煤矿行业作为高风险行业，其安全生产始终是重中之重。随着科技的发展，技术保障措施在预防和应对煤矿事故中发挥着越来越关键的作用。本文将从预防和应对两个维度，详细探讨如何通过技术手段有效预防煤矿事故，并在事故发生时迅速、科学地应对突发安全挑战。
一、 预防阶段：构建多层次、智能化的技术保障体系
预防是安全生产的第一道防线。通过技术手段构建一个全方位、立体化的预防体系，能够从源头上降低事故发生的概率。
1. 智能化监测与预警系统
核心目标： 实时感知井下环境与设备状态，提前发现隐患，发出预警。
关键技术与措施：
环境参数监测：
- 瓦斯（CH₄）浓度监测： 在采掘工作面、回风巷、上隅角等关键地点部署高精度激光或红外瓦斯传感器，实现24小时不间断监测。当浓度超过预设阈值（如0.8%预警，1.0%断电）时，系统自动报警并切断相关区域电源。
- 一氧化碳（CO）与温度监测： 防止煤炭自燃和火灾。在采空区、密闭区布置CO传感器和温度传感器，通过数据分析预测自燃风险。
- 粉尘浓度监测： 在转载点、运输巷道安装粉尘传感器，联动喷雾降尘装置，降低粉尘爆炸风险和职业病危害。
- 风速与风量监测： 通过风速传感器确保通风系统稳定，防止瓦斯积聚。
设备状态监测：
- 大型设备健康诊断： 对主通风机、主排水泵、提升机等关键设备安装振动、温度、电流传感器，利用边缘计算进行实时状态评估，预测性维护，避免设备故障引发连锁事故。
- 皮带运输机监控： 安装跑偏、纵撕、温度传感器，防止皮带打滑、跑偏引发火灾或机械伤害。
人员定位与安全状态监测：
- UWB/RFID精确定位： 实现井下人员厘米级定位，实时掌握人员分布，紧急情况下可快速定位被困人员。
- 智能矿灯与穿戴设备： 集成生命体征监测（心率、血氧）、跌倒检测、气体报警等功能，为矿工提供个人安全防护。
举例说明： 某大型煤矿部署了“煤矿安全智能预警平台”。平台整合了全矿1200多个传感器数据。2023年某日，系统监测到1203综采工作面上隅角瓦斯浓度在10分钟内从0.4%缓慢上升至0.7%，并伴随风速轻微下降。平台AI算法分析认为这是顶板周期来压导致采空区瓦斯涌出增加的典型前兆，立即发出三级预警（黄色），通知现场班组长加强监测并调整通风。同时，系统自动将预警信息推送至矿调度室和通风科值班人员手机。由于预警及时，现场人员提前采取了加强通风和瓦斯抽放的措施，成功避免了可能发生的瓦斯超限事故。
2. 智能化采掘与支护技术
核心目标： 减少人员在危险区域的暴露时间，提高作业环境的安全性。
关键技术与措施：
智能化采煤工作面：
- 液压支架电液控制系统： 实现支架的自动跟机移架、推溜，减少人工操作，避免顶板事故。
- 采煤机记忆截割与远程操控： 采煤机根据预设程序自动截割，操作人员可在相对安全的顺槽或地面控制中心进行远程监控和干预，实现“少人则安”。
- 刮板输送机智能控制： 根据煤量自动调节速度，防止过载压死。
智能化掘进技术：
- 掘进机远程操控与自动截割： 在巷道掘进中，操作人员可在后方安全区域通过视频和传感器数据远程操控掘进机，避免在迎头直接作业。
- 临时支护机器人： 在掘进工作面使用自动临时支护装置，快速形成安全顶板，为后续作业提供保障。
智能通风与瓦斯抽采：
- 智能通风系统： 根据井下瓦斯、人员分布、生产计划，自动调节主要通风机频率和井下风门开闭，实现按需供风，既节能又安全。
- 定向长钻孔瓦斯抽采： 利用随钻测量技术，实现精准钻孔，高效抽采瓦斯，从根本上降低瓦斯涌出量。
举例说明： 某矿采用“智能化综采工作面”技术。工作面配备120架电液控支架、1台远程操控采煤机和智能刮板输送机。操作人员在距离工作面200米外的顺槽控制中心，通过高清视频和传感器数据监控整个工作面。系统自动完成割煤、移架、推溜循环。当遇到地质构造带时，系统自动降低速度并报警，操作员介入调整。该技术使工作面单班作业人员从12人减少至5人，且连续3年未发生顶板和机械伤害事故。
3. 人员行为与培训技术
核心目标： 规范人员操作，提升安全意识和应急能力。
关键技术与措施：
VR/AR安全培训：
- 虚拟现实（VR）事故场景体验： 模拟瓦斯爆炸、透水、顶板垮塌等事故场景，让员工在虚拟环境中感受事故后果，增强安全意识。
- 增强现实（AR）操作指导： 在设备检修时，通过AR眼镜叠加显示操作步骤、安全注意事项和故障代码，指导员工规范作业。
智能行为识别：
- 视频AI分析： 在关键区域（如井口、主要巷道）部署摄像头，利用AI算法识别不安全行为（如未戴安全帽、违规穿越皮带、疲劳作业等），实时提醒并记录。
举例说明： 某矿建立了“VR安全实训中心”。新员工入职后必须完成至少8小时的VR培训，包括“井下避灾路线行走”、“瓦斯超限应急处置”、“自救器使用”等模块。培训后进行考核，不合格者不得下井。据统计，该矿新员工上岗后首年的违章率下降了60%。
二、 应对阶段：建立快速、精准、协同的应急响应技术体系
当事故不可避免地发生时，技术保障措施的核心目标是最大限度地减少人员伤亡和财产损失。
1. 应急通信与信息指挥系统
核心目标： 确保事故现场与地面指挥中心之间通信畅通，信息准确传递。
关键技术与措施：
多模融合通信网络：
- 有线通信： 井下有线电话系统作为基础。
- 无线通信： 部署矿用4G/5G或Wi-Fi 6网络，支持语音、视频、数据传输。
- 应急广播系统： 覆盖全矿井，用于发布紧急指令和撤离通知。
- 人员定位系统： 实时显示被困人员位置。
应急指挥平台：
- “一张图”指挥： 整合GIS地图、人员定位、环境监测、视频监控、设备状态等数据，在指挥中心大屏上实时展示事故态势。
- 多方协同通信： 支持地面指挥中心、井下救援队、医疗、消防、政府监管部门之间的视频会议和即时通讯。
举例说明： 某矿发生局部火灾事故。地面指挥中心通过应急指挥平台，立即调取火灾区域的视频监控，查看火势和人员分布。通过人员定位系统，确认有3名矿工被困在回风巷。指挥中心通过矿用5G网络，直接与井下救援队长进行视频通话，下达指令。同时，平台自动生成最优救援路线，并将被困人员位置实时共享给救援队。整个过程信息传递无延迟，指挥决策高效。
2. 智能化救援装备与技术
核心目标： 提升救援效率，保障救援人员安全。
关键技术与措施：
侦察与探测机器人：
- 防爆侦察机器人： 搭载热成像、气体传感器、高清摄像头，进入危险区域（如火灾、瓦斯超限区）进行侦察，将现场画面和数据传回指挥中心，避免救援人员盲目进入。
- 生命探测仪： 利用雷达、声波或红外技术，探测被困人员生命迹象。
快速支护与破拆装备：
- 快速支护机器人： 在巷道冒顶区域，使用机器人快速架设临时支护，为救援开辟安全通道。
- 液压破拆工具： 用于快速破拆障碍物，营救被困人员。
个体防护与生命支持：
- 正压氧气呼吸器： 为救援人员提供长时间呼吸保障。
- 自救器与应急避险舱： 在井下关键地点设置避险舱，配备氧气、水、食物和通信设备，为被困人员提供临时生存空间。
举例说明： 某矿发生透水事故，部分巷道被淹。救援队派出防爆侦察机器人进入被淹巷道侦察。机器人通过热成像发现被困人员在巷道高处，通过气体传感器确认该区域氧气充足。机器人将实时画面和位置信息传回指挥中心。救援队根据信息，使用快速支护装备在被淹巷道入口处建立安全区，然后派遣携带正压氧气呼吸器的救援人员，沿着机器人开辟的路线，成功将被困人员救出。
3. 灾后恢复与智能分析技术
核心目标： 科学分析事故原因，防止类似事故再次发生。
关键技术与措施：
事故过程重建：
- 数字孪生技术： 建立矿井的数字孪生模型，将事故前的监测数据、视频记录、设备状态等输入模型，模拟事故发生的全过程，精确分析事故原因。
- 黑匣子数据记录： 类似飞机黑匣子，记录关键设备（如通风机、水泵）在事故发生前后的运行数据，用于事后分析。
智能分析与知识库：
- 大数据分析： 对历史事故数据、隐患数据、监测数据进行关联分析，找出事故发生的潜在规律和风险点。
- 事故案例库： 建立国内外煤矿事故案例库，通过AI进行智能匹配和推荐，为制定预防措施提供参考。
举例说明： 某矿发生瓦斯爆炸事故后，调查组利用数字孪生技术进行事故重建。通过导入事故前24小时的瓦斯浓度、风量、人员定位等数据，模型模拟显示，爆炸点位于采空区，原因是老顶周期来压导致采空区瓦斯大量涌出，而通风系统未能及时调整风量，造成瓦斯积聚。这一精准的分析结果，为后续制定针对性的“采空区瓦斯涌出动态调控”技术方案提供了科学依据。
三、 技术保障措施的实施与挑战
1. 实施要点
- 顶层设计与规划： 将技术保障措施纳入企业整体安全发展战略，制定详细的实施路线图。
- 资金投入： 确保足够的资金用于技术装备的采购、更新和维护。
- 人才培养： 培养既懂煤矿业务又懂信息技术的复合型人才。
- 标准与规范： 严格执行国家和行业技术标准，确保系统兼容性和数据安全。
- 持续改进： 定期评估技术措施的有效性，根据新技术发展和事故教训进行迭代升级。
2. 面临的挑战
- 技术成本高： 智能化系统初期投入大，对中小型煤矿构成压力。
- 系统集成复杂： 不同厂商的设备、系统之间数据接口不统一，形成“信息孤岛”。
- 人员适应性： 部分老员工对新技术存在抵触心理，需要加强培训和引导。
- 网络安全风险： 工业控制系统联网后，面临网络攻击威胁，需加强网络安全防护。
四、 结论
煤矿事故技术保障措施是一个从预防到应对的完整闭环体系。通过构建智能化监测预警、采掘支护、人员培训等预防体系，可以大幅降低事故发生的概率；通过建立快速通信、智能救援、灾后分析等应对体系，可以在事故发生时最大限度地减少损失。未来，随着5G、人工智能、大数据、数字孪生等技术的深度融合，煤矿安全技术保障将更加精准、高效、智能，为实现“零死亡”目标提供坚实的技术支撑。然而，技术只是工具，其有效性的发挥最终依赖于科学的管理、严格的执行和持续的安全文化培育。只有将技术、管理和人三者有机结合，才能真正筑牢煤矿安全生产的防线。