我国矿山救援装备配备与发展方向

文·图/张广勋 邵毅敏 葛亮 刘林 唐彦昌 侯志华

我国矿山救援装备配备与发展方向

文·图/张广勋 邵毅敏 葛亮 刘林 唐彦昌 侯志华

针对我国现有矿山应急救援装备配备的现状分析，提出了其在实际应用中的问题和发展方向，并介绍了近年来的创新性研究成果，为进一步加强我国矿山事故的应急救援能力提供参考。

近年来，随着各级矿山应急救援队的大力建设，带动应急救援装备研发和生产制造企业加大了投入和研发力度，我国的应急救援技术装备性能有了很大的提高，已拥有一大批高精尖矿山应急救援装备。但在事故救援过程中暴露出，还有不少困扰应急救援实施的技术装备难点和薄弱环节没有攻克，其成套性、适应性方面还有所欠缺，救援效果离要求还有一定差距，特别是在处理重特大、复杂矿山事故灾害时，难以迅速控制灾情。

现状与问题

矿山事故往往具有突发性、复杂性、多变性和复合性等特点，从救援队伍接警后携装备奔赴事故现场开始，经灾区环境侦查、指挥决策、方案制定、人员搜救、灾情处置等多个环节，均需要救援装备作为技术支撑的手段。针对灾害的类型、特点和井下灾变现场的实际情况，快速对不同用途的救援装备进行有机结合和合理利用，是救援成功的关键，核心是构建救援装备系统（见图1），发挥其成套性优势。

图1 矿山主要应急救援装备系统构成

我国矿山应急救援缺乏先进的专用成套救援装备，往往采用普通生产设备替代，且没有形成较为完备的标准体系，许多救援装备配套的附属设备如动力接口、插件等由于没有统一的规范，互换性、通用性及成套性不佳，同时缺乏相应的安全可靠性检测实验设施。目前众多矿山救护队所配装备已严重老化，存在安全隐患。

水灾事故救援装备问题

缺乏大流量、高扬程和处理含泥、含沙突水事故的潜水泵及轻型管道，普遍存在体积大、粗、重，机动性、成套性差等问题。水泵及排水管、电缆等配件分散存储，紧急出动时所需的辅助装卸、吊挂设备多，且无可替代。以法兰对接、螺栓紧固方式连管及下管操作的快速接头，现场安装耗时长。

火灾事故救援装备问题

矿井火灾一般采用注入氮和二氧化碳等惰性气体加以控制的措施。二氧化碳发生器需原料化学反应，危险性较高，产气速度慢；燃油惰气灭火装置混合气体出口温度高，不利于火区降温，且出口一氧化碳超标，易造成人员中毒；制氮机产气纯度低，其氧含量高于标准要求。而将存储的液态二氧化碳直接用于灭火的技术虽然优于前者，但其装备安全防护和防冰堵技术有待提高。火区封堵用快速密闭装备漏风量大，密闭墙砌筑工作繁琐，启封时安全性难以保证，而气囊式密闭虽建造时间短，漏风率低，但需根据巷道断面规格进行定制。

瓦斯、煤尘爆炸事故救援装备问题

常用于对爆炸危险性分析判断的气体爆炸三角形测定仪，对环境中各气体组分的浓度值测量不够准确，而具备高精度化验分析能力的气相色谱仪非防爆设计，不适用于井下灾变现场。对于深部隐蔽火源及其温度的勘察，常规配备的红外线探测仪仅能对巷道壁和煤层等外表面温度进行快速探测。

顶板事故救援装备问题

现有破拆与支护成套设备中缺乏气动救援工具及特种钢剪切钳，且未对材料进行摩擦火花、抗静电阻燃等针对性研究，井下应急处置过程中使用存在安全隐患。在大孔径地面钻孔救生技术方面，先导孔构建后难以准确获取井下环境信息。

尾矿库事故救援装备问题

在尾矿库事故救援中，减少人员伤亡的关键步骤就是快速抢排洪水和泥石流，挖开被淹埋的建筑，现主要借助工程机械而缺乏专用的灾后快速清淤、挖掘等大型装备。尾矿库监测系统灾后传感器往往受到破坏，并且大量监测依靠人工采集，效率低、误差大，其适应性尚待提高。

应急通信与指挥装备问题

现有通信设备只能满足现场救援人员与井下、井上指挥部的语音交流需要，井下远距离多媒体信息通信困难、效果不佳，通信系统与侦测设备之间通联不畅，无法将现场综合信息快速上传供救援指挥与决策用，且未明确统一的矿山应急救援通讯标准及模式。

灾区侦察装备问题

气体浓度检测仪表性能不可靠，灾区物探装备测量范围有限，而灾区智能侦测装备还存在技术瓶颈，人员搜寻装备成功率也有待提高。

个人防护装备问题

呼吸器面罩易起雾，影响视线，与通讯联络系统不配套，佩戴后语音交流不便，且产品标准不统一，部件不能互换。

培训演练装备问题

高温浓烟演习巷道训练科目单一，实训演练系统模拟巷道仿真度不足，且缺少对巷道灾害模拟种类及训练科目的统一标准。

技术与装备的发展方向

当前，亟需加速构建灾害条件下矿井复杂的环境，如矿山井下爆炸后火灾灾害、顶板跨塌模态等，开展灾变条件下的救援装备的技术标准和高应力、大变形、非连续变形、非弹性变形以及大型装备实际运行所必须的备品备件、配套件配置等基础研究，同时解决灾变环境条件下的信息检测、传输以及应急处置等技术难题，制定相关的试验方法与检验规则，并探讨各种多种救灾装备之间的相互联系。

水灾事故救援装备

研制大功率“下泵上电机”矿用潜水泵，部分取代传统卧式离心泵用于矿井正常生产和抢险排水，还可采用多台串联的方法构建大型特深竖井抢险排水工程。开发超高强度复合塑料水管及快速接管器，减轻整体快速吊装的重量。设计开发出新一代集排水泵、接力泵、排水管道、电控设备、吊挂设备、运输底盘于一体，并能快速、连续完成排水事故救援整套应急处置流程的450 m以上多功能车载式一体化快速应急排水装备。

火灾事故救援装备

基于气囊式密闭原理，采用远程控制技术和主气囊与辅助气囊结合的工艺方式，研究与开发结构合理、抗压性能高、密闭性和耐温性好、施工快速、操作安全、方便携带的新型快速封闭装备。针对液态二氧化碳保温存储罐在快速排液过程中的欠压冰堵问题，需要单独配置多种操作模式的增压调控系统及其防护壳体，并进行安全可靠性试验分析。

瓦斯、煤尘爆炸事故救援装备

采用对微型检测器小型化，数据采集及控制电路分流和优化等方法，以降低功耗、电流、电感，解决便携式气相色谱仪本安防爆改装问题。通过对煤体表面红外图像、表面辐射温度的变化，不同热源温度情况下被测区域的红外图像和表面辐射温度等进行基础实验研究，提升深部热源探测技术水平。

顶板事故救援装备

研制能适用于矿井下灾变环境中使用，支撑高度范围大的可调支护套装、起重气垫及具备剪切、扩张、牵拉、破碎、凿岩等功能的井下快速成套支护与破拆装备，实现救援通道安全快速的建立。

尾矿库事故救援装备

研制尾矿库事故专用清淤机和适应在恶劣环境下使用的挖掘机，缩短清淤工作的时间，并可快速开挖引排水渠。加强在灾变时原监测系统遭到破坏的情况下快速安装使用，不受环境因素影响，能及时将分析结果传输以供决策参考的合成孔径雷达远程探测技术的应用。

应急通信与指挥装备

为了能将灾区的各种环境参数、语音、视频等信号实时传送到井下基地，再传送到各级指挥机构，统筹救援队伍、物资装备、应急预案、地理信息、应急联动机制等多种管理因素，实现科学决策，不仅需要解决井下信号传输及通信组网，井下灾变现场多参数监测，高噪声条件下语音信号采集、处理及传输，井下图像采集、处理以及多信息融合等技术难题，使救护队员、井下救援基地、地面指挥中心之间建立起高带宽、长距离、抗干扰能力强的通信链路，实现灾区环境下的智能组网与可靠传输，而且应搭建能与通信系统互联互通的矿山应急指挥通信和管理信息平台。

灾区侦察装备

在井下音视频通信系统和无线传输技术的基础上，定制先导孔探查所需的通信设备。研制高可靠性的远距离爆炸物探测装备及智能侦测设备，包括智能搜救机器人、智能侦测飞行器等。基于高速脉冲发射与高速采样技术、背景强杂波干扰抑制技术的研究和人体生命特征监测算法模型的建立，研制新型生命探测仪器。

个人防护装备

研制新型呼吸器，降低重量，缩小体积，提高防雾性能，增加音视频通讯、视频采集和环境参数检测等功能，提高降温效果。统一呼吸器关键零部件接口标准，并提高防护安全可靠性，增加应急快速启动防护功能，增加有效防护时间。

培训演练装备

针对现有虚拟仿真模拟培训系统，增加培训多人在线协同救援虚拟演练和大型救援装备虚拟实操培训等功能。研发巷道模拟实训演练系统，构建模拟巷道和灾害，通过实际操作设备进行救援训练。

近年来的新技术 新装备

矿山水灾一直是制约我国资源开采的瓶颈之一，而大型潜水电泵是深井水灾抢险最有效的设备。2011年，由合肥工业大学，合肥恒大江海泵业股份有限公司合作制造了4 000 kW潜水泵，结束了国内企业大型潜水泵长期依靠外协、外购配套的历史。

中煤科工集团西安研究院有限公司在对美国雪姆钻机的研究基础上，自主研制了50 t车载钻机及其配套的随钻测斜仪，可快速钻进较小口径孔道，待大口径救生钻机扩孔后借助三一重工股份有限公司的专用提升机，其采用救援提升、救护舱一体化设计理念，可实现被困人员升井。

中煤科工集团重庆研究院有限公司采用矿用高强度铝合金材质和轻型塑料材质，研制出了井下专用快速成套破拆与支护装备，通过了矿用产品的相关检测，获得其相关检测报告。

国内已初步完成了灾区及救援信息立体可视化与实时指挥决策的综合技术研究和系统集成，包含Web端二三维巷道建模与交互、异地多方远程协同标绘、救援调度分析与辅助决策的应用和基于灾区信息GIS可视化的专家决策系统模型建立。

国内最先进的矿用本安型雷达生命探测仪，可穿透8 m废墟，对运动目标实时检测，具备厘米级距离分辨率和全静止人体心肺运动探测能力。

（本文第一作者张广勋，系中煤科工集团重庆研究院有限公司研究员，主要从事矿山应急救援技术与装备研究，及安全生产监管监察执法实训和矿山应急救援等基地规划设计。）

编辑 赵 原