孙继平
（中国矿业大学（北京），北京 100083）
摘要：分析了煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点，发生在采掘工作面事故最多，事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用于矿井应急通信系统；矿井透地通信系统可以用作矿井应急通信系统，但性价比低；提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统，具有性价比高的优点：将电缆埋入巷帮与底板夹角处；将井下电话机设置在硐室内，并加强防护；减少电缆接头，提高电缆接续的防水性能。
0 引言
煤矿事故主要有瓦斯、顶板、水灾、火灾、机电、运输、放炮等事故；其中，顶板事故起数和死亡人数最多；较大及以上（较大、重大、特别重大）瓦斯事故最多；发生在采掘工作面事故最多。因此，通过监控、通信、监视等，减少煤矿井下作业人员，特别是采掘工作面作业人员，是煤矿安全生产的发展方向。
1 瓦斯、水害和顶板事故分析
通过对《2009年全国煤矿事故分析报告》—《2013年全国煤矿事故分析报告》研究分析，得出：2009年—2013年全国煤矿共发生较大及以上瓦斯、水害和顶板事故424起，死亡3198人；其中，发生在掘进工作面225起，死亡1674人，分别占53.07%和52.35%；发生在采煤工作面108起，死亡846人，分别占25.47%和26.45%；发生在采掘工作面333起，死亡2520人，分别占78.54%和78.80%。如表1所示。
2009年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故68起，死亡634人；其中，发生在掘进工作面35起，死亡324人，分别占较大及以上瓦斯事故51.47%%和51.1%；发生在采煤工作面10起，死亡51人，分别占较大及以上瓦斯事故14.71%和8.04%；发生在采掘工作面45起，死亡375人，分别占较大及以上瓦斯事故66.18%和59.15%。
2009年，全国煤矿发生较大及以上水害事故20起，死亡131人；其中，发生在掘进工作面12起，死亡76人，分别占较大及以上水害事故60%%和58.02%；发生在采煤工作面2起，死亡19人，分别占较大及以上水害事故10%和14.50%；发生在采掘工作面14起，死亡95人，分别占较大及以上水害事故70%和72.52%。
2009年，全国煤矿未发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故16起，死亡60人；其中，发生在掘进工作面5起，死亡20人，分别占较大顶板事故31.25%和33.33%；发生在采煤工作面6起，死亡23人，分别占较大顶板事故37.5%和38.33%；发生在采掘工作面11起，死亡43人，分别占较大水害事故68.75%和71.67%。
2010年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故68起，死亡519人；其中，发生在掘进工作面41起，死亡275人，分别占较大及以上瓦斯事故60.29%和52.99%；发生在采煤工作面13起，死亡171人，分别占较大及以上瓦斯事故19.11%和32.95%；发生在采掘工作面54起，死亡446人，分别占较大及以上瓦斯事故79.41%和85.93%。
2010年，全国煤矿发生较大及以上水害事故19起，死亡197人；其中，发生在掘进工作面14起，死亡164人，分别占较大及以上水害事故73.68%和83.25%；发生在采煤工作面1起，死亡3人，分别占较大及以上水害事故5.26%和1.52%；发生在采掘工作面15起，死亡167人，分别占较大及以上水害事故78.95%和84.77%。
2010年，全国煤发生较大及以上顶板事故25起，死亡101人；其中，发生在掘进工作面8起，死亡28人，分别占较大及以上顶板事故32%和27.72%；发生在采煤工作面11起，死亡41人，分别占较大及以上顶板事故44%和40.59%；发生在采掘工作面19起，死亡69人，分别占较大及以上顶板事故76%和68.32%。
2011年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故55起，死亡440人；其中，发生在掘进工作面37起，死亡319人，分别占较大及以上瓦斯事故67.27%和72.5%；发生在采煤工作面11起，死亡77人，分别占较大及以上瓦斯事故20%和17.5%；发生在采掘工作面48起，死亡396人，分别占较大及以上瓦斯事故87.27%和90%。
2011年，全国煤矿发生较大及以上水害事故22起，死亡163人；其中，发生在掘进工作面13起，死亡94人，分别占较大及以上水害事故59.09%和57.67%；发生在采煤工作面6起，死亡31人，分别占较大及以上水害事故27.27%和19.02%；发生在采掘工作面19起，死亡125人，分别占较大及以上水害事故86.36%和76.69%。
2011年，全国煤发生较大及以上顶板事故15起，死亡60人；其中，发生在掘进工作面5起，死亡22人，分别占较大及以上顶板事故33.33%和36.67%；发生在采煤工作面6起，死亡23人，分别占较大及以上顶板事故40%和38.33%；发生在采掘工作面11起，死亡45人，分别占较大及以上顶板事故73.33%和75%。
2012年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故36起，死亡303人；其中，发生在掘进工作面20起，死亡124人，分别占较大及以上瓦斯事故55.56%和40.92%；发生在采煤工作面8起，死亡114人，分别占较大及以上瓦斯事故22.22%和37.62%；发生在采掘工作面28起，死亡238人，分别占较大及以上瓦斯事故77.78%和78.55%。
2012年，全国煤矿发生较大及以上水害事故13起，死亡107人；其中，发生在掘进工作面9起，死亡71人，分别占较大及以上水害事故69.23%和66.36%；发生在采煤工作面3起，死亡32人，分别占较大及以上水害事故23.08%和29.91%；发生在采掘工作面12起，死亡103人，分别占较大及以上水害事故92.31%和96.26%。
2012年，全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故16起，死亡66人；其中，发生在掘进工作面5起，死亡23人，分别占较大顶板事故31.25%和34.85%；发生在采煤工作面9起，死亡37人，分别占较大顶板事故56.25%和56.06%；发生在采掘工作面14起，死亡60人，分别占较大顶板事故87.5%和90.91%。
2013年，全国煤矿发生较大及以上瓦斯事故30起，死亡311人；其中，发生在掘进工作面12起，死亡84人，分别占较大及以上瓦斯事故40%和27.01%；发生在采煤工作面13起，死亡178人，分别占较大及以上瓦斯事故43.33%和57.23%；发生在采掘工作面25起，死亡262人，分别占较大及以上瓦斯事故83.33%和84.24%。
2013年，全国煤矿发生较大及以上水害事故13起，死亡76人；其中，发生在掘进工作面7起，死亡39人，分别占较大及以上水害事故53.85%和51.32%；发生在采煤工作面5起，死亡33人，分别占较大及以上水害事故38.46%和43.42%；发生在采掘工作面12起，死亡72人，分别占较大及以上水害事故92.31%和94.74%。
2013年，全国煤矿没有发生重大和特别重大顶板事故，发生较大顶板事故8起，死亡30人；其中，发生在掘进工作面2起，死亡11人，分别占较大顶板事故25%和36.67%；发生在采煤工作面4起，死亡13人，分别占较大顶板事故50%和43.33%；发生在采掘工作面6起，死亡24人，分别占较大顶板事故75%和80%。
3 矿井移动、广播与救灾通信系统
3.1 WIFI、3G、4G矿井移动通信系统
不断推进的采掘工作面和井下流动作业人员，需要矿井移动通信系统。早期矿井移动通信系统主要有漏泄通信系统、感应通信系统、透地通信系统等。早期矿井移动通信系统均存在着体积大、传输带宽窄等问题，主要用于电机车、工作面、救灾等局部通信系统，不能用作全矿井移动通信系统。为解决早期矿井移动通信系统存在的问题，人们先后研制了PHS(又称小灵通)、WIFI、3G、4G矿井移动通信系统等。但由于PHS通信系统存在着基站控制器和基站非本质安全防爆、抗灾变能力差、传输距离短、配件困难等问题，已很少采用。传输带宽宽、传输距离远、体积小、重量轻、具有语音、图像和数据通信功能的4G和WIFI全矿井移动通信系统已成为首选。
3.2 矿井广播通信系统
为减少人员伤亡，当瓦斯超限，或发生瓦斯、水、火等事故时，需将井下作业人员撤至地面。矿井广播通信系统是及时发布撤人命令的有效工具。矿用广播通信系统具有语音广播、显示、井下紧急呼叫地面、双向语音通信等功能。矿用广播通信系统除可作为事故撤人和报警通信外，还可作为生产调度广播通信。
3.3 多媒体矿井救灾通信系统
矿井救灾通信系统是矿山救护队的必备装备，在应急救援工作中发挥着重要作用。矿山救护队早期配备的中频感应矿井救灾通信系统，可进行语音通信，但不能将事故现场图像传送给井下救援基地和地面救援指挥中心。采用WiFi和MESH等通信技术，研制成功的多媒体矿井救灾通信系统，具有语音通信，图像监视，CH4、CO、O2、温度等环境监测，救护队员心跳、体温、姿态等监测功能，获得了广泛应用。
4 矿井应急通信系统
瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾等事故均会造成线缆断缆、设备损坏，通信系统无法正常工作。抗灾变能力强、受灾害影响小的矿井应急通信系统是既是应急救援的迫切需要，也是矿井通信研究的热点。
瓦斯超限、瓦斯爆炸、火灾等事故，会造成矿井停电。因此，需井下供电的矿井移动通信系统、广播通信系统等，不宜用作矿井应急通信系统。
矿井救灾通信系统主要由救护队配备，事故后，由救护队员设置。《矿山救护规程》规定“矿山救护队驻地至服务矿井的距离，以行车时间不超过30min为限”，因此，救护队员到达事故井下，并建立通信联络，需要一定的时间。特别是，当巷道堵塞、有害气体超标、氧气含量不足时，救护队员将无法到达相关灾变区域，也不能建立通信联络。因此，矿井救灾通信系统不能用作矿井应急通信系统。
矿井透地通信系统受事故影响小，特别是地面向井下单向透地通信系统，井下接收设备功率小，体积小、重量轻、便于携带，只要事故没有造成井下接收设备损坏，就可保持单向通信。双向透地通信系统，井下发射设备功率较大、发射天线也较大，一般设置在避难硐室内。因此，矿井透地通信系统可以用作矿井应急通信系统，但性价比低。
将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统，平时用于生产调度通信，事故时用于应急救援通信，是性价比最高的应急通信系统。矿用有线调度通信系统不需井下供电，当发生瓦斯爆炸、顶板冒落、火灾、水灾等事故时，只要电缆不断、电话不坏，就可实现双向语音通信。这已被河南省陕县支建煤矿“7.29”透水事故等多起事故成功救援所证明。将电缆埋入巷帮与底板夹角处，减少了瓦斯爆炸、顶板冒落、机械碰撞等造成断缆的概率，减少了火灾对电缆的损坏。将井下电话机设置在硐室内，并加强防护，减少了事故造成电话机损坏的概率。减少电缆接头，提高电缆接续的防水性能，减少了水害事故对系统的影响。因此，将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统，是迄今为止，既可用于日常生产和安全调度，又可用于事故应急救援通信，最可靠、最经济、最有效的矿井通信系统。
5 矿井人员定位系统
煤矿井下人员定位是遏制煤矿井下超定员生产，加强煤矿井下作业人员管理和应急救援等工作的需要。煤矿井下无线衰减严重、电磁环境恶劣、本安防爆等制约着GPS等地面定位技术直接在煤矿井下应用。
采用RFID区域位置监测技术的矿井人员位置监测系统，不能实现人员定位，无便携式搜寻器，不能满足救援搜寻需求，无双向紧急呼叫功能。
基于场强的定位方法，受巷道断面、倾斜、弯曲、分支、围岩性质、支护、纵向导体、横向导体等影响大，定位精度低。
基于TOA的定位方法，具有定位精度高（静态误差可达2m）等优点，除可用于煤矿井下人员定位外，还可用于煤矿井下胶轮车、电机车等动目标定位。基于TOA的定位方法，将成为矿井人员定位系统的主流技术，在遏制煤矿井下和采掘工作面等重点区域超定员生产，遏制重特大事故发生，防止人员进入盲巷等限制区域，控制作业人员超时下井，加强特种作业人员管理、领导下井带班管理、考勤管理和应急救援等方面发挥着重要作用。
6 矿井图像监视与宽带传输
6.1 无线与高清图像监视
图像监视具有信息量大、眼见为实的特点。无人值守的岗位，除需要具有远程监控功能的监控系统外，还应设置图像监视系统和移动通信系统。为满足胶轮车、电机车、采煤机、掘进机等移动设备的监控，研制成功并推广应用了WIFI等矿用无线摄像机。为便于图像识别与处理，研制成功并推广应用了矿用低照度高清摄像机等。
6.2 万兆以太网和无源光网络
为满足煤矿井下高清图像监视的需求，研制成功并推广应用了矿用万兆以太网，实现了高清图像、语音、人员定位等多媒体传输。研制成功并推广应用的矿用无源光网络，[6]具有主干无源、双树冗余、时延小等优点。
7 结语
煤矿伤亡事故主要发生在采掘工作面。因此，通过监控、通信、监视等，减少煤矿井下和采掘工作面作业人员，是安全高效现代化矿井发展方向。WIFI和4G矿井移动通信系统，矿井广播通信系统，多媒体矿井救灾通信系统，将通信电缆埋入巷帮与底板夹角处的矿用有线调度通信系统，基于TOA的动目标定位系统，矿用无线摄像机，矿用低照度高清摄像机，矿用万兆以太网，矿用无源光网络等新技术和新装备，将在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。本文全文发表在《工矿自动化》2015年第2期：孙继平. 煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术[J].工矿自动化,2015,41(2):1-5.
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