【安防知識網(wǎng)】本著專業(yè)理念出發(fā)，筆者從一開始就以探討煤礦安防應(yīng)用作為本期專題出發(fā)點(diǎn)。但在采訪過程中，愈發(fā)感受到 “煤礦安全”的重要性。其實(shí)“安防”為求“安全”，而對于煤礦這一保守且高封閉性的領(lǐng)域來說，“安防應(yīng)用”只有依附于“安全生產(chǎn)”方能實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值。

　　煤礦生產(chǎn)向來秉承八字原則：治理隱患，防范事故，為此不少廠家研發(fā)了眾多安全監(jiān)測系統(tǒng)和安防系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。其中，煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)對井下瓦斯含量、液壓、液位、電壓、電流、粉塵、水泵、通風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)控;而安防系統(tǒng)除了利用防爆攝像機(jī)來監(jiān)控井下巷道等生產(chǎn)情況外，更是將傳統(tǒng)的人員考勤系統(tǒng)升級為人員定位的管理系統(tǒng)，全面保障人員安全。

　　按理說，有了這么多安全監(jiān)測和安防系統(tǒng)“坐陣”，煤礦事故不應(yīng)再有機(jī)會“入侵”，開采人員的人身安全更該毫發(fā)無傷。然而，2010年9月22日凌晨2時(shí)許，作為中國的產(chǎn)煤大省山西古交市屯蘭煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，其中當(dāng)班入井436人，約77人遇難;2010年7月31日凌晨2時(shí)40分許，山西臨汾翼城縣的陽泉煤業(yè)集團(tuán)一整合煤礦發(fā)生爆炸事故，致17人死，104人傷;再往前一點(diǎn)，2009年11月21日2時(shí)30分左右，黑龍江省人民政府批準(zhǔn)的由鶴崗礦務(wù)局改制注冊的國有獨(dú)資企業(yè)，龍煤控股集團(tuán)鶴崗分公司新興煤礦發(fā)生爆炸事故，死亡人數(shù) 107人;其他大大小小的煤礦事故更是屢屢見報(bào)，爆炸的原因多屬未健全完善的通風(fēng)系統(tǒng)、可燃?xì)怏w、或未按時(shí)抽采檢驗(yàn)瓦斯?jié)舛龋瑢?dǎo)致瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)引發(fā)瓦斯爆炸等。誠然，管理失職不可推卸，而安全監(jiān)測和安防系統(tǒng)使用上的缺陷也不容忽視，天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司無人值守部經(jīng)理付月文表示：“頻發(fā)的大型惡性煤礦事故，大多因違規(guī)操作、違規(guī)生產(chǎn)導(dǎo)致瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，只有借助安防技術(shù)對煤礦生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)支撐，做到提前預(yù)防、及時(shí)處警、快速處理，才能真正減少甚至避免事故的發(fā)生?！?/p>

　　本期，我們暫且撇開管理上的漏洞，就系統(tǒng)技術(shù)面和應(yīng)用面來探討為應(yīng)對煤礦事故的頭號殺手 “瓦斯/可燃?xì)怏w爆炸”而研發(fā)的瓦斯/可燃?xì)怏w監(jiān)測系統(tǒng)，及為保障“人本安全”的人員定位系統(tǒng)，它們均是如何運(yùn)作的?技術(shù)和使用上還有何需待完善得地方?

　　安防護(hù)身符：人員定位系統(tǒng)

　　人員定位系統(tǒng)，是為人員安全所設(shè)置的管理系統(tǒng)。它集井下人員考勤、跟蹤定位、災(zāi)后急救、日常管理于一體，采用RFID遠(yuǎn)距離識別原理，將每個(gè)基站設(shè)置讀卡點(diǎn)，下井人員和班組實(shí)行“一人一卡”制，該卡可視為“上崗憑證”或“坑道準(zhǔn)入證”，更可視為下井人員的“護(hù)身符”。

　　晉城市久捷安防電子有限公司技術(shù)工程師陳瑞晨表示：“人員定位系統(tǒng)自2006年起開始應(yīng)用于煤礦，目前多數(shù)煤礦均有安裝?！泵旱V生產(chǎn)單位將所屬煤礦劃分為幾個(gè)區(qū)域，在井下坑道的每個(gè)區(qū)域中安裝一定數(shù)量的信號收發(fā)器，而后煤礦生產(chǎn)單位向有關(guān)人員頒發(fā)并裝備無線標(biāo)識卡，一般安裝在井下人員佩戴的安全帽內(nèi)，并將每個(gè)區(qū)域下井人員所對應(yīng)的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、本人照片等錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中， 然后管理部門對該卡進(jìn)行授權(quán)生效，授權(quán)范圍包括：該員工可以有資格進(jìn)入作業(yè)面的坑道，感應(yīng)器的時(shí)效、失效、掛失等，以防止無關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道;進(jìn)入坑道的人員必須佩戴裝有無線標(biāo)識卡的安全帽。當(dāng)此人經(jīng)過坑道的讀卡器時(shí)遠(yuǎn)距離讀卡，來識別和核對人員身份，集考勤與人員管理于一體。晉城久捷安防陳瑞晨表示：“一般20-50米左右就能遠(yuǎn)距離讀卡，后通過GPRS無線傳輸將此人通過的路段、時(shí)間等信息傳輸至分站，各分站再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸將該站點(diǎn)的所有信息傳輸至控制終端，統(tǒng)一管理?！比绻袘?yīng)的無線標(biāo)識卡號無效或進(jìn)入限制通道，系統(tǒng)將自動報(bào)警給安全監(jiān)控中心值班人員。

　　目前人員定位系統(tǒng)廠家眾多，如北京藍(lán)卡的KJ373型煤礦人員管理系統(tǒng)就是其中一例。其采用2.4G微波長距識別技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及防爆技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對入井人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測、跟蹤定位、軌跡查詢、考勤管理、報(bào)表查詢、緊急搜救等功能，及時(shí)掌握下井人員的準(zhǔn)確位置，為煤礦安全生產(chǎn)及緊急救援提供實(shí)時(shí)信息。

[nextpage]　　功能豐富受追捧

　　2010年9月，國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局在《關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知》中明確規(guī)定：2010年底前中央和國有重點(diǎn)煤礦企業(yè)的所有煤礦全部建設(shè)完善井下人員定位系統(tǒng);2011年底前所有煤礦全部安裝井下人員定位系統(tǒng)。那么如此受國家重視的人員定位系統(tǒng)在煤礦中究竟有何能耐?

　　先不妨聽聽天地偉業(yè)付月文對人員定位系統(tǒng)的作用評價(jià)：“以前人員下井只是在工作薄上做登記，或者打卡，發(fā)生事故根本無法預(yù)知其所在位置;而RFID人員定位系統(tǒng)通過對煤礦坑道遠(yuǎn)距離移動目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集，可實(shí)現(xiàn)對人、車在不同狀態(tài)(移動、靜止)下的自動識別，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理?！?/p>

　　具體總結(jié)，人員定位系統(tǒng)的核心功能略有以下幾點(diǎn)。

　　1、準(zhǔn)確完善的人員管理

　　· 可了解任一時(shí)間井下某個(gè)地點(diǎn)的人數(shù)和身份;

　　· 系統(tǒng)可隨時(shí)查詢一個(gè)或多個(gè)人員現(xiàn)在的井下實(shí)際位置;

　　· 記錄有關(guān)人員在任一地點(diǎn)的到/離時(shí)間和總工作時(shí)間等系列信息，可督促和落實(shí)重要巡查人員(如：瓦斯檢測人員)是否按時(shí)、到點(diǎn)的進(jìn)行實(shí)地查看，或進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故;

　　· 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)共享，可同時(shí)在不同地點(diǎn)查看各基站信息 。

　　2、豐富的地圖功能

　　具有放大、縮小、移動、標(biāo)尺測距、視野控制、中心移動、土層控制、地圖打印等功能。

　　3、禁區(qū)報(bào)警功能

　　對于指定的禁區(qū)，如果有人員進(jìn)入，實(shí)時(shí)聲音報(bào)警，并顯示進(jìn)入禁區(qū)的人員。

　　4、人員軌跡查詢

　　可查找某個(gè)人在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。

　　5、人員下井考勤能力

　　可對出/入井人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)下井人員考勤記錄，建立人員出入井的各種信息報(bào)表(如：下井時(shí)間報(bào)表、出勤月報(bào)表、加班報(bào)表、缺勤報(bào)表等)。

　　6、災(zāi)后急救信息

　　一旦發(fā)生各類事故，能立刻掌握出事故地點(diǎn)的人員數(shù)量、人員信息，人員位置等信息，大大提高搶險(xiǎn)效率和救護(hù)效果。

　　7、車輛及設(shè)備管理

　　車輛的出入統(tǒng)計(jì)、定位及其他重要設(shè)備的具體位置井下人員定位系統(tǒng)工程安裝情況。

　　據(jù)了解，人員定位系統(tǒng)的技術(shù)已近成熟，未來的發(fā)展只能將定位點(diǎn)做的更精細(xì)，晉城久捷安防陳瑞晨表示：“因煤礦下面的信號比較薄弱，人員定位系統(tǒng)的讀卡器安裝點(diǎn)一般多選在有信號覆蓋的區(qū)域，方可通過GPRS無線傳輸各點(diǎn)信息，這導(dǎo)致人員定位系統(tǒng)目前還不能實(shí)現(xiàn)手機(jī)定位，未來實(shí)現(xiàn)所有區(qū)域無線信號覆蓋，就能把人員定位做的有如GPS定位一樣，具體到某個(gè)人實(shí)時(shí)地點(diǎn)都能掌握的地步。”

[nextpage]　　安全進(jìn)行時(shí)：瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

　　上節(jié)提到2010年9月國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局下發(fā)的通知，其中還規(guī)定：2010年底前，全國所有煤礦建設(shè)完善礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對煤礦井下瓦斯、一氧化碳濃度等的動態(tài)監(jiān)控，為煤礦安全管理提供決策依據(jù)。確實(shí)，作為“煤礦頭號殺手”的瓦斯爆炸，如果在瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)前就能及時(shí)檢測到，并做好防患措施，那么就能真正將事故扼殺在萌芽時(shí)，而瓦斯/可燃?xì)怏w安全監(jiān)測系統(tǒng)就擔(dān)任著此重要角色。

表1 三種類型的瓦斯傳感器對比

　　瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)，采用瓦斯傳感器對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^1%的濃度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號，后端監(jiān)控中心人員可即刻采取應(yīng)對措施，如加大排風(fēng)量或暫停開采。該系統(tǒng)主要監(jiān)測的對象有：甲烷(瓦斯)CH4濃度、一氧化碳CO濃度，二氧化碳CO2濃度等。據(jù)天地偉付月文介紹，其中主要的檢測工作包含以下幾方面。

　　· 工作面監(jiān)測參數(shù)檢測：開停控制、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、溫度、粉塵濃度、風(fēng)速和風(fēng)門等;

　　· 通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)檢測：開停狀態(tài)、振動量、軸承溫度、電機(jī)電流、負(fù)壓等;

　　· 變電所電力參數(shù)檢測：功率、電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)與控制等;

　　· 皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)檢測：開?？刂?、煤位、煙霧濃度等;

　　· 泵房控制器檢測控制：水泵開?？刂啤⑺槐O(jiān)測等。

　　傳感器是主角

　　開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心高級工程師程玉祥表示：“瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的性能好壞主要取決于傳感器?！眰鞲衅髯鳛橥咚剐孤┑臋z出及濃度的測定，一般可分為接觸燃燒式、半導(dǎo)體式、熱傳導(dǎo)式熱阻體式三種(表1)。

　　1、接觸燃燒式瓦斯傳感器

　　催化燃燒式氣體傳感器利用其氧化燃燒特性，來檢測空氣中可燃?xì)夂?，即可燃性氣體(H2、CO、CH4等)與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)熱(無焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應(yīng)增大?？諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(yīng)(燃燒)產(chǎn)生的反應(yīng)熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)愈大，其電阻值增加的就越多。故只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(ΔR)，就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度。但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，其壽命較短，所以，實(shí)際應(yīng)用的檢測元件，都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。這樣既可以延長其使用壽命，又可以提高檢測元件的響應(yīng)速度。

　　2、 半導(dǎo)體式瓦斯傳感器

　　半導(dǎo)體瓦斯傳感器利用半導(dǎo)體表面吸著瓦斯時(shí)導(dǎo)電率會變化而做成，所采用的半導(dǎo)體材料多數(shù)是SnO2，ZnO，F(xiàn)e2O3 等。電導(dǎo)度隨著有無附著瓦斯而改變，如新鮮空氣通過檢測器時(shí)電流極穩(wěn)定，但是當(dāng)瓦斯氣體如甲烷、丙烷等接觸到檢測器表面時(shí)，由于瓦斯?jié)舛鹊纳?，檢測器阻抗立即降低，電流出現(xiàn)變化，故只要測定電流值，就可檢測瓦斯?jié)舛?。目前此傳感器較受歡迎。

　　3、 熱阻體瓦斯傳感器

　　利用熱阻體組件的熱傳導(dǎo)式瓦斯檢測方式是可靠度極高的瓦斯傳感器。熱阻體瓦斯檢測器有如下困難：必須將熱阻體組件的長期變化降到可忽視的程度，使得瓦斯檢知用組件和補(bǔ)償用組件的熱損失必須不影響其實(shí)用性;加上熱阻體式瓦斯檢知裝置在常溫常壓時(shí)，因水蒸氣的熱傳導(dǎo)率較高，所以此系統(tǒng)易受濕度的影響，雖然可檢知不燃性瓦斯，但卻不易測定熱傳導(dǎo)的瓦斯，故此類傳感器在煤礦中的應(yīng)用并不多。

[nextpage]　　安防+安全，聯(lián)盟是王道

　　嚴(yán)格來說，瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)并不屬于安防的“范疇”，但北京藍(lán)卡軟件技術(shù)有限公司總經(jīng)理莊明華表示：“單純撇開煤礦安全談煤礦安防是不正確的”。究其原因，開灤集團(tuán)程玉祥認(rèn)為：“煤礦安防必須聯(lián)手安全系統(tǒng)，才能真正讓事故防患和事后營救的工作處理的更妥當(dāng)?！?/p>

　　無獨(dú)有偶，近期國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局實(shí)施了“煤礦6大系統(tǒng)計(jì)劃”。決定2013年6月底前全國所有煤礦全部完成“六大系統(tǒng)”的建設(shè)工作，包括：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。此計(jì)劃也正式拉開了安防和安全聯(lián)盟的序幕。而為了協(xié)助這些系統(tǒng)，將其功能發(fā)揮到淋漓盡致，安防廠家也紛紛推出了一系列的解決方案。

　　如北京華緯訊推出了可視化指揮調(diào)度系統(tǒng)。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，政府領(lǐng)導(dǎo)和煤礦各級領(lǐng)導(dǎo)可在第一時(shí)間開啟指揮調(diào)度，將事故現(xiàn)場的圖像上傳到指揮中心，供領(lǐng)導(dǎo)快速決策，相關(guān)部門啟動應(yīng)急程序，協(xié)助現(xiàn)場人員撤離，并且啟動應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行搶救，防止和減輕人員傷亡，降低財(cái)產(chǎn)損失。

　　另外，北京中科啟信推出了Agilor分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)平臺，采用Web Service技術(shù)，從監(jiān)測前端環(huán)境和可燃?xì)怏w的工控機(jī)上采集所有數(shù)據(jù)，包括瓦斯安全檢測數(shù)據(jù)、人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)、溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等，然后將各個(gè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送到后端的管理平臺上，通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成動態(tài)報(bào)表，進(jìn)一步分析，達(dá)到事前告警，事后對歷史數(shù)據(jù)挖掘取證的功能。

　　選購和維修機(jī)制

　　選購一套好的系統(tǒng)，對煤礦事故預(yù)防和營救工作有著事半功倍的效果，就人員定位系統(tǒng)而言，北京藍(lán)卡莊明華表示：“人員定位系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性是首選原則，建議用戶在選擇該系統(tǒng)時(shí)盡量購買有‘煤安認(rèn)證'的產(chǎn)品?！币灾卤本┲锌茊⑿跑浖夹g(shù)有限公司系統(tǒng)架構(gòu)師連洪武同樣表示：“選擇通過‘煤安認(rèn)證'的產(chǎn)品可以說是對自己負(fù)責(zé)和生命負(fù)責(zé)?！?/p>

　　此外，有些煤礦還安裝了井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)。前端一般采用防爆(隔爆)攝像機(jī)監(jiān)控，既將可能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的部件全部密封在一個(gè)外殼內(nèi)，其外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙，滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞產(chǎn)品，并且不會引起外部有一種、多種氣體或蒸汽形成在爆炸性環(huán)境的點(diǎn)燃，保證可以清晰采集到井下視頻圖像的同時(shí)，不會因?yàn)樵O(shè)備本身的工作，引起爆炸事故，故防爆攝像機(jī)的選購也非常謹(jǐn)慎，天地偉業(yè)付月文表示：“防爆(隔爆)攝像機(jī)的選購，還是要看清須有“MA”(即煤安)標(biāo)志和產(chǎn)品合格證書?！?/p>

　　對于系統(tǒng)的維修機(jī)制，開灤集團(tuán)程玉祥表示：“多數(shù)煤礦公司有專門的技術(shù)隊(duì)伍，對煤礦設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行維修和定期巡檢，如果自身處理不了再找廠家維修?！倍鳛榕浜先藛T定位系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用的視頻會議系統(tǒng)廠商之一的北京華緯訊電信技術(shù)有限公司售前技術(shù)工程師閏之表示：“用戶在購買系統(tǒng)后，會派技術(shù)人員前往當(dāng)?shù)嘏嘤?xùn)，至少培養(yǎng)2名左右的高級技師，來專門維護(hù)該系統(tǒng)，另外，還采取雙機(jī)熱備的方案，如給系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備機(jī)，以防主機(jī)損壞時(shí)，備機(jī)繼續(xù)工作?！?/p>

　　結(jié)語

　　隨著煤礦六大系統(tǒng)的逐步安裝與完善，如何有效管理和運(yùn)作讓它們的功能發(fā)揮到極致是當(dāng)前亟需解決的問題之一，對此開灤集團(tuán)程玉祥認(rèn)為：“系統(tǒng)多了就會亂。如果將這些系統(tǒng)集成在一起，不僅便于管理，成本也會更低?！钡本┤A緯訊閏之提出了不同的看法：“多系統(tǒng)集成在一起固定好，可一旦發(fā)生事故，事故原因(到底是哪個(gè)系統(tǒng)出了錯(cuò))的查找會變得更困難。”筆者認(rèn)為，六大系統(tǒng)集成與否，并非一朝一夕能決定的，強(qiáng)化管理，各自取長補(bǔ)短，才是目前該做的第一步。

　　追溯源頭，所有的舉措無非是為了減少煤礦事故的發(fā)生幾率，維護(hù)工作人員的生命安全。在此次采訪中，所有廠家?guī)缀跻恢抡J(rèn)為：對于煤礦自身，未來可朝綜合自動化、信息化發(fā)展，進(jìn)行有人巡視，無人值守的開采工作。那么，待到煤礦各類系統(tǒng)健全，及自動化開采工作的全面實(shí)現(xiàn)，煤礦定將真正呈現(xiàn)“無人開采、安全工作”的新景象。