目前礦山災害已經成為社會關注的焦點，如何加強礦山災害預警與應急救援工作，把礦山災害的不良影響與損失減少到最低程度，這不僅是礦山企業面臨的重大問題，也是社會和國民經濟可持續發展的重大問題。因此，建立適應社會主義市場經濟體制要求的礦山災害預警系統，進一步加強災害救助技術的研究與開發是保障礦山安全生產的基礎，對國家的穩定發展，建立和諧社會具有特殊的意義。 

現有的礦山安全監控系統在一定程度上起到了減少事故發生的效果，但總的來說還存在很多不成熟不完善的地方，特別是現有礦山安全保障系統的預警功能不強，基本上停留在報警而不是預警這樣的一個水平上，雖然各種災害因子的監測和預報技術也有一定程度上的應用，到目前為止還沒有形成成熟的技術，沒有成為一個完整預警系統的一部分。因此搭建新型的礦山預警救助技術平臺，融合現有礦山安全監控監測系統，建立完善成熟的礦山危險因子檢測、預警技術以及先進的安全生產管理技術依然是亟待解決的問題。 

礦山災害預警與救助新技術體系的設計目標是為我國礦山安全生產建立一套既兼容現有設備又能提升性能的預警、應急及災后救助新技術體系。主要包括災害因子監測技術體系、災害預警信息管理系統、災害搜索救援新技術體系、礦山通訊新技術四大部分，另外還有新型礦山安全監控系統。整個系統將以RFID+GIS作為基礎平臺，將各部分統一管理起來(如圖1所示)。 

1 礦山災害因素探測技術體系   

礦山災害因素主要包含以下兩類：一類是由于地質災害引起的礦山災害，如地震、洪水、泥石流等引發的礦山災害；另一類是與礦山生產條件相關的重大事故引起的災害，在礦山開采過程中，隨著開采和掘進工作面的推進，采場、頂底板、圍巖、地表都在發生相應變化，礦山壓力、礦井瓦斯、礦井涌水等屬于主要危險因素。目前，能夠用于礦山災害因素探測技術體系包括： 
(1)TSP(TST)及地質雷達超前預報技術。利用長隧道地震探測技術結合探地雷達電磁探測技術對采掘工作面前方進行超前監測、預測、預報。 
(2)礦山開采區定點應力監測與塌陷區評估技術研究。利用現代電子、通信技術，結合物理實驗，開發用于定點應力實時監控的設施，做到低成本、能傳輸、易監控。 
(3)多種地下水探測與監控技術。在現有探測地下水儀器設備的基礎上，采取動態(如跟隨掘進或開采過程的監控)和靜態(在主要坑道固定埋設探測儀器)方式，設計和研發新型的地下水探測與檢測技術系統。力爭使礦山開采過程中的水害問題得到很好改善。 
(4)礦區地表形變及地質災害監測與評價。利用遙感技術，通過GPS、衛星圖像、雷達數據、合成孔徑雷達干涉測量技術等對礦區地質作用，如：開采和挖掘、地下水運動、洪澇災害以及其他應力或因素造成的地表坍塌、變形等進行監測與評價。 
(5)礦山開采過程中瓦斯濃度快速檢測技術。利用電子技術與化學檢測技術結合，重點研制低成本、便捷、高效、可記錄的瓦斯濃度快速檢測與報警技術。 

目前，物探技術在井下災害超前預報方面的主要技術是：TSP地震波探測技術、TEM瞬變電磁探測技術、直流電法等技術。現實狀況是三種主要探測方式的單獨使用都不能很好地解釋井下小區域的精細地質情況，只有將三種探測方法結合起來，配合礦區開采前期的大尺度物探資料才能更加合理地解釋地質異常。 

2 礦山災害預警信息管理系統 

高效的礦山災害管理系統是礦山安全中一個重要的環節，它能夠預防大多數的井下人為事故的發生，并在很大程度上能夠實現災害因子的可視化，監測井下災害因子的變化，根據各災害因子測量值綜合分析災害發生的可能性，給出相應災害預警等級等功能。同時在災害發生之后能夠為救援工作提供大量的災前資料以指導救援行動。 

現有的礦山預警管理系統對井下人員的管理明顯不足，對井下情況的掌握基本上依靠打電話訊問和有限的攝像機所得來的視頻信息等初級手段。另外，現有管理系統預警功能的不完善導致預警管理系統成了報警管理系統，在災害發生之后才給出報警，不能體現礦山安全系統“預防為主，防治結合”的指導原則。新型礦山安全預警管理技術平臺將在井下人員及設備管理、井下重要參數的可視化技術、礦井管理電子地圖管理、整合眾多監測儀器功能實施災害預測預報方面進行重大改進。 

災害預警管理系統包括前端數據采集、信號傳輸通道、綜合預警算法研究、聯動控制及信息發布。 

整個預警管理系統的核心骨架RFID+GIS結合現有礦山安全監控系統和井下通訊系統搭建(如圖2所示)。 

近年來RFID(射頻識別技術)的出現為井下安全生產管理以及災后救援行動提供了一套全新的思路。RFID的定位識別功能、信息攜帶傳遞等功能使得井下人員分布、考勤管理、移動車輛管理、重要設備物資管理、災后人員的快速搜救等成為可能。 

RFID可以監測人員分布也可以監測人員及車輛的移動情況一RFID技術具有動態管理能力。 

目前，國內已經有一些單位開始在井下試用RFID管理考勤系統，但是還存在兩個方面的問題：首先是功能開發不完善，基本停留在考勤和人員查詢功能上，沒有將RFID作為一個平臺來使用；其次是沒有與現有監控管理系統以及地理信息系統結合起來，不能形成一個完整的系統，缺乏宏觀的管理功能。 

GIS地理信息系統是以地理信息為主要內容的數據庫技術，它具有強大的空間管理和分析功能，并提供強大的可視化功能。GIS系統的優勢在于靜態管理和可視化技術，利用它我們可以在礦山開采過程中形成一個可視化的電子地圖，形象直觀地進行礦山生產管理。我國礦山生產管理研究中GIS的概念早有提出，然而在沒有與其他相關技術融合的情況下，GIS技術并沒有在礦山生產管理中取得很大的成功，因為它是靜態的，缺乏了動態管理、監測功能。 

將RFID的動態監測技術與GIS的靜態管理技術相結合，整個礦山安全管理系統性能將會提升到一個新的水平。RFID技術與GIS技術相結合的災害預警救援技術平臺總結如下：①實現危險因子實時監測及可視化；②管理井下人員分布、人員經過路徑查詢、車輛跟蹤、重要物品及設備管理；③利用空間分析功能，為災后井下人員疏散提供最佳路徑分析；④利用移動式RFID技術進行生命搜救；⑤ 自動統計每日煤產量；⑥結合現有監控系統實現重要設備運行參數可視化。 

3 礦山災害搜索救援新技術體系 

目前我國的礦山災害救援設備依然停留在一個較低的水平上，一旦發生嚴重安全事故，人員傷亡巨大，巷道破壞嚴重，救援工作難度很大，這對救援技術和設備提出了更高的要求。為了對被困人員實施高效有序的救援，除了要確保緊急救援隊伍反應迅速、機動性高和突擊性強之外，同樣重要的是要配備必要的高新救助技術設備，先進的救助技術與裝備，這是提高救助成功率、最大限度減輕人員傷亡的技術保障。 

“十五”期間，在“十五”科技攻關項目資助下我國研制成功了聲波／振動生命探測器、熱成像生命探測器、光學生命探測器這三種生命探測儀。這三種生命探測儀的研制成功大大的提高了我國災害救助裝備的技術水平，現階段已經進入使用推廣階段。通過改進使其具備防爆、耐腐蝕、本質安全等井下特殊要求，三種生命探測儀完全可以從現在的地震災害救援領域移植到礦山災害救援領域上來。 

繼三種生命搜索儀之后，近年來災害救援技術和裝備如搜救機器人搜救技術、新型低頻電磁探生儀、超寬帶電磁探測等都取得了一定成果。同時，通過引進與分析美國的DKL生命搜索技術和PED(Personal Emergency Device) 人緊急裝置系統等設備，其關鍵技術新型的人體低頻靜電場探測技術和礦井指揮管理技術也開始進入人們的研究視野。 

在救助技術及策略方面我們可以借鑒已有的地震災害救助技術及策略，進一步總結出適合礦山災害救助的新型科學的救助體系： 
(1)超寬帶探測技術。利用超寬帶電磁場的特征，通過超寬帶電磁波的散射，反射信號的處理、解釋、識別等研究，完成信號的實時處理與成像方法研究，進而建立判別有效信號及確定探測目標體的有效位置的處理方法。 
(2)救援機器人技術。復雜危險的災害現場給救援工作人員及幸存者帶來了巨大的安全威脅，也會阻礙救援工作快速有效地進行。使用救援機器人進行輔助搜救是解決這一難題的有效手段。解決救援機器人搜救策略及救援機器人本身適應災害環境等問題是救援機器人研究的重點。 
(3)低頻電磁波探測技術。人體心臟每跳動一次將發出一種30赫茲以下超低頻電波，該電磁波將在人體周圍360度擴展形成超低頻非均勻電磁場。心臟的超低頻電磁場可以很容易穿透鋼筋混凝土凝墻，鋼板，木板，水以及其它反射吸收高頻信號的障礙物。通過測量這個微弱的磁場則可以實現對被困人員的定位和救助。 
(4)人體氣味探測技術。搜救犬雖是目前對人體氣味進行搜索的最有用的工具，然而其較短的有效工作時間(20—30Min)以及對人員經驗的依賴性都促使我們去開發能夠在一定程度上代替搜救犬工作的電子鼻。 
(5)PED緊急救援指揮系統。PED(Personal Emergency Device)系統是一種超低頻的能夠穿透大地的應急呼叫、控制以及爆破作業系統，將超低頻(ULF，Ultra Low Frequency)與高能量傳輸系統結合使得PED信號能夠穿透幾百米的巖石層。礦下任何地方的人員通過安裝在頭盔上的小型天線便可以收到信號，PED是一種相當有效的緊急通訊系統，它不僅能夠向礦下人員發出危險警告，而且能夠發布具體的危險信息如：火災發生地在哪里，選擇哪一條撤退路線等。 

生命搜索救助技術的體系框圖如圖3所示。 

4 礦山新型通訊技術 

我國礦井通信目前存在的主要問題：一是缺乏可靠的、覆蓋面寬的移動通信系統；二是通信系統的網絡化、綜合化程度不夠；三是抗災害、事故的能力差。目前通信系統以有線為主，一旦發生災害事故，線路極易損壞，造成通信中斷。礦山通訊系統包括兩部分：井下通訊系統和透地通訊系統。井下通訊系統現階段多以有線方式通訊，無線通訊方式及感應通訊方式雖有一定應用但因技術問題還沒有成為井下通信的主流。目前處于研制實驗階段的井下通訊方式有：動力載波通信、感應通信(漏泄通信)、無線蜂窩(小靈通)通訊、超寬帶通訊技術、低頻通訊技術等。井下無線通訊目前應該重點解決定向天線研究、無源電磁中繼、井下巷道電磁波吸收模型模擬的等關鍵技術。 

透地通訊技術是一項新出現的技術，在國外如南非等國家從2O世紀6O年帶就開始了低頻透地通信的相關實驗，我國在此方面基本上空白，近年來隨著國外低頻透地通訊技術的深入研究，國外一些公司已經開發出一些商業化的透地通訊技術，其中比較著名的是澳大利亞一家公司開發的PED應急指揮系統。1999年我國山西大同煤礦也引入了這套系統。目前，我國還不具備這項技術，因此研究低頻透地通訊技術對于加強我國礦山基礎技術開發和打破國外技術壟斷具有重要的意義。 

根據我們在地震災害超寬帶電磁波探測的研究結果來看，由于具有能量聚焦和慢衰減特性超寬帶電磁波技術也必將成為透地通訊的一個重要的技術選擇。 

5 礦山安全監控技術體系 

我國現有安全監控體系對我國礦山安全生產起到了一定的重要作用，但與國際上發達國家對比差別較大，如①相互問不兼容，智能程度低；②主要采集災害危險因素和信息量及其所帶設備數量少，信息傳送速度慢，報警查詢速度慢；( 控制功能弱，或者基本不具備遠程控制和智能控制等功能。因此，新型礦山安全監控系統的研制與開發十分重要。 

(1)新型礦山安全監控系統的特點。新型礦山安全監控系統將基于網絡，實現礦山安全監控的數字化、網絡化、智能化。提高信息傳送速度，增強交互功能，增加所帶設備數量，增強監控系統的控制功能，實現遠程監控。應急聯動控制中心站結合網絡智能執行終端將實現預警信息下自動實施報警聯動功能。 

(2)新型礦山安全監控系統擬采用的技術。①數字視頻網絡傳輸技術：根據具體情況采用TCP／IP協議或者UDP協議進行傳輸；②應急聯動中心站：應急聯動中心站接收前端檢測探頭的數字信息和遠程控制主機的指令執行數字圖像的通道切換，報警聯動信息的發出等。 

(3)新型礦山安全監控系統的主要技術難點。數字圖像的高效壓縮與傳輸技術和應急聯動中心的聯動技術。根據礦山安全監控圖像要求的特點，使用低碼流的圖像壓縮編碼方法，在不嚴重影響效果的情況下可適當降低圖像視頻質量，以最大限度地降低對網絡帶寬的要求。 

作者簡介：王緒本(1956一)漢族，安徽阜陽人，博士，教授，博士生導師，成都理工大學研究生院常務副院長、教育部(四川省)地球探測與住處技術重點實驗室主任，四川省地質學會物探專業委員會主任，四川省地震學會地震災害防治專業委員副主任，中國地球物理學會理事、地球電磁專業委員會副主任，美國SEG委員，四川省有突出貢獻優秀專家，享受國務院政府特殊津貼，成都市政協委員，重點致力于地球探測與信息技術學科專業領域，主要研究方向包括電磁探測、災害搜索技術與救助理論等，已出版專著2部，公開發表學術論文50余篇，有12篇論文被SCI、EI、ISTP檢索。