防矿难于未然 IT本可以做得更多
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我们并不敢说,信息化做得多好多好,就可以避免矿难的发生。毕竟,矿难形成的原因太过复杂,特殊行业、管理纰漏、惟利是图的小煤窑……
但如果信息化做得好一点,起码在事故发生的时候,工人们可以跑得更早一些,或者救援人员可以更快找到他们。
这两周最牵动人心的事情莫过于山西王家岭矿难,2010年以来,我国先后发生过神华骆驼山煤矿透水事故、山西王家岭煤矿透水事故、河南伊川煤矿瓦斯爆炸事故等多起煤矿特大安全事故。
煤矿管理者对生命的漠视、安全员的疏忽、操作人员违章操作、井下人员违反安全规程等,都会直接或间接地造成煤矿安全事故,但是,我国大多数煤矿安全监测监控系统及设备存在的问题也不容忽视。
监控系统四大问题
大部分煤矿安全监测监控设备落后及老化。
我国大规模安装煤矿安全监测监控系统是在上世纪八九十年代,产品是我国自主研发的第一或第二代煤矿监控设备。虽然已经有部分国有大中型煤矿对这些设备进行了升级改造,安装了新一代数字化的监控系统,但是,大多数煤矿还在使用老式的设备和机器,因而,会出现安全生产的隐患,如果不定期、按时进行设备的检查和维护就容易造成安全事故。
经信息化改造的监控系统和新一代数字化监控系统并不能很好地适应井下环境。
我国不少煤矿监测监控系统的信息化、自动化改造,并没有考虑到井下实际情况,虽然达到了大量数据采集、实时传输、处理和显示等功能,但是,其设备本身也对井下环境有着严格要求。例如,煤矿工作面是煤矿生产的核心所在,也是环境最恶劣、人员和设备移动最频繁、事故多发的场合。然而,煤矿信息化改造采用了有线的工业以太网作为核心,即工作面监测监控信号的传输采用有线方式,但由于工作面是一个不断移动的工作环境,有线传输的方式很难适应这种不断移动和变化的工作现场,各种因素造成传输电缆损坏和扯断的现象时有发生。此外,煤矿工作面采空区的监测更不可能通过有线传输的方式进行。
煤矿安全监测监控系统各自为政,没有形成合力。
我国的第一批KJ系列监控系统由多家科研单位开发,20世纪90年代后期我国开发的新一代数字化监控系统,也是由不同的企业和机构独立生产的。这些产品没有统一的标准,没有统一的接口,使系统无法统一使用,造成了监测工程中的数据漏报、系统间无法正常通信等问题,导致了安全隐患的出现。
新的传感器技术并没有完全应用到井下检测中。
以瓦斯检测为例,现有的煤矿瓦斯监测装置多采用电化学方式,这种方式对化学元件的要求非常高。一般电化学的元件的使用寿命只有几十小时,需要经常更换,才能保证监测信息的正确性。一旦瓦斯巡检员没有定期更换,就容易产生安全隐患。
精确定位,现在的物联网还做不到
物联网体系中的新型传感器、无线传感器网络、RFID等技术以及统一的标准将能很好地解决现有煤矿监测监控系统中所存在的问题,但如何将这些技术应用于煤矿监测监控和井下救灾,还需要深入的探讨和研究。
无线传感器网络(WSN)具有放置灵活、扩展简便、移动性强和自组织等特点,这些特点无疑是井下监测监控不可或缺的。因此,基于WSN的井下的监测监控,将比目前采用的有线方式具有更多的优势。但是,工作面布置有液压支架、采煤机、刮板运输机等大型金属设备以及煤、岩等介质,因此煤矿工作面隧道是一种非均匀异质边界的有限空间。此外,随着工作面的推进,信息传输的空间形状也在不断发生变化。现有的地上无线传感器的研究成果并不能简单地应用于采煤工作面,因此,无线传感器网络在井下应用还有许多关键技术和问题需要解决,如克服井下多径干扰的传输方式、组网形式、拓扑结构、通信协议等。
Pradeep K.Mohanty和Moise Ndoh最早提出在煤矿井下大巷中利用WSN实现煤矿工人的跟踪定位及井下环境监测。在国内,中国矿业大学得到了2007年国家自然科学基金项目“煤矿工作面无线传感器网络组网关键技术研究”和2009年国家自然基金项目“长距离WMSN的矿井多媒体救灾通信系统”的资助,将无线传感器网络应用于煤矿井下监测监控和井下救灾;中国科技大学在国家发展改革委员会资助下立项研究“基于CNGI和WSN的矿山井下定位与应急联动系统”,通过无线传感网络对每个矿工进行实时定位,期望实现与各种灾害预警系统的联动。
中国矿业大学在3月15日与江苏省徐州市政府签署了共建“感知矿山”工程研究中心的协议,集全校的科研力量,研究和开发物联网产业,以期将物联网技术早日应用到煤矿中。
记者手记
有感于英国采矿零死亡率
许继楠
美国作为世界第二采煤大国,2008年的煤矿事故死亡人数为29人,而英国、澳大利亚等国家甚至实现了多年煤矿开采零死亡率。在美国,危险的采掘工作大多无需工人爬到井下,而是用机器代劳。德国的采矿工人在井下作业时,会携带一种“气体检测报警仪”,一旦瓦斯浓度过高,就会自动报警。
“气体检测报警仪我们国家也有,但很贵,不会每个人都配备,一般是瓦斯巡检员带着,定时去巡检,有问题通过调度电话通知撤离。”中国矿业大学博士研究生赵端说。
除了气体检测报警仪,还有很多可以用的信息化设备没有被利用,比如数字传感器。我们知道井下工作环境要监测很多环境数据,瓦斯浓度、皮带速度、转机转速、通风量、液位等。单拿皮带这一项来说,就涉及速度、跑偏、急停装置、温度、CO浓度等,使用模拟传感器只能单路传输,而采用数字传感器可以同时传输多路信号,传输速度不可同日而语。
再如,无线传感器。有线传感器在井下复杂的环境中,极容易被破坏,比如一块煤可能就把皮带上的传感器砸坏。无线传感器则能很大程度上避免传感器失灵的问题,提高了监测的准确度。
小煤窑暂且不说,据我们了解,大部分国有大中型煤矿还没有无线的数字传感器。而相关人士在接受本报记者采访时表示,国有大中型煤矿“信息化做得还可以,按要求做了”。那么,我们只能认为“要求”有待提高。
“没办法,标准有的是十几年前订的,最新的也是2006年左右的,去年国家关于煤炭行业标准的修订工作已经展开了。”赵端说。
当然有些我们期待的信息化现在还做不到。比如,每个工人身上都带着电子标签,实现精确定位。虽然好多厂商这么忽悠,但实际上目前的技术和产品只能做到非常粗略的定位,就相当于一般公司里的打卡,只能实现管理功能。现在用物联网手段实现精确定位首先要攻克井下无线信号衰减的问题,用无线传感网和定位算法实现人员精确定位也是目前一些厂商和科研机构的研究方向。
信息化作为支撑业务和管理的重要手段,在提高业务响应速度和管理水平上,在很多行业都做到了令人吃惊的程度。我们有理由相信,信息化帮助我们保护矿工的生命并不是幻想。