煤礦應急救援指揮信息管理系統及其方法
2023-05-31 01:48:51 1
專利名稱：煤礦應急救援指揮信息管理系統及其方法
技術領域：
本發明涉及礦井災變應急救援方面的指揮信息管理方面能力，尤其涉及針對煤礦的井下危險源監測、災變分級模擬和最佳動態避災路線的選擇的應急救援信息系統。
背景技術：
煤礦安全是我國安全生產的重中之重，近年來在黨中央、國務院的堅強領導下各級地方黨委、政府認真貫徹落實黨中央、國務院關於煤礦安全生產工作的一系列重要部署，使煤礦事故總量連續三年呈下降趨勢。但社會影響惡劣的重特大事故仍時有發生。通過調研發現，國外採礦業發達國家，將應急避難硐室和救生艙作為地下礦井應急救援工作的重要組成部分，並累積了成功營救的經驗。學習南非等發達國家的先進經驗進一步提高我國應急救援水平，以減少因礦難事故造成的損失。所以，為改善常村煤礦安全防護水平，提高礦井抗災變能力，北京科技大學與潞安礦業集團聯合開展「常村煤礦新型安全防護體系研 究」項目，逐漸在常村煤礦構建了具有礦用自救器、礦用可移動式救生艙、礦用固定式避難硐室的三級防護體系，以及配套開發了煤礦應急救援指揮信息管理系統。礦山井下一旦發生事故，如瓦斯突出、煤塵與瓦斯爆炸、火災、水災以及頂板事故，往往礦井災害救災制約因素多、情況複雜多變，與其它行業的搶險救災工作相比，具有更強的技術性、時效性和更大的危險性。由於井下空間相對封閉，避災救災空間有限，特別是當遇災人員對災害情況不明時，往往會盲目慌亂地進行避災，出現擁擠，甚至穿越火區、水區避災，從而出現更大的危險。所以如不及時採取有效地救災方法和避災方法和路徑，將會對生產帶來重大財產損失，甚至危害到工人的生命安全。但如果發生礦井災害後能採取正確的避災救災路線，可將傷亡事故損失大大降低。通過文獻理論分析，現開發的應急救援指揮信息系統很大程度上是理論開發階段，尚沒有在實際煤礦礦井得到有效地應用；開發的救援系統很大程度上側重於應急救援信息管理方面，針對礦井災變的模擬和最佳動態路線的選擇研究可發較少；根據現階段緊急避險系統的推廣應用，沒有查到基於緊急避險系統開發的應急救援指揮信息系統；注重單一災變理論研究，缺乏應急響應和救援力量輔助系統支持；軟體系統後期維護複雜，地圖更新繁瑣。根據現階段煤礦科技發展需求，結合煤礦「六大系統」應用，亟需開發具有多功能、易維護、實用性、可視化等特點的應急救援指揮信息系統。
發明內容
本發明所要解決的關鍵技術問題是，改變以前應急救援指揮信息管理系統的數據靜態信息管理，本系統利用地理信息系統實現地圖和數據有機結合的動態管理，以及實現煤礦礦井外因火災、煤與瓦斯突出、煤塵、瓦斯爆炸和頂板事故等災變影響範圍的動態模擬和基於緊急避險系統的最佳避災路線的動態選擇和救援資源的最佳調度。本發明的技術方案煤礦應急救援指揮信息管理系統，該系統包括該系統包括礦井基礎信息模塊、礦井安全監測信息模塊、資料庫模塊、地圖顯示與管理模塊、礦井災變分析模塊、應急救援力量模塊和災變決策信息模塊；
所述礦井基礎信息模塊，用於煤礦井下基本情況信息的實際監測，採集井下危險源信息的數據信息和當前運行狀態的數據信息，發送給所述資料庫模塊，並實時更新井下危險源信息的運行的數據信息；
所述礦井安全監測信息模塊，用於將井下監測的生產環境條件和避險設施內生存環境條件進行實時監測，並對每區的運行狀態生成響應的數據信息發送給所述資料庫模塊；所述礦井災變分析模塊，用於將礦井井下實際井巷信息構建的地理位置信息地圖，並可實現井下外因火災、煤與瓦斯突出、煤塵、瓦斯爆炸、井下突水和頂板事故等主要事故的影響程度和範圍的模擬和實時動態顯示，分析井下災變級別和影響範圍，並根據井下人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線；
所述災變決策信息模塊，用於在災變應急響應時，根據井下監測監控信息的對接，分析 井下災變級別和影響範圍，並根據井下人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線；煤礦調度中心能根據應響應程序與職責信息庫判斷應急響應級別和等級，調度指揮應急救援工作進展，並根據救援力量信息調度功能，實現相應災變相關的內部救援力量信息的調度；在需外部救援力量時，實現外部資源最佳調度方案選擇，以及在電子地圖上實現最優方案調度路線的顯示；
所述應急救援力量模塊，用於煤礦突發事件響應時煤礦救援力量、周邊救援力量和信息以及國家煤礦救援基地信息的採集和存儲，當礦井事故發生時，根據系統對事故的模擬和判定，可提供其相關救援力量信息，應急響應級別和等級等，並進行應急救援；
所述地圖顯示與管理模塊，按照井下巷道資料庫中所有為巷道、危險源及避險設施的實際地理位置信息構建井下電子地圖；並在地面地圖中標識礦區及其周圍附近的應急資源管理中心的地理位置信息，通過地圖顯示與管理顯示並瀏覽所有礦井地圖和地面地圖的平面圖，通過礦井安全監測模塊中的監測信息通過判斷可現實其監測數值的顯示和報警，另外通過礦井災變分析模塊，可在地圖上顯示井下火災、突水、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出預測結果的顯示和避災路線的動態顯示；
所述的礦井基礎信息模塊、礦井安全監測模塊、資料庫模塊、礦井災變分析模塊、地圖顯示與管理模塊、應急救援力量模塊和災變決策信息模塊通過有線或無線網絡連接。本發明的另一目的是提供給一種煤礦應急救援指揮信息管理方法，具體包括以下步驟
安全監測步驟，對井下危險源和避險設施的實際運行狀態進行監測，並對危險源和避險設施的當前運行狀態生成相應的數據信息資料庫模塊；
危險源數據處理步驟，將井下各區的危險源和避險設施內實際運行的數據信息存儲在資料庫模塊，並實時更新上述井下的險源和避險設施的運行狀態的數據信息；
地圖顯示與管理步驟，按照井下巷道資料庫中所有為巷道、危險源及避險設施的實際地理位置信息構建井下電子地圖；並在地面地圖中標識礦區及其周圍附近的應急資源管理中心的地理位置信息，通過地圖顯示與管理顯示並瀏覽所有礦井地圖和地面地圖的平面圖；所述地地圖具有放大、縮小、漫遊和鷹眼功能；
應急救援判斷步驟，根據應急預案判斷其存儲的各類應急預案的觸發條件判斷資料庫模塊中的數據信息是否出現了異常，從而判斷資料庫模塊中的井下是否發生了災變，若出現異常，則將出現異常的數據信息發送給井下災變分析及最佳避災路線模塊顯示; 礦井災變分析步驟，根據資料庫模塊發送的災變異常信息，判斷該異常信息所對應的災變類型，根據異常數據，根據災變模擬分析方法，判斷災變影響程度和等級，基於災變影響範圍和傷亡等級，根據應急預案響應級別判斷條件，啟動應急相應等級；
顯示報警步驟，所述災變模擬及避災路線模塊所收到所述的安全監控送來的異常數據信息後，在所述地圖中顯示異常數據信息所對應危險源的相關 信息和狀態，並根據所述的應急預案判斷的危險級別向地面和井下發布不同的報警提醒。本發明與礦井現有技術相比具有的優點和新功能在於
(I)本發明採用統一信息管理平臺，實現了信息和資源共享；自動監測各個地面企業的實時狀態；一旦發生事故，系統啟動設定應急預警方案，提出應急救援資源的優化配置及調度方案，能夠及時有效地控制突發事件，最大程度的減少事故損失。(2)該系統集成了礦井基礎信息、安全監測、災變分析、地圖顯示和管理、應急救援力量和應急決策信息為一體化的可視化應急指揮系統，提供了在線更新功能，實現了煤礦災害信息的網絡化管理。(3)該系統實現了對災害後果的模擬和最佳避災路線的動態選擇，通過平時對該系統的研究，輸入相應的危險因素參數，能大概了解相應的災害影響範圍，根據井下工作人員位置和緊急避險系統的布置，可實現井下最佳避災路線的動態選擇，最大程度上提高人員避險效率。(4)該系統實現了煤礦緊急避險系統三級培訓平臺，針對不同培訓人員，可實現在線選擇培訓課程，查詢其相關培訓結果。(5)該系統利用後臺地理信息系統(GIS)實現地圖的更新發布，不依賴與系統在線更新，不僅易於地圖更新和穩定，更提高系統運行性能。
圖I為本發明的系統的邏輯框圖。圖2為本發明的方法的流程圖。
具體實施例方式本發明提出的礦井應急救援指揮信息系統及其方法結合附圖及實施例子詳細說明。本實施例的系統開發平臺為Visual C#. net2010(VC.NET 2010)，軟體架構為瀏覽器B/S (Browser)、伺服器(Server)架構(即B/S架構)。如圖I所示，根據本發明進行礦井應急救援指揮信息系統的包括
礦井基礎信息模塊，用於煤礦井下基本情況信息的實際監測和歷史數據分析，存儲井下重大危險源信息的數據信息和當前運行狀態的數據信息，並實時更新井下危險源信息的運行的數據信息，發送給資料庫模塊；
礦井安全監測信息模塊，其用於將井下監測的生產環境條件和避險設施內生存環境條件進行實時監測，並對每區的運行狀態生成響應的數據信息發送給資料庫模塊；存儲監測的當前運行狀態的數據信息，並實時更新其運行狀態的數據信息；
礦井災變分析模塊其用於將礦井井下實際井巷信息構建的地理位置信息地圖，該地圖中標示了礦井井巷屬性信息，能夠顯示並瀏覽井下採掘的所有井巷平
面圖，利用該地圖能夠實現放大、縮小、移動等功能。此模塊功能可實現井下外因火災、煤與瓦斯突出、煤塵、瓦斯爆炸、井下突水和頂板事故等主要事故的影響程度和範圍的模擬，系統根據人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線。應急救援力量模塊，其用於煤礦突發事件響應時煤礦救援力量、周邊救援力量和信息以及國家煤礦救援基地信息的採集和存儲，當煤礦事故發生時，根據系統對事故的模擬和判定，可提供其相關救援力量信息，應急響應級別和等級等，並對應急救援。應急決策信息模塊，其用於在災變應急響應時，根據井下監測監控信息的對接，分析井下災變級別和影響範圍，並根據井下人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線；根據應急預案判斷應急響應級別和等級，調度指揮應急救援工作進展，並根據救援力量信息調度功能，實現相應災變相關的內部救援力量信息和外部救援資源調度方案選擇和最優方案調度路線的顯示。所述的監測信息模塊根據所述的應急救援力量模塊中應急預案判斷模塊送來的異常數據信息，判斷該異常數據信息對礦井危害的程度，並將該危險級別發給所述的礦井災變分析模塊，分析最佳避災路線。所述的礦井安全監測信息模塊中主要用於井下環境監測監控信息的採集和傳輸，包括永久避難硐室和臨時避難硐室內的7合I傳感器用於監測02、C0、C02、CH4、H2S、T、Q (溼度)的變化，在避難硐室和救生艙內實現了人體生存環境監測監控信息傳輸，按照國家相關標準要求，對環境內02、CO、CO2, CH4, T、Q (溼度)的變化情況進行實時監測監控，並設定了報警閾值範圍，並用氣體濃度R作為預警依據，當Cq2 ( 18. 5或者Cq2彡23%, Cc02彡I. 0%,Cco彡24 ppm, Cch4彡I. 0%, T彡35°C，溼度彡85%時，系統會自動進行判斷並在地圖上顯示報警。在生產作業環境中，對井下安全環境指標C0、CH4、T進行了實時監測監控，系統報警判斷條件依據是Ccq彡24 ppm, T彡300C，Cch4彡0. 8%,其中建議值Ctl=O. 8%，在採區工作面迴風巷內的監控點！Cci=O. 5%，在進風巷的監控點。災變分析模塊是在礦井工程圖以及通風網絡圖解計算的基礎上，考慮災變發生條件和影響因素，模擬在某一巷道或某一點發生災變的情況下，瓦斯突出和爆炸衝擊波超壓的傷害程度和火焰溫度的傷害程度、火災的溫度分布、有害氣體的彌散範圍和礦井湧水淹沒巷道的情況，在GIS地圖上動態顯示其影響範圍；該模塊還能將動態的計算的最佳避災路線顯示在GIS電子地圖上。礦井災變分析模塊收到所述的應急決策信息模塊送來的異常信息後，在其地圖上顯示出現異常數據信息所對應的礦井巷道的相關信息(該相關信息含有巷道位置和採區現狀，還可以還有巷道通風情況等)，並根據所述危險程度來向地面和井下發出警報提醒，災變預警信號以聲、光的形式傳遞，礦工可根據災害信息及時避難。所述的礦井基礎信息模塊、資料庫模塊、礦井安全監測模塊、礦井災變分析模塊、應急救援力量模塊和應急決策信息模塊通過有線或無線網絡連接。、
所述的安全監測模塊通過有線無線網絡定時向礦井災變分析模塊發送井下巷道內實時數據信息。所述的應急決策信息模塊具有維護和管理整個礦井災變應急救援的基本功能，主要包括應急響應基本程序和職責、礦井應急預案、應急救援隊伍、救災設
備資料庫、救災專家資料庫以及國家級礦山救援基地分布等內容。所述的應急響應基本程序和職責，顯示事故處理流程、應急救援系統組織機構圖、應急現場指揮機構圖、接警和通知程序圖、信息發布工作流程圖及相應職責等，配合顯示領導指揮部聯繫方式和人員職責，通過井下無線後臺有線通信，以及避難硐室和救生艙的通訊系統(包括有線電話和無線小靈通)，可以保證避險人員與地面指揮中心保持聯繫。該系統井下災變在考慮災變對人員和設備設施破壞程度，可能發生的最嚴重事故後果及危害程度，用災變時超壓_ 和高溫輻射劑量Q傷害的綜合作用作為分級依據，則對災變傷亡程度和破壞進行了分級如下
1)死亡區IiSplp1, Q >qx ；
2)重傷區P2<Pi 鬥a < i ;
3)輕傷區-.Ih<P2 , <^2 ;
其中，A、P2、巧的取值建議為300KPa、100 KPa, 20 KPa; %、化、ft的取值建議為592 kj/m2, 392 kj/m2, kj/m2。該系統按照基於最佳避災路線時間最短、環境最為安全的方式對災變時井下避險路線進行優化，具體為
設定某應急點A與人員危險位置B之間m個頂點，有n條路徑，構成網絡圖G= (V，EMg
定(U，V)是E中的邊，cUjV是邊的長度。要得出A與B的最小距離= _(!> I J <4。根據以上模型，採用網絡計算，把頂點集合V劃分為兩個集合S和T;S中所包含的頂點A到u的距離已經確定；T中所包含的頂點A到u的距離尚未確定。同時，給出以下定義，把源頂點u到T中頂點X的距離du，X定義為從u出發，經過S中的頂點，但不經過T中其他頂點，而直接到達T中的頂點X的最短路徑的長度。則計算最小路徑的思想方法如下開始時，S= {u}, T=V-{u}。對T中的所有頂點X,如果u到X存在邊,置du, x=du, X ;否則置du,x=°°。然後,對T中的所有頂點X,尋找du, x最小的頂點t,即
= mm I X e T)，則du,t就是頂點t到頂點u的最短距離。同時，頂點t也是集
合T中的所有頂點中距離u最近的頂點。把頂點t從T中刪去，把它併入S。然後，對
T中與t相鄰接的所有頂點X，用下面的公式更新du,x的值=11皿{^ ,￡；^+豐」，
繼續上面的步驟，一直到T為空。
如圖2所示，本發明進行礦井井下災變事故應急救援指揮系統，該系統方法包括 安全監測步驟，對井下危險源和避險設施的實際運行狀態進行監測，並對危險源和避
險設施的當前運行狀態生成相應的數據信息發給危險源資料庫；危險源數據處理步驟，將井下各區的危險源和避險設施內實際運行的數據信 息存儲在危險源資料庫，並實時更新上述井下的險源和避險設施的運行狀態的數據信
息；
地圖顯示與管理步驟，按照井下巷道資料庫中所有為巷道、危險源及避險設施的實際地理位置信息構建井下電子地圖；並在地面地圖中標識礦區及其周圍附近的應急資源管理中心的地理位置信息，通過地圖顯示與管理顯示並瀏覽所有礦井地圖和地面地圖的平面圖；所述地地圖具有放大、縮小、漫遊和鷹眼功能；
應急救援判斷步驟，根據應急預案判斷其存儲的各類應急預案的觸發條件判斷危險源資料庫中的數據信息是否出現了異常，從而判斷危險源資料庫中的井下是否發生了災變，若出現異常，則將出現異常的數據信息發送給井下災變分析及最佳避災路線模塊顯示。礦井災變分析模塊步驟，根據危險源資料庫發送的災變異常信息，判斷該異常信 息所對應的災變類型，根據異常數據，根據災變模擬分析方法，判斷災變影響程度和等級，如人員傷亡半徑或巷道煙流汙染範圍或水流流動淹沒範圍的等。基於災變影響範圍和傷亡等級，根據應急預案響應級別判斷條件，啟動應急相應等級。顯示報警步驟，所述災變模擬及避災路線模塊所收到所述的安全監控送來的異常數據信息後，在所述地圖中顯示異常數據信息所對應危險源的相關信息和狀態，並根據所述的應急預案判斷的危險級別向地面和井下發布不同的報警提醒。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.煤礦應急救援指揮信息管理系統，其特徵在於，該系統包括該系統包括礦井基礎信息模塊、礦井安全監測信息模塊、資料庫模塊、地圖顯示與管理模塊、礦井災變分析模塊、應急救援力量模塊和災變決策信息模塊； 所述礦井基礎信息模塊，用於煤礦井下基本情況信息的實際監測，採集井下危險源信息的數據信息和當前運行狀態的數據信息，發送給所述資料庫模塊，並實時更新井下危險源信息的運行的數據信息； 所述礦井安全監測信息模塊，用於將井下監測的生產環境條件和避險設施內生存環境條件進行實時監測，並對每區的運行狀態生成響應的數據信息發送給所述資料庫模塊；所述礦井災變分析模塊，用於將礦井井下實際井巷信息構建的地理位置信息地圖，並可實現井下外因火災、煤與瓦斯突出、煤塵、瓦斯爆炸、井下突水和頂板事故等主要事故的影響程度和範圍的模擬和實時動態顯示，分析井下災變級別和影響範圍，並根據井下人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線； 所述災變決策信息模塊，用於在災變應急響應時，根據井下監測監控信息的對接，分析井下災變級別和影響範圍，並根據井下人員分布和井下緊急避險設施布置情況能自動顯示最佳避災路線；煤礦調度中心能根據應響應程序與職責信息庫判斷應急響應級別和等級，調度指揮應急救援工作進展，並根據救援力量信息調度功能，實現相應災變相關的內部救援力量信息的調度；在需外部救援力量時，實現外部資源最佳調度方案選擇，以及在電子地圖上實現最優方案調度路線的顯示； 所述應急救援力量模塊，用於煤礦突發事件響應時煤礦救援力量、周邊救援力量和信息以及國家煤礦救援基地信息的採集和存儲，當礦井事故發生時，根據系統對事故的模擬和判定，可提供其相關救援力量信息，應急響應級別和等級等，並進行應急救援； 所述地圖顯示與管理模塊，用於按照井下巷道資料庫中所有為巷道、危險源及避險設施的實際地理位置信息構建井下電子地圖；並在地面地圖中標識礦區及其周圍附近的應急資源管理中心的地理位置信息，通過地圖顯示與管理顯示並瀏覽所有礦井地圖和地面地圖的平面圖，通過所述礦井安全監測模塊中的監測信息通過判斷可現實其監測數值的顯示和報警，另外通過所述礦井災變分析模塊，可在地圖上顯示井下火災、突水、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出預測結果的顯示和避災路線的動態顯示； 所述的礦井基礎信息模塊、礦井安全監測模塊、資料庫模塊、井礦井災變分析模塊、地圖顯示與管理模塊、應急救援力量模塊和所述災變決策信息模塊通過有線或無線網絡連接。
2.煤礦應急救援指揮信息管理方法，其特徵在於，該方法具體包括以下步驟 安全監測步驟，對井下危險源和避險設施的實際運行狀態進行監測，並對危險源和避險設施的當前運行狀態生成相應的數據信息發給資料庫模塊； 危險源數據處理步驟，將井下各區的危險源和避險設施內實際運行的數據信息存儲在資料庫模塊，並實時更新上述井下的險源和避險設施的運行狀態的數據信息； 地圖顯示與管理步驟，按照井下巷道資料庫中所有為巷道、危險源及避險設施的實際地理位置信息構建井下電子地圖；並在地面地圖中標識礦區及其周圍附近的應急資源管理中心的地理位置信息，通過地圖顯示與管理顯示並瀏覽所有礦井地圖和地面地圖的平面圖；應急救援判斷步驟，根據應急預案判斷其存儲的各類應急預案的觸發條件判斷資料庫模塊中的數據信息是否出現了異常，從而判斷資料庫模塊中的井下是否發生了災變，若出現異常，則將出現異常的數據信息發送給井下災變分析及最佳避災路線模塊顯示； 礦井災變分析模塊步驟，根據資料庫模塊發送的災變異常信息，判斷該異常信息所對應的災變類型，根據異常數據，根據災變模擬分析方法，判斷災變影響程度和等級，基於災變影響範圍和傷亡等級，根據應急預案響應級別判斷條件，啟動應急相應等級； 顯示報警步驟，所述災變模擬及避災路線模塊所收到所述的安全監控送來的異常數據信息後，在所述地圖中顯示異常數據信息所對應危險源的相關信息和狀態，並 根據所述的應急預案判斷的危險級別向地面和井下發布不同的報警提醒。
全文摘要
本發明涉及一種煤礦應急救援指揮信息管理系統及其方法，該系統包括礦井基礎信息模塊、礦井安全監測信息模塊、地圖顯示與管理模塊、礦井災變分析模塊、應急救援力量模塊、災變決策信息模塊。利用礦井基礎信息和監測信息對礦井井下主要危險源、隱患信息進行實時監測和信息數據更新，建立有效遏制井下突發事故的損失程度的信息平臺，利用其事故前的信息為井下災變分析和模擬提供有效可靠地信息資源和基礎數據，系統自動為井下人員顯示最佳的避災路線，系統啟動設定應急響應方案，不僅及時有效地控制事故的影響程度，更能有效地為井下工作人員避難和救援提供響應時間，最大程度的減少事故損失和人員傷亡。
文檔編號G06Q10/00GK102682341SQ20121013094
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月30日 優先權日2012年4月30日
發明者唐軍華, 崔旭芳, 李鑫, 王豔軍, 董飛, 詹子娜, 賈豔陽, 鄭祥舉, 金龍哲, 韓強 申請人:北京科技大學, 山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦