论文部分内容阅读
摘要：首先介绍了矿山救护大队井下模拟演习基地建设目的及其信息系统的系统构架，随后对信息系统的构架及其主要功能进行了分析，通过采用的“一网一站”模式搭建模拟演习基地的信息系统，实现了地面指挥中心和井下培训基地的远距离实时通信指挥，对今后国内类似井下模拟演习基地的的建设具有良好的借鉴意义。
关键词：模拟演习基地;一网一站;信息系统
1引言
为加强对煤矿重特大安全生产事故的应急救援管理，保证重特大事故发生后，迅速有效地做好应急处置和抢险救援工作，昀大限度地减少事故造成的人员伤亡、财产损失和社会危害，神东煤炭集团公司在所属某矿井下建设了一座矿山救援培训基地，通过井下各类突发事件的实战演练培训，提高救护人员应对井下各类灾变时的反应能力[1-2]。
培训基地的训练科目包括冒顶事故模拟、火灾事故模拟、水灾事故模拟、排放瓦斯事故模拟、瓦斯煤尘爆炸事故模拟、高温训练模拟及一般技术操作等[3-4]。根据演习训练科目及功能需求，设计共布置了拱形巷、牌板区、通道、支护区、局部通风机安装点、掘进工作面及掘进头、破拆区、水仓及泵房、高温训练室、胶运巷、矮巷、低氧训练区、掘进回风巷、总回风巷、消防材料室、配电室、避难指挥硐室、梯形巷、综采工作面等 19个功能区。
由于演习指挥中心距离培训基地约 10公里，项目的建设对通信系统的实时性提出了很高的要求。为了保证培训基地的数据能及时有效的传递到地面指挥中心，本次井下模拟演习基地采用了“一网一站”模式的信息通信技术[5-6]。
2 系统架构
培训基地信息系统的设计范围包括综合数据平台、地面调度中心、井下救援指挥所、安全监测监控系统、巷道固定通信联络系统、巷道应急移动通信系统、巷道人员定位系统、巷道视频监控系统、巷道数字广播系统、事故模拟系统等。其中事故模拟系统主要有水灾事故模拟系统（泵房抽排水）、火灾事故模拟系统（胶带机着火，无明火）、瓦斯事故模拟系统（抽排瓦斯）、塌方支护模拟系统（塌方、支护、事故现场、抢救）、高温浓烟训练系统等的设计。井下通信系统的逻辑架构如图 1所示。
3 解决方案
综合数据平台和地面调度中心利用并完善救护大队现有的调度指挥系统，井下救援指挥所作为神东救护消防大队井下指挥中心，可以实时查看井下环境，设备状况，视频监控画面，人员定位信息，并可以控制部分井下设备，随时与井上井下人员通过无线或有线的方式进行指挥调度。在地面救护调度指挥中心可以实时监测井下系统的设备运行状态，实时监控画面，随时与井下的固定，移动终端进行通话，并且可以控制部分井下设备，从而实现井下消防演习的调度指挥和控制。
（1）建立综合业务应用管理平台—工业 PON网络平台
架构应急救援系统系统门户平台、构建数据库平台、自动化设备工况显示软件，实际解决应急救援过程中的调度、通讯、监控、实时定位业务。传输平台应能方便地接入各种子系统，接入后整个系统应能满足控制的实时性要求。
（2）救护大队和矿井的数据共享
救护大队和矿井的数据共享通过两种方式实现，建立以 B/S结构的Web方式，以授权的方式通过矿局域网救护大队、集团公司对矿井各生产安全子系统实现远程监测。
（3）工业 PON环网和综合分站
建立工业环网，通过环网交换机，能够将地面和井下的各类信号统一传输到安全生产指挥控制中心。在环网网络的关键地点，设置交换机，能够将附近的PLC、广播系统、定位系统、通信系统、监测监控系统等自动化设备接入到交换机上。通过多台交换机，在地面和井下形成一个环网，环网故障恢复时间应小于 1ms，提高系统可靠性。在井下救援指挥所内设置一台环网交换机，演习巷道内分散布置 7台“多功能综合分站”，将无线通信、人员定位、IP广播和工业电视等系统整合为一个防爆壳体，对外共电源共传输，减少设备费用和维修费用。网络拓扑图如图 2所示。
（4）矿用 4G无线通信系统
通过 4G无线信号，实现对井下有线通信的有效补盲，在某些特定区域实现信号的无缝覆盖，保证应急情况下的通信畅通，提高生产效率，降低维护成本，提升企业形象。可保证在特定地段、场所同时通过无线方式传输多路标清/高清视频数据，满足特定环境下数据高传输要求。
（5）视频监控系统
在演习巷道设置矿用视频摄像头，实现对井下巷道的实时图像监控，便于救护大队及时了解井下情况，方便作出正确的决策。视频监控系统实现对演习巷道中指定区域的普通和红外视频监控，效果如图 3所示。
（6）建立井下人员定位系统
通过人员定位系统实现对井下被困人员以及救援人员的实时定位，实现更为精确救援工作，大大提高救援效率，保证矿工的切实生命安全。
（7）監测监控系统
通过设置传感器，实现对井下有害气体的实时监测，便于井下工作人员以及救护人员及时撤离有害气体区域，保障救援人员及矿工的生命安全。利用煤矿已有的系统，数据经矿调度室机房后回传至救护大队调度指挥中心。
（8）固定通信联络系统。
实现对演习巷道中指定位置固定电话系统的部署;通过新的无线通信系统能够做到上井下井不换手机，不换 SIM卡，手机在井上井下都一样能打电话、发短信、被调度;固定电话和手机能够一体化调度。
（9）应急通信系统。
针对发生紧急事件，在无线通信系统失效的情况下，采用应急通信系统可以做到井上井下应急救援指挥的实时通信和调度。定位系统可实现演习巷道全覆盖，精确定位人员和车辆位置。IP广播系统实现有人的地方有广播。固定 IP电话系统，实现站点布到哪里，固定 IP电话就布到哪里，能够一体化调度。
4 现场应用
救护大队井下模拟演习基地的“一网一站”信息系统设计，满足了救援训练、远程指挥及观摩需要，实现了工程的高度集成化，并为后续地面建设各类信息系统预留接口，达到了设计的预期目标。
5 结束语
本次培训基地的信息系统建设，应用了昀先进的“一网一站”技术，通过搭建高速的 10GE环网，实现了对无线通讯系统、人员定位系统、监视监控系统、语音广播系统、调度指挥系统等系统的统一接入、统一承载、统一管理、实时传输，避免了各子系统的重复建设，提高了救护演习的真实性和操作性，为今后国内类似培训基地的信息系统建设奠定了良好的基础。
参考文献
[1]张伟.矿山救护队演习训练巷道灾害环境模拟监控系统研究与开发[C]// 全国煤矿安全生产论坛.中国煤炭工业劳动保护科学技术学会，2006.
[2]赵开功.神东煤炭集团救护队井下演习巷道的构建研究[J].陕西煤炭，2016，35（002）：22-25.
[3]芦江文.矿山应急救援综合模拟演习训练系统研究与应用[D].西安科技大学，2009.
[4]孙小兰，周福宝，戚绪尧，等. 矿山应急救援综合模拟演习系统的研制[J]. 金属矿山，2009.
[5]原志明.智能矿井"一网一站"通信技术集成与应用研究[J].能源与环保，2017，39（009）：P.104-109.
[6]关丙火，张晋. 煤矿井下“一网一站”组网模式关键技术研究[J]. 煤炭科学技术，2019.
作者简介：李山（1979-），男，山东莱芜人，清华大学工程硕士，高级工程师，长期从事煤矿供配电、信息与自动化设计工作。
关键词：模拟演习基地;一网一站;信息系统
1引言
为加强对煤矿重特大安全生产事故的应急救援管理，保证重特大事故发生后，迅速有效地做好应急处置和抢险救援工作，昀大限度地减少事故造成的人员伤亡、财产损失和社会危害，神东煤炭集团公司在所属某矿井下建设了一座矿山救援培训基地，通过井下各类突发事件的实战演练培训，提高救护人员应对井下各类灾变时的反应能力[1-2]。
培训基地的训练科目包括冒顶事故模拟、火灾事故模拟、水灾事故模拟、排放瓦斯事故模拟、瓦斯煤尘爆炸事故模拟、高温训练模拟及一般技术操作等[3-4]。根据演习训练科目及功能需求，设计共布置了拱形巷、牌板区、通道、支护区、局部通风机安装点、掘进工作面及掘进头、破拆区、水仓及泵房、高温训练室、胶运巷、矮巷、低氧训练区、掘进回风巷、总回风巷、消防材料室、配电室、避难指挥硐室、梯形巷、综采工作面等 19个功能区。
由于演习指挥中心距离培训基地约 10公里，项目的建设对通信系统的实时性提出了很高的要求。为了保证培训基地的数据能及时有效的传递到地面指挥中心，本次井下模拟演习基地采用了“一网一站”模式的信息通信技术[5-6]。
2 系统架构
培训基地信息系统的设计范围包括综合数据平台、地面调度中心、井下救援指挥所、安全监测监控系统、巷道固定通信联络系统、巷道应急移动通信系统、巷道人员定位系统、巷道视频监控系统、巷道数字广播系统、事故模拟系统等。其中事故模拟系统主要有水灾事故模拟系统（泵房抽排水）、火灾事故模拟系统（胶带机着火，无明火）、瓦斯事故模拟系统（抽排瓦斯）、塌方支护模拟系统（塌方、支护、事故现场、抢救）、高温浓烟训练系统等的设计。井下通信系统的逻辑架构如图 1所示。
3 解决方案
综合数据平台和地面调度中心利用并完善救护大队现有的调度指挥系统，井下救援指挥所作为神东救护消防大队井下指挥中心，可以实时查看井下环境，设备状况，视频监控画面，人员定位信息，并可以控制部分井下设备，随时与井上井下人员通过无线或有线的方式进行指挥调度。在地面救护调度指挥中心可以实时监测井下系统的设备运行状态，实时监控画面，随时与井下的固定，移动终端进行通话，并且可以控制部分井下设备，从而实现井下消防演习的调度指挥和控制。
（1）建立综合业务应用管理平台—工业 PON网络平台
架构应急救援系统系统门户平台、构建数据库平台、自动化设备工况显示软件，实际解决应急救援过程中的调度、通讯、监控、实时定位业务。传输平台应能方便地接入各种子系统，接入后整个系统应能满足控制的实时性要求。
（2）救护大队和矿井的数据共享
救护大队和矿井的数据共享通过两种方式实现，建立以 B/S结构的Web方式，以授权的方式通过矿局域网救护大队、集团公司对矿井各生产安全子系统实现远程监测。
（3）工业 PON环网和综合分站
建立工业环网，通过环网交换机，能够将地面和井下的各类信号统一传输到安全生产指挥控制中心。在环网网络的关键地点，设置交换机，能够将附近的PLC、广播系统、定位系统、通信系统、监测监控系统等自动化设备接入到交换机上。通过多台交换机，在地面和井下形成一个环网，环网故障恢复时间应小于 1ms，提高系统可靠性。在井下救援指挥所内设置一台环网交换机，演习巷道内分散布置 7台“多功能综合分站”，将无线通信、人员定位、IP广播和工业电视等系统整合为一个防爆壳体，对外共电源共传输，减少设备费用和维修费用。网络拓扑图如图 2所示。
（4）矿用 4G无线通信系统
通过 4G无线信号，实现对井下有线通信的有效补盲，在某些特定区域实现信号的无缝覆盖，保证应急情况下的通信畅通，提高生产效率，降低维护成本，提升企业形象。可保证在特定地段、场所同时通过无线方式传输多路标清/高清视频数据，满足特定环境下数据高传输要求。
（5）视频监控系统
在演习巷道设置矿用视频摄像头，实现对井下巷道的实时图像监控，便于救护大队及时了解井下情况，方便作出正确的决策。视频监控系统实现对演习巷道中指定区域的普通和红外视频监控，效果如图 3所示。
（6）建立井下人员定位系统
通过人员定位系统实现对井下被困人员以及救援人员的实时定位，实现更为精确救援工作，大大提高救援效率，保证矿工的切实生命安全。
（7）監测监控系统
通过设置传感器，实现对井下有害气体的实时监测，便于井下工作人员以及救护人员及时撤离有害气体区域，保障救援人员及矿工的生命安全。利用煤矿已有的系统，数据经矿调度室机房后回传至救护大队调度指挥中心。
（8）固定通信联络系统。
实现对演习巷道中指定位置固定电话系统的部署;通过新的无线通信系统能够做到上井下井不换手机，不换 SIM卡，手机在井上井下都一样能打电话、发短信、被调度;固定电话和手机能够一体化调度。
（9）应急通信系统。
针对发生紧急事件，在无线通信系统失效的情况下，采用应急通信系统可以做到井上井下应急救援指挥的实时通信和调度。定位系统可实现演习巷道全覆盖，精确定位人员和车辆位置。IP广播系统实现有人的地方有广播。固定 IP电话系统，实现站点布到哪里，固定 IP电话就布到哪里，能够一体化调度。
4 现场应用
救护大队井下模拟演习基地的“一网一站”信息系统设计，满足了救援训练、远程指挥及观摩需要，实现了工程的高度集成化，并为后续地面建设各类信息系统预留接口，达到了设计的预期目标。
5 结束语
本次培训基地的信息系统建设，应用了昀先进的“一网一站”技术，通过搭建高速的 10GE环网，实现了对无线通讯系统、人员定位系统、监视监控系统、语音广播系统、调度指挥系统等系统的统一接入、统一承载、统一管理、实时传输，避免了各子系统的重复建设，提高了救护演习的真实性和操作性，为今后国内类似培训基地的信息系统建设奠定了良好的基础。
参考文献
[1]张伟.矿山救护队演习训练巷道灾害环境模拟监控系统研究与开发[C]// 全国煤矿安全生产论坛.中国煤炭工业劳动保护科学技术学会，2006.
[2]赵开功.神东煤炭集团救护队井下演习巷道的构建研究[J].陕西煤炭，2016，35（002）：22-25.
[3]芦江文.矿山应急救援综合模拟演习训练系统研究与应用[D].西安科技大学，2009.
[4]孙小兰，周福宝，戚绪尧，等. 矿山应急救援综合模拟演习系统的研制[J]. 金属矿山，2009.
[5]原志明.智能矿井"一网一站"通信技术集成与应用研究[J].能源与环保，2017，39（009）：P.104-109.
[6]关丙火，张晋. 煤矿井下“一网一站”组网模式关键技术研究[J]. 煤炭科学技术，2019.
作者简介：李山（1979-），男，山东莱芜人，清华大学工程硕士，高级工程师，长期从事煤矿供配电、信息与自动化设计工作。