【安防知識網】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用作為本期專題出發(fā)點。但在采訪過程中，愈發(fā)感受到 “煤礦安全”的重要性。其實“安防”為求“安全”，而對于煤礦這一保守且高封閉性的領域來說，“安防應用”只有依附于“安全生產”方能實現(xiàn)最大價值。

　　煤礦生產向來秉承八字原則：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)來實現(xiàn)這一目標。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、通風機等關鍵設備進行全方位的監(jiān)控;而安防系統(tǒng)除了利用防爆攝像機來監(jiān)控井下巷道等生產情況外，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”，煤礦事故不應再有機會“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時許，作為中國的產煤大省山西古交市屯蘭煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，其中當班入井436人，約77人遇難;2010年7月31日凌晨2時40分許，山西臨汾翼城縣的陽泉煤業(yè)集團一整合煤礦發(fā)生爆炸事故，致17人死，104人傷;再往前一點，2009年11月21日2時30分左右，黑龍江省人民政府批準的由鶴崗礦務局改制注冊的國有獨資企業(yè)，龍煤控股集團鶴崗分公司新興煤礦發(fā)生爆炸事故，死亡人數 107人;其他大大小小的煤礦事故更是屢屢見報，爆炸的原因多屬未健全完善的通風系統(tǒng)、可燃氣體、或未按時抽采檢驗瓦斯?jié)舛?，導致瓦斯?jié)舛瘸瑯艘l(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)數碼科技有限公司無人值守部經理付月文表示：“頻發(fā)的大型惡性煤礦事故，大多因違規(guī)操作、違規(guī)生產導致瓦斯?jié)舛瘸瑯?，只有借助安防技術對煤礦生產進行技術支撐，做到提前預防、及時處警、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)技術面和應用面來探討為應對煤礦事故的頭號殺手 “瓦斯/可燃氣體爆炸”而研發(fā)的瓦斯/可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)，及為保障“人本安全”的人員定位系統(tǒng)，它們均是如何運作的?技術和使用上還有何需待完善得地方?

　　安防護身符：人員定位系統(tǒng)

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

　　晉城市久捷安防電子有限公司技術工程師陳瑞晨表示：“人員定位系統(tǒng)自2006年起開始應用于煤礦，目前多數煤礦均有安裝?！泵旱V生產單位將所屬煤礦劃分為幾個區(qū)域，在井下坑道的每個區(qū)域中安裝一定數量的信號收發(fā)器，而后煤礦生產單位向有關人員頒發(fā)并裝備無線標識卡，一般安裝在井下人員佩戴的安全帽內，并將每個區(qū)域下井人員所對應的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務、本人照片等錄入到系統(tǒng)數據庫中， 然后管理部門對該卡進行授權生效，授權范圍包括：該員工可以有資格進入作業(yè)面的坑道，感應器的時效、失效、掛失等，以防止無關人員和非法人員進入坑道;進入坑道的人員必須佩戴裝有無線標識卡的安全帽。當此人經過坑道的讀卡器時遠距離讀卡，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米左右就能遠距離讀卡，后通過GPRS無線傳輸將此人通過的路段、時間等信息傳輸至分站，各分站再通過網絡傳輸將該站點的所有信息傳輸至控制終端，統(tǒng)一管理?！比绻袘臒o線標識卡號無效或進入限制通道，系統(tǒng)將自動報警給安全監(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、計算機網絡通訊技術及防爆技術，可實現(xiàn)對入井人員的實時監(jiān)測、跟蹤定位、軌跡查詢、考勤管理、報表查詢、緊急搜救等功能，及時掌握下井人員的準確位置，為煤礦安全生產及緊急救援提供實時信息。

[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《關于建設完善煤礦井下安全避險“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煤礦企業(yè)的所有煤礦全部建設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：“以前人員下井只是在工作薄上做登記，或者打卡，發(fā)生事故根本無法預知其所在位置;而RFID人員定位系統(tǒng)通過對煤礦坑道遠距離移動目標進行非接觸式信息采集，可實現(xiàn)對人、車在不同狀態(tài)(移動、靜止)下的自動識別，實現(xiàn)目標的自動化管理?！?/p>

　　具體總結，人員定位系統(tǒng)的核心功能略有以下幾點。

　　1、準確完善的人員管理

　　· 可了解任一時間井下某個地點的人數和身份;

　　· 系統(tǒng)可隨時查詢一個或多個人員現(xiàn)在的井下實際位置;

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

　　· 實現(xiàn)多點共享，可同時在不同地點查看各基站信息 。

　　2、豐富的地圖功能

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

　　3、禁區(qū)報警功能

　　對于指定的禁區(qū)，如果有人員進入，實時聲音報警，并顯示進入禁區(qū)的人員。

　　4、人員軌跡查詢

　　可查找某個人在某個時間段內所經歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。

　　5、人員下井考勤能力

　　可對出/入井人員進行統(tǒng)計，實現(xiàn)下井人員考勤記錄，建立人員出入井的各種信息報表(如：下井時間報表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等)。

　　6、災后急救信息

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

　　7、車輛及設備管理

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

　　據了解，人員定位系統(tǒng)的技術已近成熟，未來的發(fā)展只能將定位點做的更精細，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無線傳輸各點信息，這導致人員定位系統(tǒng)目前還不能實現(xiàn)手機定位，未來實現(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，具體到某個人實時地點都能掌握的地步?！?/p>

[nextpage]　　安全進行時：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，全國所有煤礦建設完善礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(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。確實，作為“煤礦頭號殺手”的瓦斯爆炸，如果在瓦斯?jié)舛瘸瑯饲熬湍芗皶r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，而瓦斯/可燃氣體安全監(jiān)測系統(tǒng)就擔任著此重要角色。

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行監(jiān)測，當瓦斯?jié)舛瘸^1%的濃度時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，后端監(jiān)控中心人員可即刻采取應對措施，如加大排風量或暫停開采。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)測參數檢測：開?？刂?、瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛?、溫度、粉塵濃度、風速和風門等;

　　· 通風機、壓縮機運行狀態(tài)參數檢測：開停狀態(tài)、振動量、軸承溫度、電機電流、負壓等;

　　· 變電所電力參數檢測：功率、電壓、電流、開關狀態(tài)與控制等;

　　· 皮帶機運行狀態(tài)參數檢測：開停控制、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)有限責任公司技術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、半導體式、熱傳導式熱阻體式三種(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，來檢測空氣中可燃氣含量，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，產生反應熱(無焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應增大。空氣中可燃性氣體濃度愈大，氧化反應(燃燒)產生的反應熱量(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，實際應用的檢測元件，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速度。

　　2、 半導體式瓦斯傳感器

　　半導體瓦斯傳感器利用半導體表面吸著瓦斯時導電率會變化而做成，所采用的半導體材料多數是SnO2，ZnO，F(xiàn)e2O3 等。電導度隨著有無附著瓦斯而改變，如新鮮空氣通過檢測器時電流極穩(wěn)定，但是當瓦斯氣體如甲烷、丙烷等接觸到檢測器表面時，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償用組件的熱損失必須不影響其實用性;加上熱阻體式瓦斯檢知裝置在常溫常壓時，因水蒸氣的熱傳導率較高，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的瓦斯，故此類傳感器在煤礦中的應用并不多。

[nextpage]　　安防+安全，聯(lián)盟是王道

　　嚴格來說，瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)并不屬于安防的“范疇”，但北京藍卡軟件技術有限公司總經理莊明華表示：“單純撇開煤礦安全談煤礦安防是不正確的”。究其原因，開灤集團程玉祥認為：“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?！?/p>

　　無獨有偶，近期國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局實施了“煤礦6大系統(tǒng)計劃”。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)、緊急避險系統(tǒng)、壓風自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡系統(tǒng)。此計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度系統(tǒng)。當事故發(fā)生時，政府領導和煤礦各級領導可在第一時間開啟指揮調度，將事故現(xiàn)場的圖像上傳到指揮中心，供領導快速決策，相關部門啟動應急程序，協(xié)助現(xiàn)場人員撤離，并且啟動應急預案進行搶救，防止和減輕人員傷亡，降低財產損失。

　　另外，北京中科啟信推出了Agilor分布式實時數據庫的數據平臺，采用Web Service技術，從監(jiān)測前端環(huán)境和可燃氣體的工控機上采集所有數據，包括瓦斯安全檢測數據、人員定位系統(tǒng)數據、溫濕度實時數據等，然后將各個點采集的數據統(tǒng)一發(fā)送到后端的管理平臺上，通過對實時數據生成動態(tài)報表，進一步分析，達到事前告警，事后對歷史數據挖掘取證的功能。

　　選購和維修機制

　　選購一套好的系統(tǒng)，對煤礦事故預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)時盡量購買有‘煤安認證'的產品?！币灾卤本┲锌茊⑿跑浖夹g有限公司系統(tǒng)架構師連洪武同樣表示：“選擇通過‘煤安認證'的產品可以說是對自己負責和生命負責?！?/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)攝像機監(jiān)控，既將可能點燃爆炸性氣體混合物的部件全部密封在一個外殼內，其外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結構間隙，滲透到外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞產品，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)境的點燃，保證可以清晰采集到井下視頻圖像的同時，不會因為設備本身的工作，引起爆炸事故，故防爆攝像機的選購也非常謹慎，天地偉業(yè)付月文表示：“防爆(隔爆)攝像機的選購，還是要看清須有“MA”(即煤安)標志和產品合格證書?！?/p>

　　對于系統(tǒng)的維修機制，開灤集團程玉祥表示：“多數煤礦公司有專門的技術隊伍，對煤礦設備和系統(tǒng)進行維修和定期巡檢，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有限公司售前技術工程師閏之表示：“用戶在購買系統(tǒng)后，會派技術人員前往當地培訓，至少培養(yǎng)2名左右的高級技師，來專門維護該系統(tǒng)，另外，還采取雙機熱備的方案，如給系統(tǒng)主機設備機，以防主機損壞時，備機繼續(xù)工作?！?/p>

　　結語

　　隨著煤礦六大系統(tǒng)的逐步安裝與完善，如何有效管理和運作讓它們的功能發(fā)揮到極致是當前亟需解決的問題之一，對此開灤集團程玉祥認為：“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。”但北京華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(到底是哪個系統(tǒng)出了錯)的查找會變得更困難?！惫P者認為，六大系統(tǒng)集成與否，并非一朝一夕能決定的，強化管理，各自取長補短，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為：對于煤礦自身，未來可朝綜合自動化、信息化發(fā)展，進行有人巡視，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現(xiàn)，煤礦定將真正呈現(xiàn)“無人開采、安全工作”的新景象。