樊鐵山 胡殿科

煤礦發(fā)生爆炸事故，影響惡劣，危害極大，造成的后果是毀滅性的。爆炸事故導(dǎo)致絕大部分人員傷亡的原因不是爆炸本身而是爆炸產(chǎn)生的大量有毒有害氣體引起的中毒或窒息，因此黃金救援時間內(nèi)及時救援對于減少爆炸事故中大面積人員傷亡是非常重要的。利用先進的技術(shù)手段進行爆炸事故監(jiān)測和信息傳送是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。無處不在的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是解決目前技術(shù)難點的首選。

多年來，爆炸沖擊氣壓傳感器接入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究持續(xù)進行，而且已經(jīng)取得突破性成果，為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

技術(shù)介紹

在煤礦發(fā)生爆炸事故后，現(xiàn)在報告事故的主要方式是電話逐級上報。由于煤礦爆炸事故往往事發(fā)突然，電話逐級報告，存在逐級核實，往往不能按規(guī)定的每級兩小時內(nèi)完成事故報送。原國家安全監(jiān)管總局、各省市頻頻曝光爆炸事故遲報以及因此被追責(zé)的新聞，在技術(shù)層面究其原因，很大程度是通過電話逐級上報事故信息的技術(shù)缺陷造成的。爆炸沖擊氣壓傳感器接入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，是把安裝在通風(fēng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的爆炸沖擊氣壓傳感器精確測量到的爆炸信息，利用先進的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進行傳輸，達到及時報告的目的。其優(yōu)點是測得的爆炸信息準(zhǔn)確，傳輸報告速度快。

取得成果

2009年1月20日，名稱為“接入爆炸沖擊氣壓防爆傳感器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”的技術(shù)申請了實用新型專利，2010年4月7日獲得專利權(quán)。同日同名稱的技術(shù)申請了發(fā)明專利，2011年7月6日獲得專利權(quán)。

采用的技術(shù)方案是：將爆炸沖擊氣壓防爆傳感器設(shè)置在煤礦井下采掘工作面、主要巷道和主要硐室內(nèi)，用專用通信電纜與現(xiàn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控分站直接相連（圖1）。利用現(xiàn)有先進的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)爆炸信息的實時傳輸，為應(yīng)急救援工作及時開展提供了技術(shù)支撐。在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，煤礦井下發(fā)生爆炸事故的破壞性是巨大的，爆炸事故發(fā)生的時候往往會將煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器、監(jiān)控分站及傳輸線路破壞，事故本身的破壞屬性可能影響上述方案的具體實施。改進方法有兩種：一種是開發(fā)具有抗破壞性能的傳感器、監(jiān)控分站及傳輸線路。其成本較大，但監(jiān)測所獲得的爆炸信息精確度較高。另一種是研究新的方案。由于煤礦井下畢竟是一個封閉的環(huán)境，可以將監(jiān)測爆炸沖擊氣壓的傳感器設(shè)置在不受爆炸破壞的地點，即在風(fēng)井井筒之外，通過管路將爆炸沖擊氣壓的信息引導(dǎo)出來進行測量，該方法雖然犧牲了其監(jiān)測的精度，但會大大降低項目成本。

圖1 接入爆炸沖擊氣壓防爆傳感器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)

2013年5月11日，名稱分別為“一種基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”“一種基于光電傳輸?shù)拿旱V回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”“一種基于中繼器的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”的三種技術(shù)申請了實用新型專利，先后分別獲得專利權(quán)。同日同名稱的“一種基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”技術(shù)申請了發(fā)明專利，2015年11月25日獲得專利權(quán)。

“一種基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”采用的技術(shù)方案是：在煤礦回風(fēng)井井筒1的井壁上預(yù)埋一根鋼管2，該鋼管2的一頭和回風(fēng)井井筒1內(nèi)的空氣相通，該鋼管2的另一頭和高氣壓傳感器3連通并密封；高氣壓傳感器信號線4和監(jiān)控分站5相連；監(jiān)控分站5和數(shù)據(jù)傳輸接口6相連；數(shù)據(jù)傳輸接口6通過傳輸線路7和監(jiān)控主機8相連；監(jiān)控主機8對高氣壓傳感器3傳輸來的井筒內(nèi)氣壓值信號進行實時監(jiān)測并記錄，并在瞬間壓力超過1atm的時候記錄瞬間壓力峰值并報警（圖2）。

創(chuàng)新點：為防止監(jiān)控分站、傳輸線路受爆炸本身影響，將井筒內(nèi)的爆炸沖擊氣壓用耐壓鋼管從井筒中引導(dǎo)出來再連接沖擊氣壓傳感器，保證沖擊氣壓信號正常監(jiān)測和傳輸。利用現(xiàn)有先進的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)爆炸信息的實時傳輸，為應(yīng)急救援工作及時開展提供了技術(shù)支撐。

圖2 基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)

政策依據(jù)

2012年10月23日，“接入爆炸沖擊氣壓防爆傳感器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”的技術(shù)項目被原國家安全監(jiān)管總局以安監(jiān)總廳科技〔2012〕148號文列為2012年安全生產(chǎn)重大事故關(guān)鍵技術(shù)研究項目。

2016年12月29日，國家煤礦安全監(jiān)察局下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5 號，以下簡稱《方案》）?！斗桨浮返哪康氖菫樘岣呙旱V安全監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護性，增強煤礦安全保障能力。

可行性分析

爆炸沖擊氣壓傳感器接入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)已獲得多項專利授權(quán)。該技術(shù)對于煤礦爆炸信息的實時傳輸，解決當(dāng)前事故信息電話上報速度較慢的問題具有革命性的意義。但是，該技術(shù)的應(yīng)用是否存在技術(shù)障礙，運行環(huán)境是否穩(wěn)定可靠，在當(dāng)前經(jīng)濟條件下是否可以承受，以及我國產(chǎn)業(yè)政策能不能成為推廣瓶頸，仍然是制約該技術(shù)能否順利推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

技術(shù)成熟度：從專業(yè)技術(shù)文獻可知，煤礦井下爆炸壓力為0～20atm，而市場上達到該數(shù)值范圍的沖擊氣壓傳感器比較常見，能夠達到技術(shù)要求。

穩(wěn)定性：目前使用的技術(shù)成熟可靠，本技術(shù)中爆炸沖擊氣壓傳感器作為系統(tǒng)中傳感器中的一類，只要所選用的爆炸沖擊氣壓傳感器本身技術(shù)性能穩(wěn)定，接入爆炸沖擊氣壓傳感器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的運行也應(yīng)該是穩(wěn)定的。

兼容性：現(xiàn)使用的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中本身就有負(fù)壓傳感器，其區(qū)別只是數(shù)值設(shè)定的問題，所以，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)接入爆炸沖擊氣壓傳感器的技術(shù)具有很好的可兼容性。

可擴展性：本技術(shù)在實施過程中，如果切實找不到可靠的傳輸線路，可以只將爆炸沖擊氣壓傳感器設(shè)置在地面。如果能夠找到可靠的傳輸線路，該技術(shù)中所述的爆炸沖擊氣壓傳感器可以設(shè)置在井下任何地點，具有可擴展性。

經(jīng)濟性：如果將爆炸沖擊氣壓傳感器設(shè)置在地面，該技術(shù)使用的總成只有傳感器、連接鋼管及普通傳感信號線，沒有特別要求的元器件，成本很低，經(jīng)濟合理。

問題及對策

由于煤礦爆炸事故發(fā)生的時間很短，一般研究是以毫秒級進行，目前使用壓力傳感器進行監(jiān)測是沒有問題的。但是，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器數(shù)量較多，信號傳輸按順序進行，即有巡檢周期?！斗桨浮返谌糠帧爸饕獌?nèi)容”的第11節(jié)“提升系統(tǒng)性能指標(biāo)”要求：系統(tǒng)巡檢周期不超過20S；異地斷電時間不超過40s。在技術(shù)層面，爆炸沖擊氣壓傳感器雖然發(fā)出了爆炸信號，有可能在巡檢到來之時發(fā)生漏檢。為此，2009年1月20日申請的“接入爆炸沖擊氣壓防爆傳感器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”技術(shù)在應(yīng)用的時候，要求監(jiān)控分站具有爆炸沖擊氣壓傳感器信號最大值的記憶功能。因此，該技術(shù)的成功應(yīng)用對于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，需要對監(jiān)控分站進行適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

為了減少傳感器、監(jiān)控分站及傳輸線路不受爆炸破壞給煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)帶來的成本壓力，可以采用2009年1月20日提出的技術(shù)方案，結(jié)合2013年5月11 日申請的“一種基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”發(fā)明專利提出的技術(shù)方案；同時系統(tǒng)增加監(jiān)控分站具有爆炸沖擊氣壓傳感器信號最大值的記憶功能，是一種為應(yīng)急救援提供技術(shù)支撐的優(yōu)化選擇，可以達到煤礦爆炸信息通過煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實時傳輸?shù)淖罴研Ч?/p>

隨著技術(shù)進步、經(jīng)濟發(fā)展以及安全保障能力的提升，采用2013年5月11日申請的“一種基于分站式的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”發(fā)明專利提出的技術(shù)方案，或者采取同日提出的“一種基于光電傳輸?shù)拿旱V回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”“一種基于中繼器的煤礦回風(fēng)井高氣壓實時監(jiān)測系統(tǒng)”兩種技術(shù)實用新型專利中的技術(shù)方案，自成系統(tǒng)，使煤礦爆炸信息不通過煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進行傳輸，將為應(yīng)急救援提供更精準(zhǔn)的技術(shù)支撐。屆時，煤礦井下發(fā)生的是瓦斯爆炸，還是煤塵爆炸、火工品爆炸，自成系統(tǒng)的技術(shù)方案可以進行判斷，而且可以對爆炸事故的強度等級甚至是爆炸機理進行個案性的分析研究。