摘要：本文簡要總結(jié)了“十一五”期間安全生產(chǎn)應(yīng)急救援科研工作取得的成效和存在的問題。針對近年來重特大事故搶險救援中具有普遍性的技術(shù)難點問題，在掌握比較現(xiàn)有技術(shù)特點和缺陷的基礎(chǔ)上，分析提出了“十二五”期間應(yīng)急救援重點科技支撐項目需求，同時提出了進一步加強安全生產(chǎn)應(yīng)急救援科技工作的對策思路。
一、應(yīng)急救援科研工作現(xiàn)狀
先進、可靠的應(yīng)急救援技術(shù)和裝備是提升應(yīng)急管理水平、提高救援隊伍實戰(zhàn)能力、降低次生事故發(fā)生率、減少救援人員自身傷害的重要保障。可以說，在事故救援中，科學(xué)技術(shù)是第一戰(zhàn)斗力！國家高度重視應(yīng)急救援科技工作?！秶抑虚L期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》提出要“重點研究煤礦災(zāi)害、重大火災(zāi)、突發(fā)性重大自然災(zāi)害、危險化學(xué)品泄漏、群體性中毒等應(yīng)急救援技術(shù)。”張德江副總理在參觀第二屆中國國際安全生產(chǎn)應(yīng)急技術(shù)與裝備展覽時強調(diào)，要“大力推動安全生產(chǎn)科技進步，切實提高事故防范和應(yīng)急救援能力”。
在科技部的大力支持下，“十一五”期間，安全生產(chǎn)應(yīng)急救援領(lǐng)域共有礦井重大事故救援指揮輔助決策技術(shù)研究、井下災(zāi)區(qū)探測與災(zāi)害抑控技術(shù)與裝備、人員遇險區(qū)域定位及救災(zāi)通訊關(guān)鍵技術(shù)與裝備、礦井水害快速治理技術(shù)與裝備研制、危險化學(xué)品事故應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā)、應(yīng)急平臺技術(shù)研發(fā)與示范等19項課題被列入了國家科技支撐計劃，科研經(jīng)費總額超過1億元。依托國家科技支撐計劃，各地區(qū)、各部門科研單位、生產(chǎn)企業(yè)緊密結(jié)合應(yīng)急管理和應(yīng)急救援實際工作，始終圍繞重特大事故應(yīng)急救援的關(guān)鍵、共性技術(shù)裝備需求，堅持加強集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新，著力推進自主創(chuàng)新能力建設(shè)。應(yīng)急救援重大基礎(chǔ)理論研究有了新進展，重大關(guān)鍵技術(shù)研究有了新突破，有力提升了應(yīng)急救援技術(shù)裝備水平和科技支撐能力。
但也應(yīng)看到，應(yīng)急救援技術(shù)裝備應(yīng)用于災(zāi)區(qū)，關(guān)系著被困人員和救援人員的生命安全。使用環(huán)境異常復(fù)雜，應(yīng)用條件異常惡劣，可靠性要求異常嚴格，安全性要求異?？量?。很多常規(guī)條件下的理論方法和技術(shù)設(shè)備無法直接應(yīng)用到救援技術(shù)裝備開發(fā)中，研究工作繁重、難度大、成本高。另一方面，應(yīng)急救援科技工作具有很強的公益性，和生產(chǎn)設(shè)備相比，應(yīng)急救援裝備使用面窄、使用量小、更新?lián)Q代慢、經(jīng)濟效益低，研發(fā)單位和企業(yè)自主科研投入缺乏持續(xù)動力。這兩方面因素造成應(yīng)急救援科技支撐項目缺口較大，科研水平難以完全適應(yīng)當(dāng)前依然嚴峻的安全生產(chǎn)形勢，難以充分滿足應(yīng)對重大、復(fù)雜事故災(zāi)難的需要。災(zāi)區(qū)多媒體通信、無人化安全偵檢、被困人員探測定位、深部快捷搶險排水、井下潛水救援等長期制約救援效果、效率和安全性的技術(shù)瓶頸還沒有取得根本性的突破，救援隊伍的技戰(zhàn)術(shù)能力也難以得到革命性的發(fā)展。
二、“十二五”期間應(yīng)急救援科研需求分析
“十二五”時期是實現(xiàn)安全生產(chǎn)狀況朝著根本好轉(zhuǎn)方向邁進的關(guān)鍵時期。黨中央、國務(wù)院高度重視、經(jīng)濟發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、科技自主創(chuàng)新能力進一步加強、全國應(yīng)急救援體系初步建成，這都為應(yīng)急管理快速發(fā)展提供了歷史性機遇。，但同時，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的加快和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，市場能源原材料需求將繼續(xù)增長，礦山、危險化學(xué)品領(lǐng)域?qū)⑦M一步擴大產(chǎn)能，事故仍將處于多發(fā)頻發(fā)期，應(yīng)急救援工作任務(wù)依然繁重。在這種形勢下，迫切需要加強應(yīng)急管理和應(yīng)急救援科研工作，全面提升應(yīng)急救援科技的引領(lǐng)、支撐和保障能力。
針對近年來重特大事故搶險救援中具有普遍性的技術(shù)難點問題，結(jié)合科研單位和生產(chǎn)企業(yè)的項目建議，“十二五”期間應(yīng)急救援重點科研項目需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（一）偵檢探測技術(shù)
１.煤礦災(zāi)區(qū)探測機器人
煤礦瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出等事故發(fā)生后，受高溫、濃煙、有毒有害氣體和缺氧等因素影響，同時由于二次爆炸發(fā)生的可能，救護隊員難以直接進入災(zāi)害現(xiàn)場執(zhí)行營救任務(wù)。為了提高救援成功率，減少救援人員自身傷亡，迫切需要一種煤礦災(zāi)區(qū)探測機器人，替代或部分替代救護隊員進入災(zāi)區(qū)，探測并回傳井巷環(huán)境信息（包括甲烷、一氧化碳、氧氣、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和災(zāi)害場景等），為搶險救援決策提供參考依據(jù)。
開發(fā)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動作業(yè)和救災(zāi)機器人是當(dāng)今機器人研究中的重點課題，目前國內(nèi)外在星球表面探測、軍用、反恐以及消防等領(lǐng)域機器人的研究已取得了豐碩的成果，并得到了較好的應(yīng)用。相對來說，針對煤礦井下救災(zāi)機器人的研發(fā)才剛剛起步，大多是將其他領(lǐng)域機器人擴展功能后應(yīng)用到井下救災(zāi)，如美國智能系統(tǒng)與機器人中心開發(fā)的RATLER礦井探索機器人、美國南佛羅里達大學(xué)研制的Simbot機器人、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機器人研究中心開發(fā)的土撥鼠機器人、Remotec公司制造的V2機器人等。這些機器人各自存在著設(shè)計體積大、越障性能差、智能化水平低、有線遙控距離近等缺陷，離實際應(yīng)用并真正發(fā)揮救援作用的要求還有一定距離。
因此，目前急需研究適應(yīng)井下災(zāi)區(qū)環(huán)境，體積小巧，智能程度高、越障能力強、檢測數(shù)據(jù)準確、通信連接順暢、防爆安全性可靠的煤礦災(zāi)區(qū)探測機器人。
2.煤礦井下生命探測關(guān)鍵技術(shù)
當(dāng)災(zāi)變發(fā)生后，先進的生命搜尋技術(shù)是減少人員死亡最有效的手段之一。目前，國內(nèi)外對煤礦井下壓埋人員的尋找和定位仍多憑經(jīng)驗和人體器官的感覺，用呼喊、敲擊等方法來判定。落后的搜尋技術(shù)是制約應(yīng)急救援效率和成功率的主要問題之一。
針對地面障礙物后或掩體下的生命搜尋，國內(nèi)外學(xué)者利用光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、人體生物學(xué)、仿生學(xué)等理論進行了研究，取得了一定的進展和成效，但救援實戰(zhàn)應(yīng)用中還存在諸多限制。光學(xué)探測儀只適合被測者周邊有空隙的情況使用；紅外探測儀適合在濃煙、大火和黑暗的環(huán)境下使用，受環(huán)境溫度及熱源的影響嚴重，穿透性差，遇物阻擋失效；聲波探測儀只有被測對象能夠活動、敲擊或呼救才能被探測到，易受噪聲影響；超聲波易受環(huán)境雜物反射干擾影響，在煤巖介質(zhì)中衰減速度很快，遇水、泥土阻擋失效，在人體內(nèi)的傳播機理復(fù)雜，還有待研究；激光探測則需要高壓電源供電且體積龐大笨重。
因此目前急需研究不易受環(huán)境因素影響，能有效穿透非金屬介質(zhì)，使用便捷，安全可靠的生命探測技術(shù)。
（二）煤礦井下救災(zāi)多媒體通信技術(shù)
煤礦井下救災(zāi)通信是煤礦事故救援的重要保障。井下災(zāi)區(qū)環(huán)境中，傳輸衰減大、發(fā)射功率受限，在地面通信距離達數(shù)千米的對講機，在井下通信距離不足百米。煤礦井下救災(zāi)通信系統(tǒng)必須具備電氣防爆、設(shè)備體積小、抗干擾能力強、防護性能好、電源電壓波動適應(yīng)能力強、抗故障能力強等特點。地面救災(zāi)通信技術(shù)和系統(tǒng)難以直接用于煤礦井下。
目前，我國煤礦井下通信主要以有線電話為主，缺少能滿足全礦井移動通信需求的系統(tǒng)和技術(shù)。漏泄、感應(yīng)、透地等移動通信均存在一定問題，難以滿足全礦井移動通信要求。透地通信系統(tǒng)存在著信道容量小、單向通信、電磁干擾大、應(yīng)用范圍受限制、施工難度大等問題。感應(yīng)通信系統(tǒng)存在著信道容量小、電磁干擾大、天線體積大、攜帶不方便（天線通常為背心式或跨肩帶式）等問題。漏泄通信系統(tǒng)存在著串聯(lián)中繼器多、系統(tǒng)可靠性差等問題。
由于礦井通信環(huán)境復(fù)雜，無法使用地面自由空間電磁波傳播的理論分析和試驗測試方法。目前，急需研究建立井下災(zāi)害環(huán)境電磁波傳輸模型，為礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)選擇最佳通信頻率和最佳天線方案提供理論依據(jù)。同時進一步優(yōu)化路由算法、鏈路管理、功率控制、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型、無線資源管理等設(shè)計，研制高性能、高可靠性的煤礦井下多媒體救災(zāi)通信系統(tǒng)。
（三）礦井水災(zāi)搶險救援技術(shù)
1.高效搶險排水技術(shù)
透水事故發(fā)生后，井工礦井的泵房和排水系統(tǒng)往往被突水摧毀，需要調(diào)集專用排水設(shè)備，在井筒中重新安裝和構(gòu)建搶險排水系統(tǒng)。
豎井淹井事故搶險排水目前采用的是傳統(tǒng)潛水泵+給水泵（接力泵）+強力法蘭盤無縫鋼管的技術(shù)模式。傳統(tǒng)潛水泵最大的不足在于電機在泵的下方，即下機上泵結(jié)構(gòu)形式，電泵不能脫水運行，停機和啟動均要求有較高水位，排水殘留水位較高，不利于徹底排除災(zāi)害水。采用接力泵組成接力排水系統(tǒng)雖能有效降低礦井水殘留水位，但接力排水系統(tǒng)機身過長，安裝、操作復(fù)雜，主排水電泵和接力泵電源電壓等級不一致（主泵一般是高電壓，給水泵一般是低電壓），難以快速形成搶險排水高效系統(tǒng)。
斜井淹井事故搶險排水目前主要采用離心泵+高壓軟管+法蘭盤無縫鋼管或高強度復(fù)合塑料水管的模式；也可采用傳統(tǒng)潛水泵+給水泵（接力泵）+法蘭盤無縫鋼管或高強度復(fù)合塑料水管的模式。采用離心式水泵受吸水真空高度的限制，每往下“追水”6、7米就要停機接管，下放水泵，此時礦井水會反撲，形成搶險“拉鋸戰(zhàn)”，甚至淹沒排水能力不足的水泵。采用傳統(tǒng)潛水泵+給水泵后機身更長（一般在8米以上），增加了安裝難度、操作難度和技術(shù)風(fēng)險，難以在我國西部中、小型斜井搶險排水中應(yīng)用。
因此，應(yīng)研制適應(yīng)我國井工條件的上機下泵型潛水電泵，應(yīng)用新型潛水電泵構(gòu)建高效搶險排水系統(tǒng)；研究和構(gòu)建1000米以上大型特深豎井淹井事故搶險排水系統(tǒng)；完善中、小型斜井淹井事故搶險排水系統(tǒng)。同時研究突透水水砂自動分離技術(shù)，將突透水時部分礦井大于20%含沙量降低到小于5%，滿足潛水電泵使用條件要求，保證有效排水和設(shè)備使用壽命。
2.井下潛水救生艙
目前我國處理透水事故主要做法是安裝搶險排水系統(tǒng)抽水，直至井下巷道露出一定空間，再派救護隊員攜橡皮艇下井救人。透水量和排水速度決定了救援效率和成功率。如事故透水量較大，排水能力不足，則井下被困人員生還希望很小。針對這種問題，可研發(fā)一種具備巷道陸地行走、水下航行、自主觀察、導(dǎo)航定位和通信的功能的潛水救生艙，在透水排干前，潛水進入淹沒巷道，搜尋解救被困人員。
根據(jù)礦井巷道諸多環(huán)境特點，加之災(zāi)變地點的不可預(yù)測性，潛水救生艙要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：
一是救生艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。救生艙作為兩棲航渡裝備，既要能在陸上行走，又要能在水下潛行，因此要綜合考慮坡道行走、障礙物跨越、艙體結(jié)構(gòu)耐壓、艙室布置、水下操縱等諸多因素。
二是動力與推進系統(tǒng)設(shè)計。救生艙應(yīng)能分別為陸地行走和水下航行提供推進動力。
三是艙內(nèi)生命支持系統(tǒng)。一要能夠及時清除人員進出時帶入艙內(nèi)的有毒有害氣體；二要及時吸收CO２，補充新鮮的02，以滿足人體生存的需要；三要及時對救生艙內(nèi)進行降溫除濕，改善艙內(nèi)舒適度。
四是水下航行姿態(tài)的測控。救生艙在礦井水中潛航時，要在不同坡度的巷道環(huán)境中運動，適時完成諸如前進、后退、垂直升降、左右轉(zhuǎn)向、橫向平移、傾斜旋轉(zhuǎn)等動作，實時實現(xiàn)艙體的縱橫傾、升沉、回轉(zhuǎn)等功能。
五是救生艙水下定位及導(dǎo)航。災(zāi)變后巷道水下的能見度極小，常用的目測航渡不可能實現(xiàn)。若采用聲納導(dǎo)航，則由于巷道狹小，雜物回波干擾較大，也難以準確定位。應(yīng)根據(jù)水下巷道的特點，需綜合采用多種方法，實現(xiàn)可靠的定位和導(dǎo)航。
六是水下通信技術(shù)。救生艙在整個救援過程中，要隨時保持與地面指揮的雙向聯(lián)系。地面與救生艙之間的通信需經(jīng)過氣液兩相，單純的無線電或聲納通信均有不足，加之巷道狹窄，背景噪聲大，故要采用新型方式才能滿足通信要求。
（四）應(yīng)急救援培訓(xùn)演練模擬仿真系統(tǒng)
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了一種全新的培訓(xùn)演練模式。虛擬現(xiàn)實是指利用計算機生成模擬環(huán)境，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術(shù)。在應(yīng)急救援培訓(xùn)演練中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使受訓(xùn)者在完全安全的條件下身臨其境地去接觸災(zāi)區(qū)環(huán)境、認知和處理各種災(zāi)變情況。同時能夠節(jié)省搭建真實災(zāi)區(qū)場景，使用真實救援裝備所需的高額成本。
國外在基于虛擬現(xiàn)實的培訓(xùn)系統(tǒng)方面研究起步較早，很多國家已將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到安全技術(shù)和應(yīng)急救援培訓(xùn)中。諾丁漢大學(xué)的AIMS研究所己經(jīng)開發(fā)了許多與采礦工業(yè)安全培訓(xùn)相關(guān)的桌面VR系統(tǒng)，包括對礦山救護隊培訓(xùn)和測試。澳大利亞的UNSW（University of New South Wales）大學(xué)的礦業(yè)工程學(xué)院與CSPL（Coal Service Pty Limited）公司及JCB（Joint CoalBoard）健康和安全基金會合作開發(fā)了一套虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)iCAST，該系統(tǒng)包括360度環(huán)幕投影系統(tǒng)、110度曲面平幕投影系統(tǒng)和iDome背投系統(tǒng)。現(xiàn)在該系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化，并被安裝在澳大利亞各大救援站，用于礦工培訓(xùn)及救災(zāi)救護培訓(xùn)。澳大利亞昆士蘭大學(xué)（University of Queensland）的高級計算機圖形和虛擬現(xiàn)實研究組也致力于基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)出了鉆機訓(xùn)練仿真器、露天礦井虛擬現(xiàn)實仿真器、井下風(fēng)險識別等系統(tǒng)。
國內(nèi)在這方面的研究工作主要是介紹國外虛擬現(xiàn)實研究成果，提出虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)研究框架，此外大多集中在煤礦虛擬環(huán)境的幾何表達。目前應(yīng)在前期工作的基礎(chǔ)上，研發(fā)能夠?qū)嶋H用于應(yīng)急培訓(xùn)演練的VR系統(tǒng)，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬煤礦災(zāi)變真實環(huán)境，使得受訓(xùn)者能夠沉浸其中，通過人機交互和場景互動，從心理、生理、技巧等方面進行培訓(xùn)演練，并可同步分析，智能化評價其對災(zāi)害的預(yù)判能力和應(yīng)急處置能力，從而提高應(yīng)急救援培訓(xùn)演練效果。
三、進一步加強應(yīng)急救援科技工作的對策思考
（一）整合優(yōu)勢資源，完善科技創(chuàng)新體系。
要整合優(yōu)勢科研資源，實現(xiàn)集約化發(fā)展，大力營造資源互補、配置科學(xué)、信息共享、協(xié)調(diào)有序的科研攻關(guān)工作機制。充分發(fā)揮政府部門的主導(dǎo)作用、市場在科技資源配置的基礎(chǔ)性作用、企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的主體作用、國家科研機構(gòu)和大專院校的骨干和引領(lǐng)作用、應(yīng)急救援隊伍的推廣示范作用。積極爭取國家在財政、金融、稅收、保險等方面的激勵政策，盡可能利用市場經(jīng)濟調(diào)節(jié)杠桿，引導(dǎo)、動員、鼓勵社會科技資源進入應(yīng)急救援領(lǐng)域。逐步形成政府、科研院所、企業(yè)、社會的聯(lián)合協(xié)作機制，實現(xiàn)技術(shù)、人才、產(chǎn)業(yè)、資本等的優(yōu)化組合，全面增強應(yīng)急救援科技創(chuàng)新能力。
（二）拓寬投入渠道，加大投入力度。
應(yīng)急救援科技工作是社會公益性事業(yè)。應(yīng)建立完善應(yīng)急救援科技創(chuàng)新的投資和引導(dǎo)機制，努力拓寬科技投入渠道，形成中央、地方政府、企業(yè)及全社會的多元化投入機制。積極爭取將應(yīng)急救援領(lǐng)域基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性技術(shù)研究項目列入國家和有關(guān)部門相關(guān)計劃，加大資金支持力度，發(fā)揮好國家科技投入的主導(dǎo)作用。鼓勵應(yīng)急救援裝備生產(chǎn)企業(yè)加強研發(fā)部門建設(shè)，加大研發(fā)投入，使企業(yè)真正成為應(yīng)急救援技術(shù)裝備研究開發(fā)投入、技術(shù)創(chuàng)新活動和創(chuàng)新成果應(yīng)用的主體。鼓勵各級應(yīng)急救援隊伍，尤其是國家、區(qū)域應(yīng)急救援隊參與重大、重點應(yīng)急救援科技成果推廣應(yīng)用與工程示范。
（三）促進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加快成果轉(zhuǎn)化推廣。
（四）規(guī)劃建立應(yīng)急產(chǎn)業(yè)園區(qū)，推動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
在做好應(yīng)急產(chǎn)業(yè)及其市場需求調(diào)研的基礎(chǔ)上，在全國選擇具有合適區(qū)位條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、人力資源條件、資金條件和政策條件的地區(qū)規(guī)劃建立1到2個應(yīng)急救援產(chǎn)業(yè)園試點。發(fā)揮產(chǎn)業(yè)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)和規(guī)?；袌鲂?yīng)，構(gòu)建適合應(yīng)急高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新經(jīng)營體制和市場化機制，實現(xiàn)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。
（五）廣泛開展國際合作與交流，引進消化國外先進技術(shù)。
進一步鞏固和發(fā)展與國際組織、世界各國科技合作關(guān)系，不斷擴展新的合作渠道，多形式、全方位、多層次地推進國際應(yīng)急救援科技交流與合作，積極參與全球性、區(qū)域性科學(xué)研究合作項目。跟蹤研究國際應(yīng)急救援技術(shù)裝備發(fā)展前沿動向，大力引進國外高精尖技術(shù)和成果，提升應(yīng)急救援技術(shù)能力和裝備配備水平。在引進、消化吸收國外先進救援技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主創(chuàng)新研發(fā)適應(yīng)我國應(yīng)急救援實戰(zhàn)特點的技術(shù)裝備，提高應(yīng)急救援裝備的科技含量。
（六）構(gòu)建技術(shù)裝備標準體系，促進救援裝備規(guī)范化發(fā)展。
規(guī)劃、組織科研力量從事應(yīng)急救援技術(shù)標準研究。通過建立標準體系，科學(xué)引導(dǎo)技術(shù)、產(chǎn)品的研發(fā)和升級；規(guī)范救援裝備市場，去蕪存菁，推進救援裝備產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展；為產(chǎn)品檢驗檢測提供依據(jù)，確保產(chǎn)品安全高效實用。同時，及時跟蹤國際現(xiàn)行技術(shù)標準發(fā)展動向，推動我國應(yīng)急救援技術(shù)標準向國際標準靠攏。
