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让科技成为安全生产的“基因”

来源:    发布日期:2014-08-01 10:04:17   阅读量:0

    在“四个一批”项目实施不到一年的时间里,已产生了一批先进的科技成果,其中部分成果已经在企业中应用,在防范和遏制生产安全事故中发挥了重要作用。
“指哪打哪”的定向钻机
    在地下空间,煤层的分布并不是横平竖直的,普通钻孔机打下去,无法准确控制方向,钻机可能并没有一直在煤层中,而是常常“跑偏”。而定向钻机则能保证钻头方向“永远正确”。通过参照前期测量的煤层分布情况,钻机中的随钻测量装置通过计算,能使钻头一直保持在煤层中;而钻杆不动,只有钻头能转动的“孔底马达”技术,通过钻头上特殊设计的1°弯角,随时调整钻头方向,保持钻头一直保持在煤层中。
    方向控制的精准,对于安全生产来说关系十分重大。我们知道,瓦斯和采煤是伴生出现的,但是瓦斯却是一个影响矿井安全的危险因素。一定浓度的瓦斯足以酿成一场悲剧。所以定向钻机如果在煤层中位置精确,就能最大限度地在钻孔时,将释放的瓦斯气体抽离出来,使安全隐患远离矿道,为下一步的煤炭开采铺设安全之路。
此外,这套定向钻机还能应用在地下水害防治方面。地底漏水后,定向能力超强的钻机可以精确地达到缝隙处,进行注浆堵漏工作,将灾害扼杀在萌芽中。

将爆炸扼杀在萌芽中
    一旦事故出现后发生爆炸,将造成严重后果。所以如果将爆炸扼杀在萌芽中,或者将爆炸的范围缩小,那么事故危害将大大降低。但是爆炸的威力惊人,想要抑制爆炸,又谈何容易?
而这款抑爆装置就能完成这个看似不可能完成的任务。这套系统由紫外火焰传感器、控制器、抑爆器及适配电源组成。当管道发生燃烧爆炸时,传感器将接收到的信号传送到控制器,控制器发出指令触发抑爆器动作,抑爆器内的气体发生剂瞬间进行化学反应,释放出大量气体或者粉尘、水雾,快速与火焰面充分接触,终止燃烧,阻止火焰在管道中继续传播。
这套系统异常灵敏,一个5米外,直径1厘米,高5厘米的小火苗都能触发这套设备的运转。所以在这套设备的帮助下,即便爆炸发生,它也能将爆炸控制在初始或小能量的阶段,防止爆炸的扩大,造成更大的危害。
    而且这套设备在地上和地下均可使用。它自带的电源在断电状态下,还能持续工作2个小时以上。
    为了适应实际的生产需要,这套设备还分为水幕式、以及安装在巷道的巷道式和安装在挖掘机上的机载式。通过组合、多点式的安装,这套系统能形成立体式的抑爆体系,整体控制住事故的规模。

快速救援装备
    在很多灾难片中,深埋在地下的被救人员只能通过救援人员一点点挖通巷道获得救援。他们多希望在被埋时,能在头顶突然开出一个洞口,射入一线阳光。幸运的是,这个愿望现在已经可以实现。
    这项技术叫做救援提升舱。它的工作原理很简单,就是首先利用钻机车,垂直向地下钻孔,然后将像胶囊一样的救生舱降到钻好的孔洞中。被救人员进入救生舱后,再利用地面提放装置将救生舱提升回到地面,完成救援。
    这一整套过程由三部分组成,分别是特种钻机车、救援舱、救援舱提放装置。钻机车负责最开始的钻孔工作。它能钻出直径711毫米、孔深600米救援孔道。而且车载式的钻孔装置机动能力很强,能随需要移动搬迁而且占地面积小。而胶囊式的救生舱虽然每次只能承载一人,但是它的钢缆异常结实,能承受60吨的重量。而且钢缆具有通信和起吊重物两重功用,通过钢缆,被救援者还能在救援舱内和地面进行视频和音频的沟通,并且随时监督钢缆的实时位移。在每秒钟2米的快速移动下,被救人员很快就能到达地面。

更轻便的无线揽地震仪
     地震仪不新鲜,但是无线缆连接的地震仪就比较新鲜了。一般来说,地震仪是通过收集人工安置炸药爆破点激发弹性波或者由地下采掘活动引起的特定波,而对地下进行监测。传统的地震仪是有线连接的,也就是说,主机通过线缆连接各个地震波采集点,采集点不具备数据存储功能,需要将数据直接传回主机。如果采集点达到几百个,那么线缆也将达到这个数量级。一般来说,普通的地震仪一套设备全部下来重达700公斤。
    而无线缆地震仪直接安放在采集点上,将数据收集后,存储在这台只有饭盒大小的仪器中。回到地面后再导出,统一进行分析,所以无需线缆连接。从而将整套设备的重量大大减低。一个人下井,背5、6个地震仪都没有问题。
    有线缆和无线缆在普通人眼中可能无关紧要,但是在地下空间,比如矿井中,差别非常明显。相同的工作,地下要比地上的强度要大得多,所以重量的减轻,无线遥测式的工作方式,对提高工作效率,保障人员安全都有直接的帮助。

可移动的救生过渡站
    井下灾难发生后,可能需要相当一段距离才能达到救生舱。而在到达救生舱之前,如果被困人员的氧气设备损坏或者伤员急需护理,那么这个占地小、经济又实惠的救生过渡站就能很好地发挥中转站的作用。
    救生过渡站和救生舱相比,它的结构更简单,而且过渡站是救生舱体积的25%,占用巷道空间小、拆装方便灵活。同时过渡站性价比高,仅相当于移动式救生舱售价的20%。在关键时刻,它甚至可替代救生舱临时避难。
    麻雀虽小五脏俱全。过渡站的功能一点也不含糊。过渡站具有一定的防冲击能力,而且站内配置压缩氧自救器、高压储气瓶及呼吸面罩、便携式氧气检测仪、一氧化碳检测仪、正压式氧气呼吸器、应急矿灯、荧光棒、防爆手电、医疗急救包等。
    在矿井压风系统受损无法使用的情况下,过渡站储备的压缩空气可为避险人员提供2个小时的呼吸防护。逃生状态下,能为避险人员提供不低于100分钟的呼吸防护。

机动灵活的侦查飞行器
    灾难随时可能发生在地面和地下。但不管是地面和地下,有时都可能受到环境因素的制约,使救援人员无法及时接近现场。而这台小型飞行器,则弥补了这个缺憾,不管是地面还是地下,都畅通无阻。
    这是一款四旋翼飞行器,它具有500克的载重能力。别看它不起眼,但是工作能力异常凶猛。它搭载了微型视频摄像机,将摄像的数据通过无线网络传输至远程平台。此外,它还能进行语音、文本 、控制命令的传输。而且搭载的传感器,还能检测井下的危险气体,并通过飞行器实时地将检测数据通过无线方式上传至接收端进行显示。
    而且飞行器自身的无线WIFI遥控技术,使救援人员能在远程对它进行操控,并在需要重点“观察”的区域,进行稳定地悬停拍摄工作。
    这款侦察飞行器最厉害的地方,在于它的“无线多跳数据传输”技术。传统的飞行器,在飞行探测超过一定距离时,它的通信带宽、距离减小,语音、视频、控制命令、数据将得不到有效传输。而利用这套技术,这款飞行器可以在无论是地面还是井下都拥有清晰度很高的数据传输功能。为救援提供宝贵的参考资料。
3D构建全真地下矿道
    拿着一摞厚厚的资料,里面充斥着满满的专业应急逃生知识和密密麻麻的管线分布图。这样的学习材料看着就让人头疼。如今,依托数字化的手段,看一部3D电影的功夫,这些就能了然于心。
这套系统的全名叫做“三维模拟与逃生演练培训系统”。进入这套系统的界面,就像进入了一个专业水准极佳的游戏界面。不但地面的厂房,各类机械设备全部被3D技术渲染的惟妙惟肖。就连地下错综复杂的各类管线、巷道的布设情况也以1:1的比例立体地呈现出来。在这套系统里,真实的矿井被精确演绎,无需想象,直观显现。
    这套系统不但能模拟事故发生的情景,进行仿真的逃生演练。在真正发生事故时,它也极具价值。因为这套系统不但全真模拟了矿道的布局,甚至连瓦斯监控等小设备的位置也高度还原。而且这些仿真监控设备又和真实设备相连,在灾害发生时,从这张3D沙盘上,就能看到各个点位的包括温度、气体浓度、压力等诸多数据,帮助救援时决策。
可移动的小型应急指挥平台
    最后几十米甚至最后10公里,往往因为突发事件、道路不通、环境污染等诸多因素成为应急现场信息最难获取的一段距离。而这套设备可由单人携带,是名符其实的小型移动应急指挥平台。它的性能十分优异,2分钟内就能开启使用,连续6小时的续航时间,甚至在零下40的环境也能正常工作。
突发事件发生时,现场应急平台为第一时间抵达事发现场的指挥人员提供多种通信手段(3G和卫星),快速将事发现场情况传输至相关应急平台。实现“现场——指挥中心”一体化协同应急。同时,现场应急平台可以作为指挥人员的便携式机动指挥平台,帮助指挥人员随时了解和掌握突发事件发生发展状况,进行应急决策和指挥的重要工具。


 “救生舱内的新科技”
井下的“诺亚方舟”
    在发生灾难时,井下的救生舱就像诺亚方舟一样,能盛载着被困人员,帮助他们增加生还的几率和希望,并为救援赢得宝贵时间。
    而这款“煤矿紧急避险救生舱”,能为避难者提供更为舒适和安全的避难环境。在这款救生舱内,救援设备十分丰富,其中包括气幕喷淋装置、供氧装置、有害气体去除装置、降温除湿装置、环境监测装置、救援通信装置、动力装置、个体防护、照明及其它保障装置。各装置协同运行,能为避难者提供不低于106个小时的安全防护。
    尤其值得一提的是,舱内的环境监测装置和同类技术相比,安全性更高。以往的同类设备在检测舱外气体时,有可能会造成舱外的有毒气体回漏到舱内。而这款救生舱能够完全杜绝这个现象。而且救生舱隔绝有害气体的能力也更强。舱外气体进入舱内每小时不高于10帕,远低于国家标准的350帕每小时。
智能工作的锂电池
    这款“隔爆型锂离子蓄电池电源”是和救生舱搭配使用的,能保证避险设施内的电子设备长期工作。所以这款锂电池的体积更小,但是容量更大,如果每小时用电1安培,一台锂电池可以连续工作60个小时。
    而这款锂电池的智能之处就在于,它能够自动选择性能最好的电池进行供电。在多个电池共同使用的环境下,往往只有一个电池提供主要电源。电池中的相关设备,能够自动甄别出性能最高、电容量最大的一个电池进行主供电,当这个电池的电量耗尽后,再依次选择性能最佳的电池进行供电。此外,它还能自动甄别出有故障的电池,将它排除在候选使用电池之列。通过这套智能选择装备,保证供电的安全和平稳。
    此外,针对使用环境的严苛性。这款电池还具有隔爆的特点。因为如果在高瓦斯的情况下,环境中的火焰,甚至是设备自身发出的一点点小火星都能引起一场爆炸,而电池独有的隔爆系统,能将这些危险隔绝开。
可通讯的氧气面罩
    这款隔绝式压缩氧自救器用于煤矿井下作业人员在发生瓦斯突出,火灾爆炸等灾害性事故以及救护人员在呼吸器发生故障时迅速撤离灾区使用。
这款自救面罩带有语音传递功能,能在佩戴面罩的情况下和其他人员进行交流,便于救援。 采用的是半面罩式。半面罩采用低鼻梁,低轮廓设计,内衬表面经特殊处理与脸部更贴合,不易滑动。同时半面罩能够防止全面罩因呼吸的湿气凝结导致的视线受阻问题。面罩外采用的聚酰胺铝箔材料,具有耐高温、抗腐蚀、防静电等优点。
温湿度传感器
    以往的传感器设备,只测矿井中的温度,而不测湿度。但是实际上,矿道内的湿度对人体的影响是很大的。如果不理解,可以想想桑拿天里,人们的精神状态。而矿道中的湿度,比桑拿天更甚。所以这个设备可以连续监测温度、湿度参数。检测参数有效范围是:温度是-5到50摄氏度,而湿度是0到100%。传感器采用高性能敏感元件、微电子技术等,在极限环境下,性能也非常稳定。而且传感器的集成度很高,不需要校准。
    此外,传感器还可以连接一些相关设备。在监测到超出安全限制的参数后,传感器可以触发降温、除湿设备开始工作。将环境中的温度、湿度降到正常范围内。
“可预测未来”的气体分析化验车
    这款气体分析化验车是一种应急救援车,在事故发生后可以快速机动到事故现场,对有毒有害气体成分进行分析、检测,为地面救援指挥部决策提供有力的指导依据。
车内主要配备电力供应装置、气体采样装置、气体分析装置、气体处理装置及固定架、检测分析仪器仪表等设备设施。可以对现场环境中的粉尘含量、二氧化碳、一氧化碳、砷化氢、氰化氢、金属矿山的发射性物质等进行监测。
    而这辆检测车的独到之处就在于它能够“预测”未来。比如在几个时间段内,测得环境中一氧化碳浓度从0.5%上升到了1%;而氧气浓度由21%下降到了19%。单从参数上看,这四个浓度全部都在安全限制之内。而通过分析运算,检测车内的系统会根据这一变化趋势给出一个预警,就是如果继续这样持续下去,就可能会发生危险。此外,这款车还相当智能,它“记住”以往处理事故时的成功方案,如果再遇到类似事件,就会将当时情况调出,并给出之前的成功解决方法和步骤,供这次参考。
(以上成果来自:中煤科工集团西安研究院、煤炭科学研究总院沈阳研究院大连分院、煤炭科学研究总院、中煤科工集团重庆研究院等单位,排名不分先后)

链接:“四个一批”其他先进成果简述
1、原始煤层瓦斯含量快速测定技术装备,取样深度从30米提高到120米,测定时间由3天缩短到30分钟,实现了由地面实验室测定到井下就地测定的转变。
2、电子和机械感应式自动隔爆装置,用于工作面、巷道或管道中抑制和阻断瓦斯煤尘爆炸,响应时间由25毫秒减至10毫秒,有效抑爆持续时间由10毫秒延长至1秒以上。
3、大功率矿井潜水电泵,最大功率4000千瓦,最高扬程1700米,最大流量1100立方米/小时;可立、斜、卧安装运行。
4、快速管接头,单个管口连接时间由原来的40分钟缩短到5分钟。
5、防爆井下灾区探测机器人,解决了煤矿井下“0区”防爆等问题,最大行进距离1500米,连续供电时间4小时,能到达救灾人员不能到达的区域,自身携带传感器和摄像头,可将灾区数据和图像传送到地面救灾指挥部。