[01817867]矿山救援钻孔多源生命信息融合关键技术研究

我国煤炭赋存条件复杂,瓦斯爆炸等重特大事故仍时有发生,严重威胁煤炭的安全高效开采。科学及时的应急处置是减轻事故后果的关键一环。尤其是在矿山事故发生初期,被困人员若能得到及时的救护,将极大提高生还希望。然而灾区环境复杂多变,地面人员难以及时掌握井下遇险人员情况,导致救护工作缺乏针对性,进而错过最佳救灾时机。因此,如何准确获取井下灾区环境信息、快速发现被困遇险矿工并准确定位,避免伤亡进一步扩大、减少人员和财产损失、限制灾害蔓延,已成为煤矿重特大事故科学高效救援的关键。习近平在中央政治局第十九次集体学习时也特别强调,强化应急管理装备技术支撑,提高突发事件响应和处置能力,是一项紧迫而又长期的任务。 项目围绕上述关键问题,开展了系统地研究与科技攻关。得到了超宽带雷达波在煤中传播衰减规律,提出了视音频、环境多参数同步采集与传输方法,研发了多方式智能动态补偿远距离传输技术,构建了隐蔽空间生命信息智能识别与快速定位技术,研制了矿山救援钻孔多源生命信息融合探测系统。主要科技技术内容和指标： （1）实验测定了不同变质程度煤的电性参数,揭示了100MHz-1.0GHz范围内煤的介电常数、电阻率随变质程度的演变规律,构建了雷达波传播衰减系数表征关系,揭示了雷达波在固气交界面处的反射与折射规律,建立了超宽带雷达波在煤体内的传播衰减模型。 （2）开发了具有实时监测、数据分析、存储与显示等功能于一体的软硬件平台,研发了一种无线/有线智能无缝切换、动态补偿的本安型长距离信息传输技术,可实现视频、音频和环境多参数（温度、CO、CO2,CH4、O2等八种物理量）等不同粒度信息的同步采集,以及救援钻孔有限空间内多源信息的长距离可靠传输。 （3）构建了基于深度学习理论的多源信息融合模型,揭示了激励源、中心频率、变质程度和探测距离等复合条件下雷达波穿透煤体的特征演化规律,确定了雷达波探测的最佳参数,提出了空载/加载生命信息雷达回波特征提取方法,研发了隐蔽空间生命信息智能识别与快速定位技术。 （4）采用双重多级化限压、限流技术,将故障电路的短路关断时间降低到160ns以下、火花能量低于40μJ,研制了大容量便携式本安电源,满足了矿井灾变环境电气探测设备的安全要求。研发了具有红外/可见光双视图像、双向音频、环境多参数在线监测、雷达穿透探测等功能的矿山救援钻孔多源信息融合探测系统。 成果的创造性与先进性： （1）研发出一种适用于地面小直径钻孔内长距离多源信息智能融合侦测与可视化系统,该系统满足以下指标：雷达穿透煤层距离≥5m;无线信号水平传输距离≥500m：钻孔中垂直传输距离≥800m;连续工作时间≥8小时。 （2）研究了异质传感器的信息融合和识别原理,分析了不同种类信息的融合技术和处理模式,通过使用分布式传感器的布置方式,集中优化信息融合效果,减少信息传输遗漏、堵塞等情况的发生,增加信息传输效果。 （3）采用无线+有线的传输方式,解决钻孔中信息远距离传输的难题,调整信息传输布置,提高信息传输距离,在钻孔有限空间内实现多源信息的可靠传输。 （4）采用多级独立的过流、过压保护和电池专用保护主控芯片,短路关断时间和火花能量均优于国家标准,实现了便携式电源设备在爆炸性气体环境下的本质安全。 （5）开发一套超宽带雷达生命信息探测装备,可以结合音视频、环境参数及人员信息进行多源信息分析处理,其可穿透一定厚度的煤岩,实现对坍塌体背后的人员搜救。 项目成果授权发明专利4项,实用新型专利4项,外观设计专利3项,软件著作权2项,发表学术论文14篇（其中SCI检索6篇、EI检索1篇）,出版专著1部,相关产品获煤安认证3项,培养博士2名,硕士5名,研究成果经中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平。2018年,被列入“国家级安全生产应急救援基地建设项目配备清单”。本项目的技术成果在山东平邑石膏矿等事故救援中进行了成果应用。该技术可向全国各大矿区和救护队进行推广应用,提高我国应急救援能力水平。