CN102682341A - 煤矿应急救援指挥信息管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿应急救援指挥信息管理系统及其方法，该系统包括矿井基础信息模块、矿井安全监测信息模块、地图显示与管理模块、矿井灾变分析模块、应急救援力量模块、灾变决策信息模块。利用矿井基础信息和监测信息对矿井井下主要危险源、隐患信息进行实时监测和信息数据更新，建立有效遏制井下突发事故的损失程度的信息平台，利用其事故前的信息为井下灾变分析和模拟提供有效可靠地信息资源和基础数据，系统自动为井下人员显示最佳的避灾路线，系统启动设定应急响应方案，不仅及时有效地控制事故的影响程度，更能有效地为井下工作人员避难和救援提供响应时间，最大程度的减少事故损失和人员伤亡。

Description

煤矿应急救援指挥信息管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及矿井灾变应急救援方面的指挥信息管理方面能力，尤其涉及针对煤矿的井下危险源监测、灾变分级模拟和最佳动态避灾路线的选择的应急救援信息系统。

背景技术

煤矿安全是我国安全生产的重中之重，近年来在党中央、国务院的坚强领导下各级地方党委、政府认真贯彻落实党中央、国务院关于煤矿安全生产工作的一系列重要部署，使煤矿事故总量连续三年呈下降趋势。但社会影响恶劣的重特大事故仍时有发生。通过调研发现，国外采矿业发达国家，将应急避难硐室和救生舱作为地下矿井应急救援工作的重要组成部分，并累积了成功营救的经验。学习南非等发达国家的先进经验进一步提高我国应急救援水平，以减少因矿难事故造成的损失。所以，为改善常村煤矿安全防护水平，提高矿井抗灾变能力，北京科技大学与潞安矿业集团联合开展 “常村煤矿新型安全防护体系研究”项目，逐渐在常村煤矿构建了具有矿用自救器、矿用可移动式救生舱、矿用固定式避难硐室的三级防护体系，以及配套开发了煤矿应急救援指挥信息管理系统。

矿山井下一旦发生事故，如瓦斯突出、煤尘与瓦斯爆炸、火灾、水灾以及顶板事故，往往矿井灾害救灾制约因素多、情况复杂多变，与其它行业的抢险救灾工作相比，具有更强的技术性、时效性和更大的危险性。由于井下空间相对封闭，避灾救灾空间有限，特别是当遇灾人员对灾害情况不明时，往往会盲目慌乱地进行避灾，出现拥挤，甚至穿越火区、水区避灾，从而出现更大的危险。所以如不及时采取有效地救灾方法和避灾方法和路径，将会对生产带来重大财产损失，甚至危害到工人的生命安全。

但如果发生矿井灾害后能采取正确的避灾救灾路线，可将伤亡事故损失大大降低。通过文献理论分析，现开发的应急救援指挥信息系统很大程度上是理论开发阶段，尚没有在实际煤矿矿井得到有效地应用；开发的救援系统很大程度上侧重于应急救援信息管理方面，针对矿井灾变的模拟和最佳动态路线的选择研究可发较少；根据现阶段紧急避险系统的推广应用，没有查到基于紧急避险系统开发的应急救援指挥信息系统；注重单一灾变理论研究，缺乏应急响应和救援力量辅助系统支持；软件系统后期维护复杂，地图更新繁琐。

根据现阶段煤矿科技发展需求，结合煤矿“六大系统”应用，亟需开发具有多功能、易维护、实用性、可视化等特点的应急救援指挥信息系统。

发明内容

本发明所要解决的关键技术问题是，改变以前应急救援指挥信息管理系统的数据静态信息管理，本系统利用地理信息系统实现地图和数据有机结合的动态管理，以及实现煤矿矿井外因火灾、煤与瓦斯突出、煤尘、瓦斯爆炸和顶板事故等灾变影响范围的动态模拟和基于紧急避险系统的最佳避灾路线的动态选择和救援资源的最佳调度。

本发明的技术方案：煤矿应急救援指挥信息管理系统，该系统包括：该系统包括矿井基础信息模块、矿井安全监测信息模块、数据库模块、地图显示与管理模块、矿井灾变分析模块、应急救援力量模块和灾变决策信息模块；

所述矿井基础信息模块，用于煤矿井下基本情况信息的实际监测，采集井下危险源信息的数据信息和当前运行状态的数据信息，发送给所述数据库模块，并实时更新井下危险源信息的运行的数据信息；

所述矿井安全监测信息模块，用于将井下监测的生产环境条件和避险设施内生存环境条件进行实时监测，并对每区的运行状态生成响应的数据信息发送给所述数据库模块；

所述矿井灾变分析模块，用于将矿井井下实际井巷信息构建的地理位置信息地图，并可实现井下外因火灾、煤与瓦斯突出、煤尘、瓦斯爆炸、井下突水和顶板事故等主要事故的影响程度和范围的模拟和实时动态显示，分析井下灾变级别和影响范围，并根据井下人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线； 

所述灾变决策信息模块，用于在灾变应急响应时，根据井下监测监控信息的对接，分析井下灾变级别和影响范围，并根据井下人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线；煤矿调度中心能根据应响应程序与职责信息库判断应急响应级别和等级，调度指挥应急救援工作进展，并根据救援力量信息调度功能，实现相应灾变相关的内部救援力量信息的调度；在需外部救援力量时，实现外部资源最佳调度方案选择，以及在电子地图上实现最优方案调度路线的显示；

所述应急救援力量模块，用于煤矿突发事件响应时煤矿救援力量、周边救援力量和信息以及国家煤矿救援基地信息的采集和存储，当矿井事故发生时，根据系统对事故的模拟和判定，可提供其相关救援力量信息，应急响应级别和等级等，并进行应急救援；

所述地图显示与管理模块，按照井下巷道数据库中所有为巷道、危险源及避险设施的实际地理位置信息构建井下电子地图；并在地面地图中标识矿区及其周围附近的应急资源管理中心的地理位置信息，通过地图显示与管理显示并浏览所有矿井地图和地面地图的平面图，通过矿井安全监测模块中的监测信息通过判断可现实其监测数值的显示和报警，另外通过矿井灾变分析模块，可在地图上显示井下火灾、突水、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出预测结果的显示和避灾路线的动态显示；

所述的矿井基础信息模块、矿井安全监测模块、数据库模块、矿井灾变分析模块、地图显示与管理模块、应急救援力量模块和灾变决策信息模块通过有线或无线网络连接。

本发明的另一目的是提供给一种煤矿应急救援指挥信息管理方法，具体包括以下步骤：

安全监测步骤，对井下危险源和避险设施的实际运行状态进行监测，并对危险源和避险设施的当前运行状态生成相应的数据信息数据库模块；

危险源数据处理步骤，将井下各区的危险源和避险设施内实际运行的数据信息存储在数据库模块，并实时更新上述井下的险源和避险设施的运行状态的数据信息；

地图显示与管理步骤，按照井下巷道数据库中所有为巷道、危险源及避险设施的实际地理位置信息构建井下电子地图；并在地面地图中标识矿区及其周围附近的应急资源管理中心的地理位置信息，通过地图显示与管理显示并浏览所有矿井地图和地面地图的平面图；所述地地图具有放大、缩小、漫游和鹰眼功能；

应急救援判断步骤，根据应急预案判断其存储的各类应急预案的触发条件判

断数据库模块中的数据信息是否出现了异常，从而判断数据库模块中的井下是否发生了灾变，若出现异常，则将出现异常的数据信息发送给井下灾变分析及最佳避灾路线模块显示；

矿井灾变分析步骤，根据数据库模块发送的灾变异常信息，判断该异常信息所对应的灾变类型，根据异常数据，根据灾变模拟分析方法，判断灾变影响程度和等级，基于灾变影响范围和伤亡等级，根据应急预案响应级别判断条件，启动应急相应等级；

显示报警步骤，所述灾变模拟及避灾路线模块所收到所述的安全监控送来的异常数据信息后，在所述地图中显示异常数据信息所对应危险源的相关信息和状态，并根据所述的应急预案判断的危险级别向地面和井下发布不同的报警提醒。

本发明与矿井现有技术相比具有的优点和新功能在于：

（1）        本发明采用统一信息管理平台，实现了信息和资源共享；自动监测各个地面企业的实时状态；一旦发生事故，系统启动设定应急预警方案，提出应急救援资源的优化配置及调度方案，能够及时有效地控制突发事件，最大程度的减少事故损失。

（2）        该系统集成了矿井基础信息、安全监测、灾变分析、地图显示和管理、应急救援力量和应急决策信息为一体化的可视化应急指挥系统，提供了在线更新功能，实现了煤矿灾害信息的网络化管理。

（3）        该系统实现了对灾害后果的模拟和最佳避灾路线的动态选择，通过平时对该系统的研究，输入相应的危险因素参数，能大概了解相应的灾害影响范围，根据井下工作人员位置和紧急避险系统的布置，可实现井下最佳避灾路线的动态选择，最大程度上提高人员避险效率。

（4）        该系统实现了煤矿紧急避险系统三级培训平台，针对不同培训人员，可实现在线选择培训课程，查询其相关培训结果。

（5）        该系统利用后台地理信息系统（GIS）实现地图的更新发布，不依赖与系统在线更新，不仅易于地图更新和稳定，更提高系统运行性能。

附图说明

图1为本发明的系统的逻辑框图。

图2为本发明的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出的矿井应急救援指挥信息系统及其方法结合附图及实施例子详细说明。

本实施例的系统开发平台为Visual C#.net2010（VC.NET 2010），软件架构为浏览器B/S（Browser）、服务器（Server）架构（即B/S架构）。

如图1所示，根据本发明进行矿井应急救援指挥信息系统的包括：

矿井基础信息模块，用于煤矿井下基本情况信息的实际监测和历史数据分析，存储井下重大危险源信息的数据信息和当前运行状态的数据信息，并实时更新井下危险源信息的运行的数据信息，发送给数据库模块；

矿井安全监测信息模块，其用于将井下监测的生产环境条件和避险设施内生存环境条件进行实时监测，并对每区的运行状态生成响应的数据信息发送给数据库模块；存储监测的当前运行状态的数据信息，并实时更新其运行状态的数据信息；

矿井灾变分析模块：其用于将矿井井下实际井巷信息构建的地理位置信息地图，该地图中标示了矿井井巷属性信息，能够显示并浏览井下采掘的所有井巷平

面图，利用该地图能够实现放大、缩小、移动等功能。此模块功能可实现井下外因火灾、煤与瓦斯突出、煤尘、瓦斯爆炸、井下突水和顶板事故等主要事故的影响程度和范围的模拟，系统根据人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线。

应急救援力量模块，其用于煤矿突发事件响应时煤矿救援力量、周边救援力量和信息以及国家煤矿救援基地信息的采集和存储，当煤矿事故发生时，根据系统对事故的模拟和判定，可提供其相关救援力量信息，应急响应级别和等级等，并对应急救援。

应急决策信息模块，其用于在灾变应急响应时，根据井下监测监控信息的对接，分析井下灾变级别和影响范围，并根据井下人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线；根据应急预案判断应急响应级别和等级，调度指挥应急救援工作进展，并根据救援力量信息调度功能，实现相应灾变相关的内部救援力量信息和外部救援资源调度方案选择和最优方案调度路线的显示。

所述的监测信息模块根据所述的应急救援力量模块中应急预案判断模块送来的异常数据信息，判断该异常数据信息对矿井危害的程度，并将该危险级别发给所述的矿井灾变分析模块，分析最佳避灾路线。

所述的矿井安全监测信息模块中主要用于井下环境监测监控信息的采集和传输，包括永久避难硐室和临时避难硐室内的7合1传感器用于监测O₂、CO、CO₂、CH₄、H₂S、T、Q（湿度）的变化，在避难硐室和救生舱内实现了人体生存环境监测监控信息传输，按照国家相关标准要求，对环境内O₂、CO、CO₂、CH₄、T、Q（湿度）的变化情况进行实时监测监控，并设定了报警阈值范围，并用气体浓度R作为预警依据，当C_O2≤18.5或者C_O2≥23%, C_CO2≥1.0%, C_CO≥24 ppm, C_CH4≥1.0%, T≥35℃,湿度≥85%时，系统会自动进行判断并在地图上显示报警。

 在生产作业环境中，对井下安全环境指标CO、CH₄、T进行了实时监测监控，系统报警判断条件依据是C_CO≥24 ppm, T≥30℃, C_CH4≥0.8%,其中建议值C₀=0.8%，在采区工作面回风巷内的监控点；C₀=0.5%，在进风巷的监控点。 

灾变分析模块是在矿井工程图以及通风网络图解计算的基础上，考虑灾变发生条件和影响因素，模拟在某一巷道或某一点发生灾变的情况下，瓦斯突出和爆炸冲击波超压的伤害程度和火焰温度的伤害程度、火灾的温度分布、有害气体的弥散范围和矿井涌水淹没巷道的情况，在GIS地图上动态显示其影响范围；该模块还能将动态的计算的最佳避灾路线显示在GIS电子地图上。

矿井灾变分析模块收到所述的应急决策信息模块送来的异常信息后，在其地图上显示出现异常数据信息所对应的矿井巷道的相关信息（该相关信息含有巷道位置和采区现状，还可以还有巷道通风情况等），并根据所述危险程度来向地面和井下发出警报提醒，灾变预警信号以声、光的形式传递，矿工可根据灾害信息及时避难。

所述的矿井基础信息模块、数据库模块、矿井安全监测模块、矿井灾变分析模块、应急救援力量模块和应急决策信息模块通过有线或无线网络连接。

所述的安全监测模块通过有线无线网络定时向矿井灾变分析模块发送井下巷道内实时数据信息。

所述的应急决策信息模块具有维护和管理整个矿井灾变应急救援的基本功能，主要包括应急响应基本程序和职责、矿井应急预案、应急救援队伍、救灾设

备数据库、救灾专家数据库以及国家级矿山救援基地分布等内容。

所述的应急响应基本程序和职责，显示事故处理流程、应急救援系统组织机构图、应急现场指挥机构图、接警和通知程序图、信息发布工作流程图及相应职责等，配合显示领导指挥部联系方式和人员职责，通过井下无线后台有线通信，以及避难硐室和救生舱的通讯系统（包括有线电话和无线小灵通），可以保证避险人员与地面指挥中心保持联系。

该系统井下灾变在考虑灾变对人员和设备设施破坏程度，可能发生的最严重事故后果及危害程度，用灾变时超压                                               和高温辐射剂量Q伤害的综合作用作为分级依据，则对灾变伤亡程度和破坏进行了分级如下：

1）死亡区：

，

;

2）重伤区：

，；

3）轻伤区：

，

；

其中，

、

、

的取值建议为300KPa、100 KPa、20 KPa; 、

、

的取值建议为592 kJ/m²，392 kJ/m²，kJ/m²。

该系统按照基于最佳避灾路线时间最短、环境最为安全的方式对灾变时井下避险路线进行优化，具体为：

设定某应急点A与人员危险位置B之间m个顶点，有n条路径，构成网络图 G=（V，E），假定（u，v）是 E 中的边，c_u，v 是边的长度。要得出A与B的最小距离

。

根据以上模型，采用网络计算，把顶点集合V划分为两个集合 S 和 T；S中所包含的顶点A到 u 的距离已经确定；T 中所包含的顶点A到 u 的距离尚未确定。同时，给出以下定义，把源顶点 u 到 T 中顶点 x 的距离 d_u，x定义为从 u 出发，经过 S 中的顶点，但不经过 T中其他顶点，而直接到达 T 中的顶点 x 的最短路径的长度。则计算最小路径的思想方法如下：开始时，S=｛u｝，T=V-｛u｝。对 T 中的所有顶点 x，如果 u 到 x 存在边，置d_u，x=d_u，x；否则置 du，x=∞。然后，对 T 中的所有顶点 x，寻找 d_u，x 最小的顶点 t，即：

,则 d_u，t 就是顶点 t 到顶点 u 的最短距离。同时，顶点 t 也是集合 T 中的所有顶点中距离 u 最近的顶点。把顶点 t 从 T 中删去，把它并入 S。然后，对 T 中与 t 相邻接的所有顶点 x，用下面的公式更新 d_u，x 的值：

，继续上面的步骤，一直到 T 为空。 

如图2所示，本发明进行矿井井下灾变事故应急救援指挥系统，该系统方法包括：

安全监测步骤，对井下危险源和避险设施的实际运行状态进行监测，并对危险源和避险设施的当前运行状态生成相应的数据信息发给危险源数据库；

危险源数据处理步骤，将井下各区的危险源和避险设施内实际运行的数据信

息存储在危险源数据库，并实时更新上述井下的险源和避险设施的运行状态的数据信息；

地图显示与管理步骤，按照井下巷道数据库中所有为巷道、危险源及避险设施的实际地理位置信息构建井下电子地图；并在地面地图中标识矿区及其周围附近的应急资源管理中心的地理位置信息，通过地图显示与管理显示并浏览所有矿井地图和地面地图的平面图；所述地地图具有放大、缩小、漫游和鹰眼功能；

应急救援判断步骤，根据应急预案判断其存储的各类应急预案的触发条件判断危险源数据库中的数据信息是否出现了异常，从而判断危险源数据库中的井下是否发生了灾变，若出现异常，则将出现异常的数据信息发送给井下灾变分析及最佳避灾路线模块显示。

矿井灾变分析模块步骤，根据危险源数据库发送的灾变异常信息，判断该异常信息所对应的灾变类型，根据异常数据，根据灾变模拟分析方法，判断灾变影响程度和等级，如人员伤亡半径或巷道烟流污染范围或水流流动淹没范围的等。基于灾变影响范围和伤亡等级，根据应急预案响应级别判断条件，启动应急相应等级。

显示报警步骤，所述灾变模拟及避灾路线模块所收到所述的安全监控送来的异常数据信息后，在所述地图中显示异常数据信息所对应危险源的相关信息和状态，并根据所述的应急预案判断的危险级别向地面和井下发布不同的报警提醒。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.煤矿应急救援指挥信息管理系统，其特征在于，该系统包括：该系统包括矿井基础信息模块、矿井安全监测信息模块、数据库模块、地图显示与管理模块、矿井灾变分析模块、应急救援力量模块和灾变决策信息模块；

所述矿井基础信息模块，用于煤矿井下基本情况信息的实际监测，采集井下危险源信息的数据信息和当前运行状态的数据信息，发送给所述数据库模块，并实时更新井下危险源信息的运行的数据信息；

所述矿井安全监测信息模块，用于将井下监测的生产环境条件和避险设施内生存环境条件进行实时监测，并对每区的运行状态生成响应的数据信息发送给所述数据库模块；

所述矿井灾变分析模块，用于将矿井井下实际井巷信息构建的地理位置信息地图，并可实现井下外因火灾、煤与瓦斯突出、煤尘、瓦斯爆炸、井下突水和顶板事故等主要事故的影响程度和范围的模拟和实时动态显示，分析井下灾变级别和影响范围，并根据井下人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线； 

所述灾变决策信息模块，用于在灾变应急响应时，根据井下监测监控信息的对接，分析井下灾变级别和影响范围，并根据井下人员分布和井下紧急避险设施布置情况能自动显示最佳避灾路线；煤矿调度中心能根据应响应程序与职责信息库判断应急响应级别和等级，调度指挥应急救援工作进展，并根据救援力量信息调度功能，实现相应灾变相关的内部救援力量信息的调度；在需外部救援力量时，实现外部资源最佳调度方案选择，以及在电子地图上实现最优方案调度路线的显示；

所述应急救援力量模块，用于煤矿突发事件响应时煤矿救援力量、周边救援力量和信息以及国家煤矿救援基地信息的采集和存储，当矿井事故发生时，根据系统对事故的模拟和判定，可提供其相关救援力量信息，应急响应级别和等级等，并进行应急救援；

所述地图显示与管理模块，用于按照井下巷道数据库中所有为巷道、危险源及避险设施的实际地理位置信息构建井下电子地图；并在地面地图中标识矿区及其周围附近的应急资源管理中心的地理位置信息，通过地图显示与管理显示并浏览所有矿井地图和地面地图的平面图，通过所述矿井安全监测模块中的监测信息通过判断可现实其监测数值的显示和报警，另外通过所述矿井灾变分析模块，可在地图上显示井下火灾、突水、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出预测结果的显示和避灾路线的动态显示；

所述的矿井基础信息模块、矿井安全监测模块、数据库模块、井矿井灾变分析模块、地图显示与管理模块、应急救援力量模块和所述灾变决策信息模块通过有线或无线网络连接。

2.煤矿应急救援指挥信息管理方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

安全监测步骤，对井下危险源和避险设施的实际运行状态进行监测，并对危险源和避险设施的当前运行状态生成相应的数据信息发给数据库模块；

危险源数据处理步骤，将井下各区的危险源和避险设施内实际运行的数据信息存储在数据库模块，并实时更新上述井下的险源和避险设施的运行状态的数据信息；

地图显示与管理步骤，按照井下巷道数据库中所有为巷道、危险源及避险设施的实际地理位置信息构建井下电子地图；并在地面地图中标识矿区及其周围附近的应急资源管理中心的地理位置信息，通过地图显示与管理显示并浏览所有矿井地图和地面地图的平面图；

应急救援判断步骤，根据应急预案判断其存储的各类应急预案的触发条件判断数据库模块中的数据信息是否出现了异常，从而判断数据库模块中的井下是否发生了灾变，若出现异常，则将出现异常的数据信息发送给井下灾变分析及最佳避灾路线模块显示；

矿井灾变分析模块步骤，根据数据库模块发送的灾变异常信息，判断该异常信息所对应的灾变类型，根据异常数据，根据灾变模拟分析方法，判断灾变影响程度和等级，基于灾变影响范围和伤亡等级，根据应急预案响应级别判断条件，启动应急相应等级；

显示报警步骤，所述灾变模拟及避灾路线模块所收到所述的安全监控送来的异常数据信息后，在所述地图中显示异常数据信息所对应危险源的相关信息和状态，并根据所述的应急预案判断的危险级别向地面和井下发布不同的报警提醒。

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