì)上是一種便于計(jì)算機(jī)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字化地圖或圖紙，可以方便地對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、編輯、顯示、查詢、空間分析和輸出打印，也可以利用三維動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)各種要素實(shí)現(xiàn)仿真模擬，構(gòu)造一個(gè)符合實(shí)際的模擬空間，展現(xiàn)各種地物之間復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系。
2、便捷的的數(shù)據(jù)管理功能。一些數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)公司，如Oracle，Microsoft和SAS等，已擴(kuò)展了其產(chǎn)品容納空間數(shù)據(jù)管理功能。另一方面，許多GIS軟件也包含空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎數(shù)據(jù)模型，借助這一模型可將空間數(shù)據(jù)加入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中。這樣使得大規(guī)模的GIS系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)技術(shù)一體化成為可能，便于各種系統(tǒng)的集成和信息共享。
3、優(yōu)秀的空間分析功能?？臻g分析是地理信息系統(tǒng)最主要的特色。GIS系統(tǒng)可以利用其空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合高效的算法進(jìn)行空間分析。如對(duì)距離某一事故地點(diǎn)一定范圍內(nèi)各種空間要素的搜索，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為事故處理提供所需要的信息和應(yīng)急預(yù)案等。這種空間分析的功能是其他信息管理系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
三、煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)需求分析和開(kāi)發(fā)目標(biāo)，煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)應(yīng)主要包括以下幾個(gè)模塊：
1、信息管理模塊。該模塊主要由礦井相關(guān)的各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)和地物屬性分布組成。基礎(chǔ)信息包括礦井基本情況數(shù)據(jù)庫(kù)、井下主要設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)、安全設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)條件數(shù)據(jù)庫(kù)、主要災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及實(shí)時(shí)的采掘工作面分布等。它具有實(shí)時(shí)維護(hù)、更新和管理煤礦基礎(chǔ)信息所需的基本功能。？
2、應(yīng)急預(yù)案模塊。主要包括礦井災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急救援隊(duì)伍、救災(zāi)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、救災(zāi)專家數(shù)據(jù)庫(kù)以及國(guó)家級(jí)礦山救援基地分布等內(nèi)容。在礦井災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案中可以查詢到通用的應(yīng)急救援預(yù)案，如國(guó)家局制定的礦山重特大生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案，也可以查詢到針對(duì)本礦井實(shí)際的自行制定的應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容。它具有維護(hù)和管理整個(gè)礦井災(zāi)害應(yīng)急救援的基本功能。
3、災(zāi)害處理模塊。囊括了礦井災(zāi)害從預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)到控制處理的一般方法，主要包括礦井災(zāi)害預(yù)測(cè)方法、礦井災(zāi)害控制方法、礦井災(zāi)害處理方法。同時(shí)還提供了礦升災(zāi)害案例庫(kù)這一功能，方便查找相關(guān)的礦井災(zāi)害案例，以期達(dá)到學(xué)習(xí)借鑒的目的。
4、法律法規(guī)模塊。此模塊提供了礦井生產(chǎn)適用的各項(xiàng)法律法規(guī)和部門規(guī)章制度，包括國(guó)家級(jí)及省級(jí)煤礦安全規(guī)程。能夠按照目錄、索引和關(guān)鍵字進(jìn)行查詢、打印，同時(shí)預(yù)留了擴(kuò)展接口，用戶可以隨實(shí)際變化增減法律法規(guī)條文，有效地減少了檢索規(guī)章制度文件的時(shí)間，為領(lǐng)導(dǎo)者做出正確的決策提供法律依據(jù)。
四、煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
礦井災(zāi)害救援制約因素多、情況復(fù)雜多變，與其他行業(yè)的搶險(xiǎn)救災(zāi)工作相比，具備更強(qiáng)的技術(shù)性、時(shí)效性和更大的危險(xiǎn)性，要求反應(yīng)迅速、判斷準(zhǔn)確、應(yīng)變及時(shí)、措施有力，一旦事故發(fā)生，需要多支救援隊(duì)伍密切配合、集中指揮展開(kāi)救援工作。
建立礦井應(yīng)急救援系統(tǒng)的目的：一是發(fā)生事故后控制危險(xiǎn)源，避免事故擴(kuò)大，在可能的情況下予以消除；二是盡可能減少事故所造成的人員和財(cái)產(chǎn)損失。因此，礦井災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)不僅要包括危險(xiǎn)源空間布局、礦井環(huán)境狀況、關(guān)鍵設(shè)施狀況、應(yīng)急救援力量等實(shí)體空間，而且還應(yīng)涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的非實(shí)體因素，如人員分布、財(cái)產(chǎn)分布等。？礦井應(yīng)急救援作為一個(gè)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的過(guò)程，其復(fù)雜的災(zāi)害生成機(jī)制需要強(qiáng)有力的信息分析工具的支持。地理信息系統(tǒng)是解決這一問(wèn)題的有力工具。
本系統(tǒng)主要利用GIS開(kāi)發(fā)軟件，將煤礦生產(chǎn)工作范圍內(nèi)的電子地圖、屬性數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)成地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)此平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工作范圍內(nèi)井下巷道、采掘工作面和各種機(jī)械、安全設(shè)備數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)的全面整合，達(dá)到數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和資源共享。同時(shí)在此基礎(chǔ)上提供災(zāi)害預(yù)測(cè)、控制和應(yīng)對(duì)方案，提高管理工作的科學(xué)性、規(guī)范性，以及災(zāi)害處理工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。
五、結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井基本情況、主要災(zāi)害信息、危險(xiǎn)源分布及救災(zāi)力量等信息的查詢、圖形編輯、屬性更新，確定特定災(zāi)害的影響范圍，大致預(yù)測(cè)災(zāi)害損失。在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)與快速救援指揮中顯示最佳避災(zāi)路線，調(diào)度與管理抗災(zāi)力量，對(duì)應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行決策支持和數(shù)據(jù)更新，從而方便生產(chǎn)單位在災(zāi)害發(fā)生時(shí)及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，輔助領(lǐng)導(dǎo)全面掌握災(zāi)情并進(jìn)行救災(zāi)指揮決策，將災(zāi)害損失降到最低限度。
摘 要 由于科技的發(fā)展和國(guó)家的重視，煤礦事故的發(fā)生率在近幾年來(lái)已經(jīng)有所下降。然而由于煤礦工作的環(huán)境復(fù)雜，目前我國(guó)仍然無(wú)法避免煤礦事故的發(fā)生。所以，事故發(fā)生后的應(yīng)急通信保障和人員救助成了國(guó)家的關(guān)注重點(diǎn)。由于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)對(duì)于挽救曠工生命工作有著重要的影響，本文通過(guò)了解煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，提出了煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)未來(lái)的研究方向的同時(shí)，也對(duì)煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的未來(lái)應(yīng)用做出了概括。
關(guān)鍵詞 煤礦事故;煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng);研究
煤炭的開(kāi)采是我國(guó)重要能源的主要來(lái)源，但是煤礦事故的發(fā)生使得人民的生命財(cái)產(chǎn)受到了威脅。煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)為事故救援提供了有力的技術(shù)支持，也對(duì)安撫被困人員情緒起到了巨大的作用。然而該通信保障系統(tǒng)受困于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，仍然存在著諸多不足，給煤礦事故的救援帶來(lái)了一定困難。
1 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
當(dāng)一場(chǎng)煤礦事故發(fā)生后，井下通信的中斷會(huì)導(dǎo)致救援部隊(duì)無(wú)法確定井下情況，因此無(wú)法完成制定人員救援的措施，嚴(yán)重影響了救援時(shí)間。而目前的煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)為了適應(yīng)井下的復(fù)雜環(huán)境，存在著設(shè)備小、布設(shè)快速、可移動(dòng)、簡(jiǎn)單操作等優(yōu)點(diǎn)，使得井下的通信系統(tǒng)靈活性較高。
目前礦井的主要通信方式有中頻感應(yīng)通信、VHF泄漏通信、礦井蜂窩無(wú)線通信以及短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等。礦井應(yīng)急通信保障系統(tǒng)屬于有線和無(wú)線技術(shù)為一體的信息設(shè)備，需要建立有線、無(wú)線相結(jié)合的通信保障系統(tǒng)。目前我國(guó)煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的主要功能是：在事故發(fā)生后，通信設(shè)備可以保證井下人員與救援人員的聯(lián)絡(luò)，使得救援人員可以根據(jù)通信數(shù)據(jù)對(duì)受困人員進(jìn)行定位，采取相應(yīng)的救援措施。因此有線技術(shù)和無(wú)線技術(shù)的發(fā)展對(duì)于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的意義[1]。
2 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的存在問(wèn)題與研究方向
1）煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的存在問(wèn)題。
一方面就目前的煤礦應(yīng)急通信的幾種主要通信方式來(lái)說(shuō)，其中的中頻感應(yīng)通信利用專用的感應(yīng)線和無(wú)線電波傳輸信息，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。而VHF泄漏通信系統(tǒng)利用無(wú)線電輻射泄漏原理實(shí)現(xiàn)通信，但是有布線的局限性且費(fèi)用較高。礦井蜂窩式無(wú)線通信系統(tǒng)雖然在救援時(shí)較為可靠，但是其初期規(guī)劃較麻煩，并且設(shè)備較為昂貴。短距離無(wú)線通信系統(tǒng)是利用現(xiàn)在的WIFI網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信系統(tǒng)，支持多媒體的通信，且擁有成本較低、部署靈活等特點(diǎn)。但是由于目前該技術(shù)發(fā)展的較晚，所以還沒(méi)有被廣泛的應(yīng)用。另一方面，我國(guó)的煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的應(yīng)急求救信息處理的自動(dòng)化程度較低，求救信息的處理仍然以人對(duì)計(jì)算機(jī)的使用為主。即使安裝了應(yīng)急自動(dòng)化報(bào)警裝置，也由于信息系統(tǒng)的通信平臺(tái)功能缺乏而無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的共享，無(wú)法使應(yīng)急通信系統(tǒng)及時(shí)發(fā)揮其作用。再者，由于井下事故發(fā)生的比較突然，人員受困的地點(diǎn)往往有多處，在進(jìn)行一個(gè)地點(diǎn)人員救援時(shí)，如果不能及時(shí)同步的將救援消息傳達(dá)，可能導(dǎo)致其他地點(diǎn)的人員傷亡。但是由于目前的井下作業(yè)員的通信設(shè)備有限，通信同步的問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。最后，目前在事故發(fā)生后被困人員的數(shù)量統(tǒng)計(jì)仍然是以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的方法為主，根本無(wú)法讓全部礦工的安全得到保障。
2）煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向。
基于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，可以對(duì)煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向做一個(gè)大致的總結(jié)。一是大力發(fā)展煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)的有線無(wú)線技術(shù)，降低煤礦通信系統(tǒng)的建設(shè)成本，保證先進(jìn)技術(shù)在全國(guó)多處礦井的普及。二是建立多個(gè)煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)，防止某處煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)失靈的狀況發(fā)生。三是利用現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)立一個(gè)集求救、通信、指揮、調(diào)度為一體的信息系統(tǒng)，通過(guò)高度智能化的系統(tǒng)提高救援的效率。四是通過(guò)增設(shè)擴(kuò)音設(shè)備或增添多處的通訊線路和設(shè)備，保證礦下每處位置都能及時(shí)收聽(tīng)到救援的相關(guān)信息。五是完善煤礦應(yīng)急通信系統(tǒng)，增添礦下監(jiān)控的系統(tǒng)環(huán)節(jié)，可以實(shí)時(shí)的掌握井下人員的數(shù)量及分布等情況?？傊?，完善煤礦應(yīng)急通信系統(tǒng)，不斷的確立煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)新的研究方向，是保證我國(guó)人民生命財(cái)產(chǎn)安全任重而道遠(yuǎn)的的任務(wù)[2]。
3 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的未來(lái)應(yīng)用
隨著科技的發(fā)展，煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)也會(huì)越加完善，在煤礦事故的應(yīng)用上也會(huì)實(shí)現(xiàn)更多的功能。監(jiān)控系統(tǒng)的完善首先可以使煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)在事故發(fā)生前掌握礦下人員的位置信息及人數(shù)和活動(dòng)情況。而在礦難發(fā)生時(shí)高智能化的系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)求救信號(hào)的捕捉，及時(shí)做出應(yīng)急措施，通過(guò)廣播等通訊措施對(duì)礦下其他區(qū)域人員做出疏散警告，防止更多人員受困。同時(shí)高智能化的系統(tǒng)將求救信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享給救援部隊(duì)，并將之前掌握的人員數(shù)據(jù)提交給趕來(lái)救援的隊(duì)伍，便于救援部隊(duì)及時(shí)部署救援計(jì)劃。在救援部隊(duì)趕到后就可以利用煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的多途徑的通信設(shè)備聯(lián)絡(luò)到每一個(gè)井下的受困人員，掌握井下的基本情況。在執(zhí)行救援措施時(shí)又可以通過(guò)這些有線和無(wú)線的通信設(shè)備對(duì)其他等待救援的人員做出安排。如此，通過(guò)煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的不斷研究和完善，可以給煤礦救援提供更大的貢獻(xiàn)，完成煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的使命[3]。
4 結(jié)論
煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究是完善其應(yīng)用效果的重要方法。只有做好對(duì)煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)現(xiàn)狀的了解，掌握其存在的問(wèn)題，才能確定煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向，完成對(duì)其各方面的研究。總之，做好煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究，才能提高煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的應(yīng)用效果，為保障我國(guó)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全做出一份貢獻(xiàn)。
[摘 要] 煤礦井下救援工作因?yàn)槠涮厥獾男袠I(yè)特點(diǎn)和自身特色，目前已有的其他部門、行業(yè)、以及其他國(guó)家的救援系統(tǒng)無(wú)法直接應(yīng)用。本文根據(jù)對(duì)象分析法，
結(jié)合了GIS信息化技術(shù)對(duì)煤礦井下區(qū)域性救援進(jìn)行了分析，認(rèn)為分析井下區(qū)域性救援系統(tǒng)信息化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)煤礦井下GIS救援的表達(dá)，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，最后GIS救援系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，利用煤炭井下區(qū)域性救援及分布聯(lián)系建立了井下信息可視化系統(tǒng)。
[關(guān)鍵詞] GIS； 煤礦； 事故應(yīng)急救援； 信息管理系統(tǒng)
1 GIS技術(shù)應(yīng)用在煤礦領(lǐng)域的意義
隨著電子技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，軟/硬件開(kāi)發(fā)工具的不斷更新，GIS 技術(shù)獲得了飛速發(fā)展。從最早的單點(diǎn)定位和相對(duì)定位，發(fā)展到現(xiàn)在的差分定位和廣域差分定位；從原先的數(shù)據(jù)后處理到現(xiàn)在的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；從單 GIS 接收機(jī)時(shí)展到現(xiàn)在的多星座 GNSS 接收機(jī)時(shí)代。另外，GIS 技術(shù)在民用領(lǐng)域的發(fā)展更加快速，如汽車導(dǎo)航，大壩、橋梁、高層建筑變形救援，災(zāi)害救援及各種工程施工中的定位服務(wù)。如今，GIS產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為一項(xiàng)全球化、規(guī)模化和大眾化產(chǎn)業(yè)，因此，大力開(kāi)展對(duì) GIS 應(yīng)用技術(shù)的研究，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和軍事建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
從上世紀(jì) 90 年代 GIS 產(chǎn)品引進(jìn)我國(guó)后經(jīng)過(guò) 20 年的研究和發(fā)展，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從 2005 到 2010 年上半年就創(chuàng)造了超過(guò) 1000 億元的產(chǎn)值。近年來(lái)，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展受到我國(guó)高度的重視，在國(guó)家 “十二五”規(guī)劃中，衛(wèi)星導(dǎo)航被列入重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，國(guó)家將在政策、法規(guī)、資金上大力支撐發(fā)展有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，而這些政策上的優(yōu)勢(shì)將為衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造巨大的空間，也成為促進(jìn)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?
GIS 接收機(jī)是 GIS 系統(tǒng)的重要組成部分，是用戶實(shí)現(xiàn)定位、測(cè)速和授時(shí)功能的核心部分。GIS 信號(hào)救援作為接收機(jī)內(nèi)基帶信號(hào)處理的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是跟蹤、導(dǎo)航電文提取和定位解算等后續(xù)處理過(guò)程的基礎(chǔ)和前提。GIS 接收機(jī)的一些重要性能指標(biāo)與救援算法的性能有關(guān)，如 TTFF 和接收機(jī)的靈敏度。因此研究性能優(yōu)越的救援處理技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能 GIS 接收機(jī)具有十分重要的意義，本課題正是基于此展開(kāi)對(duì)煤礦區(qū)域 GIS 信號(hào)救援信息管理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與研究。
2 GIS技術(shù)在煤礦事故應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
在智能化救援模式下利用GIS救援系統(tǒng)技術(shù)和雙緩存技術(shù)可建立救援系統(tǒng)實(shí)用模型。
2.1 幾何數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)工作原理就是通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)入每個(gè)手機(jī)分配一個(gè)IP地址，并存儲(chǔ)在GIS中的數(shù)據(jù)，在管理軟件中自動(dòng)注冊(cè)到的無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)域。在GIS救援系統(tǒng)系統(tǒng)中的煤，不僅要生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的固有特性，分布的各種數(shù)據(jù)整理清楚之間的層次關(guān)系。因此，生產(chǎn)管理系統(tǒng)模型包括兩個(gè)屬性信息，還包括空間格局信息。根據(jù)前面的介紹我們知道，由于GIS救援系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)中各地物設(shè)備都是根據(jù)點(diǎn)、線、面的幾何集合構(gòu)成，對(duì)象較為復(fù)雜，因此有必要對(duì)復(fù)雜地物類的屬性特征和幾何特征作出詳細(xì)的分類與定義。通常我們都可以將具備集合特征的數(shù)據(jù)分類為層次數(shù)據(jù)與幾何數(shù)據(jù)。層次數(shù)據(jù)可以帶有屬性，是把各采集到的圖形按照各自的特征、需求歸類分層，最終得到的結(jié)果，同時(shí)也是屬性與圖形的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)。幾何數(shù)據(jù)則是對(duì)地物形狀大小、空間位置及其拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行描述表達(dá)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.2 屬性數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
GIS救援系統(tǒng)信息屬性同圖形信息關(guān)系極其密切。實(shí)體對(duì)象與圖層信息都擁有單向的屬性數(shù)據(jù)。這里首先介紹屬性數(shù)據(jù)與客觀數(shù)據(jù)間的聯(lián)系?；緦傩詳?shù)據(jù)一般可以分成公共屬性、獨(dú)享屬性、共名或共值屬性、可否傳播屬性、傳值屬性和傳名屬性，共計(jì)八種類型。本文簡(jiǎn)要概括了煤炭管理系統(tǒng)中屬性特征模型的邏輯結(jié)構(gòu)，因?yàn)楦鲾?shù)據(jù)間存在著各式各樣的映射關(guān)系，如需要提取某種設(shè)備狀態(tài)信息的時(shí)候，我們可以進(jìn)行分層查找，并根據(jù)確定的地理位置，最終獲得該的屬性信息與圖形信息，一舉找到和該相關(guān)的所有信息，很好地滿足了GIS救援系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)的快捷性和簡(jiǎn)便性。注冊(cè)后的手持機(jī)即可正常通話，并將其調(diào)制打包后通過(guò)礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)送到地面管理主機(jī)，呼叫目標(biāo)手持機(jī)接收信號(hào)后經(jīng)過(guò)振鈴提示并調(diào)制成語(yǔ)音給與持機(jī)者，完成一次多媒體通話。
2.3 系統(tǒng)交互組件設(shè)計(jì)
所謂的業(yè)務(wù)交互的組件，即能夠維護(hù)和更新信息查詢的功能組件，該組件可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)施，設(shè)備和管理的運(yùn)行時(shí)間，和其他類型的財(cái)產(chǎn)及時(shí)的警告信息，設(shè)備信息的變化可以更新和維護(hù)數(shù)據(jù)。相關(guān)參數(shù)，業(yè)務(wù)交互組件還具有一個(gè)設(shè)置管理系統(tǒng)GIS維護(hù)系統(tǒng)，權(quán)限管理和維護(hù)功能。緩存管理模塊可以用于存儲(chǔ)服務(wù)器訪問(wèn)的地理空間數(shù)據(jù)檢索，空間數(shù)據(jù)緩存在客戶端，消除和更新緩存數(shù)據(jù)。在使用矢量柵格混合地圖服務(wù)，空間數(shù)據(jù)環(huán)境的嚴(yán)格劃分，并實(shí)施管理層，并用矢量網(wǎng)格劃分方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)在系統(tǒng)端口緩存的關(guān)鍵作用。高速緩存管理模塊可以結(jié)合地圖顯示模塊，用戶操作人員應(yīng)在第一時(shí)間的要求，經(jīng)過(guò)篩選的幾何形狀，端口緩存的屬性數(shù)據(jù)，篩選有效的數(shù)據(jù)提供給管理員。
2.4 服務(wù)器端口設(shè)計(jì)
GIS技術(shù)下的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，不但和桌面應(yīng)用程序結(jié)合應(yīng)用功能特性極強(qiáng)，而且擁有易傳播、傳播范圍廣泛、交互性強(qiáng)且反應(yīng)敏捷等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)優(yōu)化了Web程序交互能力差的功能，通過(guò)信息索引客戶端，可以獲取地圖、報(bào)表、屬性等數(shù)據(jù)的相應(yīng)索引號(hào)，然后進(jìn)行請(qǐng)求、緩存操作等。比如在安全操作觸及到與原顯示區(qū)相關(guān)范圍內(nèi)時(shí)，緩存中已存數(shù)據(jù)即刻可以提取使用，使用同時(shí)還可以把下次要用的數(shù)據(jù)一并存儲(chǔ)。因此，我們可以有效地克服系統(tǒng)運(yùn)行的缺陷顯示速度太慢。在服務(wù)器端建立一個(gè)緩沖區(qū)，大的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，提高運(yùn)作效率，增強(qiáng)服務(wù)器GIS性能。
2.5 GIS應(yīng)急救援的構(gòu)成與優(yōu)化
在解決GIS問(wèn)題的過(guò)程中應(yīng)用GIS應(yīng)急救援技術(shù)的主要步驟包括：根據(jù)GIS的問(wèn)題組織學(xué)習(xí)樣本，根據(jù)樣本來(lái)構(gòu)造與訓(xùn)練GIS應(yīng)急救援，進(jìn)行GIS應(yīng)急救援測(cè)試。本節(jié)將使用上述算法的改進(jìn)，GIS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的煤礦救援的研究和分析。具有較大的離散性的樣本數(shù)據(jù)，并進(jìn)入了GIS的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也有較大的離散性?；诰W(wǎng)絡(luò)將函數(shù)作為傳遞函數(shù)，輸出范圍為0-1，歸一化的數(shù)據(jù)。通過(guò)仿真試驗(yàn)，運(yùn)用MATLAB軟件、GIS監(jiān)視器來(lái)確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)和獲得優(yōu)秀的GIS。設(shè)定允許誤差限度，用改進(jìn)型的GIS應(yīng)急救援算來(lái)研究三層GIS應(yīng)急救援結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)樣本的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)習(xí)速度的影響，最終達(dá)到優(yōu)化效果。在一些煤礦工程質(zhì)量觀中的不安全因素在中國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，是在通風(fēng)救援系統(tǒng)的遠(yuǎn)程檢測(cè)，很好的解決這些問(wèn)題，它不僅有很好的工程操作，校準(zhǔn)程序使用的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)采礦作業(yè)質(zhì)量指導(dǎo)；也可以事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，采取一系列預(yù)先采取措施，為施工安全管理提供信息，事故率降低到最低限度，確保煤礦安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
2.6 GIS應(yīng)急救援的診斷結(jié)果測(cè)試
建立良好的預(yù)測(cè)一直是GIS救援與數(shù)據(jù)的研究，以及是否與經(jīng)驗(yàn)值的協(xié)議；在采用一套新的數(shù)據(jù)測(cè)試，是否符合照顧的規(guī)范化；另一組樣本數(shù)據(jù)測(cè)試GIS救援，驗(yàn)證其有效性的奇怪的數(shù)據(jù)處理。如果診斷實(shí)驗(yàn)或輸出誤差很小，滿足規(guī)范的要求，然后顯示GIS顯示器可以正確的執(zhí)行，與實(shí)際的可用性。煤炭領(lǐng)域的人員和并發(fā)，結(jié)合相關(guān)的要求，提出了利用煤的綜合質(zhì)量作為衡量指標(biāo)，采用改進(jìn)算法訓(xùn)練GIS煤炭鐵路計(jì)算機(jī)救援系統(tǒng)進(jìn)行救援和基于綜合判斷仿真。
3 應(yīng)用效果
3.1 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線點(diǎn)的計(jì)算、繪圖、制表一體化
救援系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)在煤礦，除了三維形狀的模擬，它還可以根據(jù)救援?dāng)?shù)據(jù)，坐標(biāo)，導(dǎo)線點(diǎn)的高程和自主計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算快速準(zhǔn)確，并可直接對(duì)高自動(dòng)標(biāo)記的屋頂，并將標(biāo)記存儲(chǔ)在GIS中的數(shù)據(jù)，避免人體必需的轉(zhuǎn)錄錯(cuò)誤。最后結(jié)果表的輸出線，表格的格式規(guī)范，信息的完整性，并可以直接打印導(dǎo)線點(diǎn)的計(jì)算、繪圖、制表一體化。
3.2 實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)線救援的有效管理
分段地圖管理不僅簡(jiǎn)單快速，而且通過(guò)數(shù)據(jù)更新維護(hù)，形成線名稱檢索目錄和管理方法，煤礦綜合自動(dòng)化救援，大大提高了工作效率。
3.3 自動(dòng)救援
通過(guò)原始數(shù)據(jù)的輸入，可以有效地反映電力系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)，它模擬了煤礦救援系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程，在建模計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)和關(guān)系，并在基礎(chǔ)和方向的道路上標(biāo)記線，繪制簡(jiǎn)單的固定環(huán)境的輪廓，提高了煤礦綜合自動(dòng)化救援的工作效率。
3.4 可視化界面
系統(tǒng)的可視化界面，可操作性強(qiáng)，救援人員沒(méi)有特殊的學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，操作很簡(jiǎn)單。
4 結(jié)語(yǔ)
GIS技術(shù)作為一種煤礦事故應(yīng)急救援的新方法，以新的救援方式應(yīng)用在中國(guó)煤炭安全生產(chǎn)中，智能化救援應(yīng)用接口遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)服務(wù)技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻救援，救援對(duì)煤炭救援三維可視化的每個(gè)階段的實(shí)施，了解各個(gè)節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境救援中的相對(duì)位置和相互關(guān)系，它有利于我的中國(guó)煤炭行業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，也將為煤炭安全生產(chǎn)做一個(gè)很好的借鑒和指導(dǎo)意義。
【摘要】煤炭安全生產(chǎn)中，基于WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使其必備安全裝備，在一定程度上填補(bǔ)了我國(guó)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的空白?；赪IFI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將新技術(shù)提供給煤礦應(yīng)急救援工作，有助于災(zāi)后緊急救援工作順利進(jìn)行，對(duì)傷亡人員的減少具有重要意義?；赪IFI技術(shù)可靠而先進(jìn)，同時(shí)具備綜合性功能，具有鮮明特色，而且在煤礦市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)能力非常強(qiáng)。本文就對(duì)其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】WiFi技術(shù)；煤礦井下應(yīng)急救援；無(wú)線通信系統(tǒng)
一、引言
一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)煤礦井下應(yīng)急救援技術(shù)的發(fā)展速度非常快，一旦煤礦法發(fā)生意外事故，必須全部切斷井下煤礦電力供應(yīng)，無(wú)法正常使用煤礦個(gè)通訊設(shè)備，以對(duì)二次事故的發(fā)生進(jìn)行避免。此外，煤礦災(zāi)害區(qū)環(huán)境和條件具有一定的復(fù)雜性和惡劣性，因此也就導(dǎo)致在事故發(fā)生時(shí)，救護(hù)隊(duì)員不能技術(shù)和地面救災(zāi)指揮部、井下救護(hù)基地，取得及時(shí)有效的聯(lián)系，無(wú)法對(duì)煤礦事故現(xiàn)場(chǎng)情況有一個(gè)具體的了解，也就對(duì)救援指揮工作造成影響。
二、煤礦井下應(yīng)急救援災(zāi)害事故分析
在煤礦安全生產(chǎn)工作中，應(yīng)急救援煤礦災(zāi)害事故是其重要組成部分。在發(fā)生事故后，緊急救援就成為一項(xiàng)降低損失、減少事故傷亡人數(shù)的重要舉措。我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管局所提供的資料顯示，2010年山西王家?guī)X煤礦透水事故中，救援人員進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)10個(gè)小時(shí)的搶救，獲救100多名煤礦工作人員。2009年山西屯蘭煤礦瓦斯爆炸，因?yàn)閾尵燃皶r(shí)，所以多人獲救。我國(guó)煤礦安全監(jiān)察局在近些年將煤礦井下應(yīng)急救援提上關(guān)鍵議事日程，并先后建立了安全生產(chǎn)應(yīng)急救援辦公室、礦山救援指揮部、煤礦事故急救基地、煤礦醫(yī)療急救中心以及煤礦急救研究所等煤礦應(yīng)急救援與安全生產(chǎn)研究和執(zhí)行體系。
在發(fā)生煤礦災(zāi)害事故后，救援人員一定要深入井下，并且直面礦井中危險(xiǎn)環(huán)境，尤其是礦井中環(huán)境比較模糊的狀況下，這就更加劇了救護(hù)工作人員的工作，嚴(yán)重威脅著救護(hù)者的生命及安全。因此，為提高煤礦救護(hù)者生命安全性，避免發(fā)生救護(hù)工作者傷亡事故，在具體救護(hù)工作中，讓救護(hù)工作人員更加便捷的獲取煤礦災(zāi)害環(huán)境及其個(gè)體體征參數(shù)等非常有必要，能夠幫助救護(hù)隊(duì)員與地面指揮人員采取針對(duì)性救護(hù)措施，保證安全救援工作順利進(jìn)行。
總之，我國(guó)煤礦緊急救援工作依舊存在通信信息不暢及救援設(shè)備落后等問(wèn)題，無(wú)法與煤礦整體救援需要相適應(yīng)。現(xiàn)代化信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同樣是改善與加強(qiáng)煤礦安全的有效措施。因此，煤礦信息化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，煤礦應(yīng)急救援安全檢測(cè)與通訊指揮系統(tǒng)的研發(fā)刻不容緩。無(wú)線通信技術(shù)一方面直接關(guān)系著我國(guó)煤礦健康發(fā)展，另一方面也是我國(guó)和諧社會(huì)得以構(gòu)建的保障與前提。
三、WiFi技術(shù)下的煤礦井下應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
所謂WiFi，其實(shí)就是一種現(xiàn)代化短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以在一定范圍內(nèi)接入互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線電信號(hào)，也屬于一種無(wú)線相容認(rèn)證。WiFi其實(shí)是由WECA（無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟）宣傳的業(yè)界術(shù)語(yǔ)。在迅猛發(fā)展的無(wú)線通信技術(shù)中，尤其是相繼出現(xiàn)的IEEE802，11g，IEEE802.11A等標(biāo)準(zhǔn)，WiFi逐漸成為IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)稱謂。其應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)的主要組成部分，也就是其無(wú)線通信信道，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的WIFI鏈路中心節(jié)點(diǎn)FFD1，就可以把救援人員的控制命令進(jìn)行發(fā)送，直接發(fā)送到小車上的RFD采集終端。借助于WIFI技術(shù)的自組網(wǎng)功能，其新投放的節(jié)點(diǎn)會(huì)在其2個(gè)節(jié)點(diǎn)通信距離大于通信范圍之后，直接在WIFI網(wǎng)絡(luò)中加入，并成為其中間路由節(jié)點(diǎn)，通常對(duì)其通信鏈路產(chǎn)生延伸作用，對(duì)其正常運(yùn)行提供有效保證。之后會(huì)繼續(xù)將一些其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投放，在對(duì)其鏈路進(jìn)行建立過(guò)程中，其救援前端的各種參數(shù)也會(huì)通過(guò)采集終端進(jìn)行傳送，救援中心就可以依照這些參數(shù)，對(duì)其具體的救援工作進(jìn)行合理的安排。
（一）煤礦急救通信結(jié)構(gòu)
在煤礦井下發(fā)生災(zāi)害的時(shí)候，就需要立即將井下電力供應(yīng)全部切斷，其災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，所以，就結(jié)構(gòu)而言，救援通信系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括井下指揮中心、無(wú)線救援通信系統(tǒng)以及地面指揮中心3部分。具體救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，個(gè)人終端、井下指揮中心與中繼臺(tái)共同組成煤礦井下無(wú)線救援通信系統(tǒng)。就無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而言，煤礦急救通信結(jié)構(gòu)屬于無(wú)線與有線通信共同結(jié)合的緊急救援系統(tǒng)。因?yàn)槊旱V井下有著非常特殊的巷道結(jié)構(gòu)，在具有局限性空間中進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的傳輸，所傳輸?shù)木嚯x接近地面。所以在進(jìn)行個(gè)人終端設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)功放模塊的增加來(lái)加大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。此外，在井下指揮中心與個(gè)人終端間，依照現(xiàn)場(chǎng)需要，添置中繼臺(tái)。
（二）井下個(gè)人終端設(shè)計(jì)
在煤礦井下，語(yǔ)音模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、圖像采集模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、鍵盤輸入模塊、MCU處理模塊以及無(wú)線功放模塊等共同組成個(gè)人終端硬件。而且在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中圖像采集模塊、語(yǔ)音模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤輸入模塊等都部件都比較成熟，無(wú)需獨(dú)立性研究與開(kāi)發(fā)；我院已研發(fā)出環(huán)境參數(shù)采集模塊，而且在設(shè)計(jì)時(shí)，不必對(duì)MCU進(jìn)行單獨(dú)性使用。
WIFi模塊以串口方式對(duì)煤礦井下環(huán)境采集參數(shù)信息進(jìn)行讀取，采用G-SPI，即SPI方式與凸顯采集、語(yǔ)音模塊進(jìn)行通信。采用GPIO中的IO接口與液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊進(jìn)行連接，采用RX、TX管腳與無(wú)線功放模塊進(jìn)行連接。具體設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
（三）中繼臺(tái)設(shè)計(jì)
在井下指揮中心與個(gè)人終端之間進(jìn)行中繼通道的構(gòu)建是中繼臺(tái)的主要作用，使其通信距離得以延長(zhǎng)，中繼臺(tái)通過(guò)雙WIFI芯片，定向天線與雙功放方案，通過(guò)定向天線能夠使其通信距離得以延長(zhǎng)。具體中繼臺(tái)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。
（四）監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
煤礦井下所采用的傳感器，例如CH4、O2、溫度以及CO等，其目前所采用的全部都是頻率信號(hào)輸出，通常是在200～1000Hz，其系統(tǒng)均需要先把各種傳感器全部都接入到監(jiān)控分站，隨后通過(guò)監(jiān)控分站向地面中心站進(jìn)行傳送，其不但會(huì)對(duì)設(shè)備成本進(jìn)行增加，同時(shí)在其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，如果距離超過(guò)2KM，就會(huì)受到電磁干擾，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。所以說(shuō)在其傳感器之中加上WIFI模塊，將之中的數(shù)據(jù)在WIFI網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行接入，這樣其數(shù)據(jù)就可以采用WIFI的形式進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)也能夠通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行發(fā)送。
（五）移動(dòng)數(shù)字視頻設(shè)計(jì)
目前在煤礦井下其監(jiān)控系統(tǒng)即為在特定位置所安裝的攝像儀，那么針對(duì)這一情況，如果是采用WIFI方式則可以對(duì)其有效性進(jìn)行切實(shí)提高。比如說(shuō)膠帶巡檢攝像儀的應(yīng)用，就必須要借助于移動(dòng)視頻視頻進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其視頻圖像傳輸無(wú)線化對(duì)傳統(tǒng)同軸電纜、光纖圖像監(jiān)視受限制等等進(jìn)行了突破，其靈活性以及便利性更高。其中WIFI寬帶最高能夠達(dá)到300Mbit/s，其在高碼流、高寬帶以及高畫質(zhì)的音視頻中非常適用，同時(shí)還具有超強(qiáng)的抗干擾和抗衰落能力，其可以對(duì)視頻傳輸鏈路進(jìn)行有效滿足。
四、結(jié)語(yǔ)
在WIFI技術(shù)的煤礦井下應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)中，采用此設(shè)計(jì)方案，能夠保證通信距離在5KM。而且此系統(tǒng)在目前依舊處于安標(biāo)送審狀態(tài)?；赪IFI技術(shù)可用于各類型的煤礦井下災(zāi)害救援工作。研究與開(kāi)發(fā)煤礦安全監(jiān)控始終受到國(guó)家鼓勵(lì)與支持，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程中明確提出煤礦一定要有充足安全裝備。所以，基于WIFI技術(shù)必會(huì)得到政府的鼓勵(lì)與支持。
摘要：根據(jù)煤礦救災(zāi)應(yīng)急的實(shí)際需要，提出了一種新型井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、主要功能和軟硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)發(fā)送端與接收端兩個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，音頻播放流暢，能夠滿足礦井現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。
關(guān)鍵詞：煤礦；礦井安全；數(shù)字廣播系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)廣播；工業(yè)以太網(wǎng)
隨著能源需求的不斷增大，國(guó)家增加了煤炭的開(kāi)采量；與此同時(shí)，煤礦事故突發(fā)概率也隨之增加。煤礦井下多發(fā)水、火、瓦斯、沖擊地壓等突發(fā)事故，危害性大，易造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。其中， 一些煤礦的井下通信設(shè)備的不完善是影響事故營(yíng)救的主要因素。通常，當(dāng)井下發(fā)生重大事故時(shí)，需要相關(guān)人員進(jìn)行緊急撤離，顯然這時(shí)候需要在第一時(shí)間通報(bào)到井下全部人員；而現(xiàn)有的調(diào)度電話往往很難做到這一點(diǎn)，因而會(huì)造成部分需要撤離人員收不到應(yīng)急通知，延誤救災(zāi)脫險(xiǎn)的時(shí)機(jī)，或是因?yàn)榈貌坏秸_的撤離、避險(xiǎn)的指揮引導(dǎo)而發(fā)生意外。為確保礦井突發(fā)災(zāi)害情況下，井下人員在第一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)撤離，從而最大限度降低人員和財(cái)稅損失，研發(fā)一套適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)用、便捷的煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)成為了十分緊迫的任務(wù)。在本系統(tǒng)中，通過(guò)廣播發(fā)送端和接受端，利用井下工業(yè)以太網(wǎng)作為傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了井下語(yǔ)音廣播終端實(shí)現(xiàn)了雙工音頻服務(wù)；系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)IP 包的形式傳送音頻數(shù)據(jù)，可以較好地利用以太網(wǎng)解決語(yǔ)音信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸難題，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了廣播和雙向通話功能。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與目標(biāo)
由于煤礦井下環(huán)境潮濕，噪音較大；同時(shí)，區(qū)域分布廣，環(huán)境安全要求特殊，傳統(tǒng)的廣播技術(shù)難以滿足礦井要求。因此，煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急擴(kuò)播系統(tǒng)基于數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行構(gòu)建與設(shè)計(jì)[1-2]。數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，是基于 TCP/IP 協(xié)議的公共廣播系統(tǒng)，采用 IP 局域網(wǎng)或 Internet 廣域網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)好，可實(shí)現(xiàn)Internet傳輸；音質(zhì)好，系統(tǒng)支持音頻碼率8Kbps-320Kbps自適應(yīng)，支持全部MP3格式文件的播放；穩(wěn)定性好，系統(tǒng)支持TCP、IP、UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持組播接收音頻數(shù)據(jù)。
在數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)中，是將經(jīng)數(shù)字化的音頻信號(hào)，在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行壓縮、編碼、打包等處理。在本系統(tǒng)中，將模擬音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)采集、量化、編碼、壓縮后形成的MP3格式的數(shù)字音頻文件，以數(shù)據(jù)包形式按照自定義的MP3_Phone傳輸協(xié)議將音頻文件通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送到井下語(yǔ)音廣播終端，然后在廣播終端進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換成還原成音頻信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)喇叭工作。
本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)為：
1） 分區(qū)廣播：可以同時(shí)對(duì)單點(diǎn)、多點(diǎn)或全部區(qū)域進(jìn)行廣播。
2） 全體廣播：可以對(duì)所有終端進(jìn)行廣播。
3） 定時(shí)廣播：可以按作息時(shí)間定制廣播節(jié)目，定時(shí)播放。
4） 應(yīng)急廣播：拿起麥克風(fēng)即可廣播。
5） 宣傳廣播：可以播放背景音樂(lè)、領(lǐng)導(dǎo)講話、語(yǔ)音宣傳等。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)基于TCP/IP、UDP協(xié)議，通過(guò)礦井的工業(yè)以太網(wǎng)在井上和井下之間傳遞數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播功能。系統(tǒng)主要由IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)、井下廣播終端、井下廣播音箱、光纜、電纜等組成。煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。同時(shí)，系統(tǒng)嚴(yán)格按照國(guó)家煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的安全技術(shù)設(shè)計(jì)，完全符合井下使用的設(shè)備防爆本安安全要求。
該系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的主要組成部分如下：
1）IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)，是本系統(tǒng)的核心，包含工控主機(jī)、基于ARM架構(gòu)的語(yǔ)音采集終端、廣播話筒、警告接口等。在工控機(jī)上上，安裝自主開(kāi)發(fā)的服務(wù)器軟件，可以對(duì)各個(gè)廣播終端實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播、實(shí)時(shí)廣播、宣傳廣播、定時(shí)廣播、分區(qū)廣播、雙向?qū)χv等功能實(shí)施管理與控制。通過(guò)語(yǔ)音采集終端對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)將傳輸?shù)骄赂鲝V播終端的音頻流數(shù)據(jù)，按照自定義的MP3_Phone傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的打包處理。
2）井下廣播終端，主要包括礦用本安型廣播通信主機(jī)和礦用本安型廣播分站兩部分，此兩部分設(shè)備同樣基于ARM架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。礦用本安型廣播通信主機(jī)可安裝至井下工作面、大巷、迎頭等高危地區(qū)，對(duì)廣播控制工控機(jī)發(fā)送來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行解析處理、解碼并播放，并可對(duì)井下的異常情況進(jìn)行報(bào)警，還可通過(guò)廣播終端實(shí)現(xiàn)雙向?qū)χv功能，將該區(qū)域異常情況向控制室實(shí)現(xiàn)即時(shí)匯報(bào)。礦用本安型廣播分站可安裝至井下工作面、大巷等高危區(qū)域沿線，對(duì)廣播通信主機(jī)解析處理后的音頻信號(hào)進(jìn)行廣播，還可通過(guò)廣播分站進(jìn)行緊急呼叫，可實(shí)現(xiàn)和控制室的雙向?qū)χv功能，將該區(qū)域情況即時(shí)匯報(bào)。
3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)所組成，分別是廣播發(fā)送端子系統(tǒng)、以太網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)和廣播接收端子系統(tǒng)[3]。其中，以太網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)主要是指支持TCP/IP、UDP協(xié)議的礦井以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。在此，傳輸子系統(tǒng)不作為系統(tǒng)研究的重點(diǎn)，重點(diǎn)討論的是廣播發(fā)送端子系統(tǒng)和廣播接收端子系統(tǒng)兩方面。廣播發(fā)送端子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集、壓縮及實(shí)時(shí)發(fā)送，而廣播接收端子系統(tǒng)則主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的接收、解壓縮以及廣播。
3.1 廣播發(fā)送端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
廣播發(fā)送端子系統(tǒng)主要由IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)和ARM語(yǔ)音采集終端構(gòu)成，發(fā)送終端與接受終端的硬件與軟件結(jié)構(gòu)基本相似。其主要任務(wù)包括語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集與壓縮，以及以利用UDP協(xié)議組播方式發(fā)送經(jīng)壓縮的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音組播的功能，就必須使上述的3個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)此目的，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，需采用邊采集、邊壓縮、邊發(fā)送的并發(fā)執(zhí)行方式。具體而言，一邊通過(guò)ARM語(yǔ)音采集終端對(duì)下一個(gè)時(shí)間片的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成N + 1塊數(shù)據(jù)塊；同時(shí)，廣播控制工控機(jī)開(kāi)始對(duì)上一個(gè)時(shí)間片的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并把壓縮后的數(shù)據(jù)，所形成N塊數(shù)據(jù)塊，以組播方式發(fā)送至礦井工業(yè)以太網(wǎng)上。在此，將每一個(gè)時(shí)間片采樣的數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，則可以用圖2來(lái)描述發(fā)送端子系統(tǒng)的工作流程。
3.2 接收端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
接受端的硬件CPU采用LuminaryMicro公司Cortex-M3內(nèi)核的LM3S8962，內(nèi)部集成10/100M以太網(wǎng)接口和SD/MMC讀卡接口，語(yǔ)音的編碼與解碼芯片采用AMBE1000+CSP1027，MP3文件的解碼采用VS1003芯片，接受端的軟件架構(gòu)采用國(guó)內(nèi)RT-Thread開(kāi)源的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。與發(fā)送端子系統(tǒng)的工作任務(wù)相對(duì)應(yīng)，接收端子系統(tǒng)并發(fā)處理過(guò)程中的工作任務(wù)同樣包括3個(gè)任務(wù)，一是從以礦井太網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)，二是對(duì)接收得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮操作，最后是把已解壓縮后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。其工作流程如下所述，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包之后就拆包和解碼，然后播放聲音，從而形成一個(gè)完整的首尾相銜接流水式過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)處理，可解決系統(tǒng)傳輸?shù)拈g隙時(shí)間，避免播放過(guò)程中的卡音、停頓、卡死等現(xiàn)象的出現(xiàn)。接收端子系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。
3.3 MP3_Phone傳輸協(xié)議
在本系統(tǒng)中，通過(guò)Socket的數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的物理連接，基于UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Socket處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸層。Socket 傳輸具有以下的優(yōu)點(diǎn)： 傳輸數(shù)據(jù)為字節(jié)級(jí)，傳輸數(shù)據(jù)可自定義；傳輸數(shù)據(jù)時(shí)間短，性能高；適合于客戶端和服務(wù)器端之間的信息實(shí)時(shí)交互；可以加密，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?
為了合理、有序協(xié)調(diào)發(fā)送端和接收端的Socket傳輸，在系統(tǒng)中，自定義了MP3_Phone傳輸協(xié)議，用于傳送音頻數(shù)據(jù)塊。該傳輸協(xié)議的格式如表1所示，其中，數(shù)據(jù)塊第1至4個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)塊的幀頭校驗(yàn)位；音頻數(shù)據(jù)塊為傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)塊第8005和8806個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)塊的幀尾校驗(yàn)位。
4 結(jié)束語(yǔ)
煤礦井下語(yǔ)音應(yīng)急廣播系統(tǒng)利用井下工業(yè)以太網(wǎng)作為傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送端與井下廣播終端長(zhǎng)距離的雙工音頻服務(wù)和雙向通話功能。系統(tǒng)在突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，起到指引遇險(xiǎn)的井下人員及時(shí)撤離避險(xiǎn)的作用；同時(shí)，通過(guò)宣傳廣播、播放音樂(lè)的方式，在日常生產(chǎn)管理、舒緩井下人員情緒方面發(fā)揮了重要作用。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)、音頻播放流暢、安全穩(wěn)定性強(qiáng)。
