林 俊,朱鳳山
(安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司,北京市朝陽區(qū),100013)
煤炭是我國的能源基石,也是國家安全生產(chǎn)需要關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域[1]?;诿旱V井下高危的特殊工作環(huán)境,對進(jìn)入井下的產(chǎn)品實施強(qiáng)制性的安全準(zhǔn)入管理是世界主要采礦國家的通行做法[2]。我國在1990年建立了安全標(biāo)志制度[3],對涉及人身安全、危險性較大的礦用產(chǎn)品實施安全準(zhǔn)入管理,有效防止了可能危及生產(chǎn)安全的產(chǎn)品進(jìn)入煤礦生產(chǎn)過程,從源頭上防止煤礦災(zāi)害事故,為煤礦高質(zhì)量發(fā)展奠定了設(shè)備安全基礎(chǔ)[4]。
煤礦智能化是我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐[5],礦用設(shè)備科技發(fā)展和成果的安全應(yīng)用是煤礦智能化建設(shè)的重要基礎(chǔ)[6]。當(dāng)前,煤礦井下機(jī)器人、新能源技術(shù)、礦山5G等智能化的新技術(shù)新設(shè)備正大量涌現(xiàn),推動著煤礦安全綠色智能發(fā)展。但安全基礎(chǔ)技術(shù)研究相對滯后,缺乏相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和安全管理要求,煤礦新技術(shù)新設(shè)備安全問題成為社會重要關(guān)注點(diǎn)[7]。因此,對安全共性問題開展研究,建立推動行業(yè)科技進(jìn)步的安全標(biāo)志工作機(jī)制,鼓勵安全科技成果轉(zhuǎn)化,并在井下安全應(yīng)用,對支撐礦用設(shè)備科技發(fā)展,推動我國煤礦智能化建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。
我國安全標(biāo)志制度是依法對涉及礦山安全生產(chǎn)及職工安全健康產(chǎn)品采取的強(qiáng)制性管理制度。自1990年正式實施以來,在科學(xué)分析總結(jié)煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)實需求和客觀規(guī)律、吸取重特大事故教訓(xùn)、吸納借鑒國外成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,逐步建立起了健全的安標(biāo)法律法規(guī)體系和管理機(jī)制[8]。根據(jù)《安全生產(chǎn)法》等規(guī)定,納入安全標(biāo)志管理目錄的礦用產(chǎn)品須按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全管理要求,經(jīng)檢測檢驗合格,取得安全標(biāo)志后才能由專業(yè)生產(chǎn)單位生產(chǎn)、銷售,煤礦才能采購、使用。
安全標(biāo)志管理經(jīng)過30余年的發(fā)展,已有機(jī)融入煤礦安全風(fēng)險分級管控和隱患排查治理“雙重預(yù)防”機(jī)制,成為煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管監(jiān)察體系的重要組成、煤礦設(shè)備安全的基本制度、安全生產(chǎn)源頭管理的重要前置手段、安全監(jiān)管監(jiān)察的重要“抓手”,在防范煤礦重大災(zāi)害事故、提高煤礦安全保障水平、促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)發(fā)揮了不可替代的基礎(chǔ)性保障作用,得到了國內(nèi)外相關(guān)方的廣泛認(rèn)可和遵守[9]。
2017-2021年,我國安全標(biāo)志工作服務(wù)于煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察,通過提質(zhì)增效,申辦周期大幅下降45%;安全標(biāo)志申辦數(shù)量和發(fā)證數(shù)量呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢,年均增長率10%。其中,首次申辦安全標(biāo)志的產(chǎn)品數(shù)量和首次取得安全標(biāo)志的產(chǎn)品數(shù)量持續(xù)增加、占比也不斷增大;尚無國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或突破現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù)新設(shè)備申辦安全標(biāo)志的數(shù)量增加幅度明顯,煤礦智能化建設(shè)有效推動了礦用產(chǎn)品領(lǐng)域科技創(chuàng)新,推進(jìn)了礦用產(chǎn)品迭代更新;同期,進(jìn)口礦用產(chǎn)品申辦安全標(biāo)志的數(shù)量大幅下降。
2020年2月,國家發(fā)改委、國家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》,對加快推進(jìn)煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革和高質(zhì)量發(fā)展具有里程碑的意義[10]。在政策鼓勵下,煤礦企業(yè)全面啟動了智能化建設(shè)和綠色開采。根據(jù)國家能源局2022年2月的統(tǒng)計,全國有近400座煤礦正在開展智能化建設(shè),總投資規(guī)模超過1 000億元;國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局遴選的71處國家首批智能化示范建設(shè)煤礦,總產(chǎn)能近6億t/a[11]。智能化煤礦建設(shè)科技支撐同步取得積極進(jìn)展,已建立了煤礦智能化基礎(chǔ)理論體系、初步形成了煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系框架、提出和實施分類分級智能化煤礦建設(shè)路徑,開采技術(shù)和礦用設(shè)備正在持續(xù)升級[5]。
安全標(biāo)志管理與煤礦智能化發(fā)展同向發(fā)力,陸續(xù)出臺了《煤礦井下機(jī)器人安全標(biāo)志管理方案》《煤礦井下機(jī)器人基本安全要求(試行)》《煤礦井下人員定位系統(tǒng)安全標(biāo)志管理方案(試行)》《煤礦井下人員定位系統(tǒng)安全技術(shù)要求(試行)》《礦用鋰離子蓄電池安全技術(shù)要求(試行)》《礦用防爆鋰離子蓄電池電源安全技術(shù)要求(試行)》《礦用防爆鋰離子蓄電池電源充電機(jī)安全技術(shù)要求(試行)》《礦用防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車安全標(biāo)志管理方案》《礦用防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車安全技術(shù)要求》等管理要求,以安全保障支撐科技創(chuàng)新,相應(yīng)的新技術(shù)新設(shè)備大量涌現(xiàn)并積極申辦安全標(biāo)志。
對2020年2月以來安全標(biāo)志申辦情況進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)新技術(shù)新設(shè)備主要集中在多網(wǎng)融合、電動化、機(jī)器人、無人駕駛、智能通風(fēng)、智能采掘及井下5G通信等方面。新技術(shù)新設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)安全有效地支撐了煤礦智能化發(fā)展。
在智能化新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志申辦中,由于安全技術(shù)基礎(chǔ)共性問題尚未解決,現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不能滿足對新技術(shù)新設(shè)備的安全評判、檢測驗證等要求,部分標(biāo)準(zhǔn)滯后于技術(shù)設(shè)備發(fā)展,引起了社會對煤礦新技術(shù)新設(shè)備的安全關(guān)切。安全標(biāo)志管理在安全技術(shù)和工作機(jī)制上正面臨新的挑戰(zhàn),集中表現(xiàn)在以下幾個方面。
(1)防爆安全挑戰(zhàn)。防爆是新技術(shù)新設(shè)備井下推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)安全,但由于防爆機(jī)理和防爆技術(shù)目前缺乏基礎(chǔ)性研究,致使防爆安全要求滯后于智能化設(shè)備發(fā)展需要,申辦安全標(biāo)志的部分新技術(shù)新設(shè)備出現(xiàn)需突破現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防爆性能,輕型智能化設(shè)備材料難以滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求,現(xiàn)有本安供電技術(shù)無法支持遠(yuǎn)距離、高傳輸能量的監(jiān)控通信安全要求問題[5]。
(2)井下新能源安全挑戰(zhàn)。煤礦井下新能源安全應(yīng)用是實現(xiàn)煤礦智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一,申辦安全標(biāo)志的井下機(jī)器人、輔助運(yùn)輸車輛等電動化設(shè)備和監(jiān)控通信后備電源、移動設(shè)備動力電源、應(yīng)急救援電源等均使用了以蓄電池為代表的新能源,但電池在煤礦井下受擠壓、碰撞、過充過放、管理維護(hù)不到位的情況下,易造成內(nèi)部高溫高壓,引發(fā)爆炸燃燒且不易撲滅,對電池容量、井下充電、使用地點(diǎn)形成了限制,成為安全標(biāo)志管理、煤礦企業(yè)、設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)面臨的共同挑戰(zhàn)[12]。
(3)井下多網(wǎng)通信安全挑戰(zhàn)。由于煤礦井下5G、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)量大、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)龐雜,新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志管理中存在缺乏多網(wǎng)融合通信的安全性能評估和判定依據(jù)的現(xiàn)象,如缺乏機(jī)器人等智能化移動設(shè)備在井下應(yīng)用所必須的井下定位及導(dǎo)航技術(shù)準(zhǔn)確性及可靠性評估方法、無人駕駛通訊安全評估方法,以及智能化設(shè)備缺乏針對煤礦井下電磁環(huán)境電磁兼容全面系統(tǒng)的研究[5]。
(4)新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志工作機(jī)制挑戰(zhàn)。智能化新設(shè)備新技術(shù)的蓬勃發(fā)展,安全標(biāo)志申辦數(shù)量不斷增加,行業(yè)外高新技術(shù)企業(yè)也首次進(jìn)入煤礦領(lǐng)域,這些企業(yè)對煤礦安全要求和安全標(biāo)志管理不太了解。這些現(xiàn)象均對原有安全標(biāo)志管理工作機(jī)制帶來了沖擊。具體表現(xiàn)為:研發(fā)生產(chǎn)僅注重功能不關(guān)注安全性能、新技術(shù)新設(shè)備缺乏對煤礦安全基本認(rèn)知、研發(fā)設(shè)計方案反復(fù)多次修改論證、新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志缺乏安全評估現(xiàn)有判定依據(jù)導(dǎo)致辦理周期長等。
發(fā)揮安全標(biāo)志管理作用,把好煤礦新技術(shù)新設(shè)備下井安全準(zhǔn)入關(guān),需從以下3個方向開展安全技術(shù)研究,以解決安全標(biāo)志管理安全技術(shù)方面面臨的挑戰(zhàn)。
(1)隔爆技術(shù)安全評估研究。從原理、模型、方法上深入研究設(shè)備大型化、功能組合化、智能化發(fā)展帶來的隔爆技術(shù)安全評估方法。
(2)本安、澆封技術(shù)安全評估研究。研究設(shè)備智能化、傳輸距離遠(yuǎn)帶來的高能量、遠(yuǎn)距離傳輸本質(zhì)安全能量評估技術(shù),復(fù)雜設(shè)備結(jié)構(gòu)帶來的本安、澆封等多種防爆型式復(fù)合的防爆技術(shù)安全評估。
(3)煤礦爆炸性環(huán)境安全評估技術(shù)研究。研究防爆設(shè)備的安裝、使用、維護(hù)、大修與報廢等方面的安全評估技術(shù),圍繞本安系統(tǒng)評定、光輻射安全、射頻防爆安全等方面,現(xiàn)場評估煤礦井下爆炸性環(huán)境,研究煤礦井下場所防爆分區(qū)方式及相關(guān)管理措施。
(4)新材料安全可靠性研究。突破傳統(tǒng)防爆電氣設(shè)備隔爆外殼的鑄鐵、鋼板或者鑄鋼材質(zhì),研究探索新型材料應(yīng)用于隔爆外殼的相關(guān)要求,研究輕金屬、非金屬材料作為煤礦電氣設(shè)備使用的隔爆外殼材質(zhì)需要滿足的安全使用、限用條件,研究由輕金屬、非金屬材料形成的隔爆外殼安全性、耐久性。
(1)新型電池及使用安全性研究。研究電池安全保障技術(shù),主要研究電池安全評價技術(shù)、防爆動力電池的全方位安全防護(hù)技術(shù)(電池管理、散熱、功能安全)、爆炸性環(huán)境防止電池?zé)崾Э匾l(fā)瓦斯煤塵爆炸的安全措施、井下新能源自動降溫滅火技術(shù)等。
(2)電池管理系統(tǒng)功能及安全完整性(SIL)安全評估研究。圍繞避免鋰離子蓄電池等在使用中發(fā)生過充、過放、短路、超溫等情況導(dǎo)致燃爆、泄壓等安全事故,研究適用于煤礦井下的專用電池管理系統(tǒng)安全要求,對鋰離子蓄電池基本參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測,根據(jù)出現(xiàn)故障的不同等級提出不同保護(hù)控制措施;研究電池管理系統(tǒng)的SIL安全評估,評估當(dāng)電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)非正常工況能否瞬間準(zhǔn)確動作,并把設(shè)備引入安全狀態(tài)的技術(shù)方法及評估要求。
(3)井下充換電與鋰電池滅火研究。研究井下半封閉空間安全充電(自主有線充電、無線感應(yīng)諧振充電)、換電技術(shù),研究鋰電池井下充電的安全保護(hù)控制策略及相關(guān)技術(shù)要求;研究鋰電池發(fā)生起火燃爆后瞬間產(chǎn)生高溫高熱時的有效滅火措施。
(4)新能源車輛安全標(biāo)準(zhǔn)研究。借鑒電動汽車行業(yè)做法,研究煤礦井下新能源設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和安全預(yù)警技術(shù),實時采集監(jiān)控運(yùn)行的礦用新能源車輛運(yùn)行數(shù)據(jù),對新能源車輛電源等重要安全要素實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動預(yù)警與安全評估,保障應(yīng)用安全。
(1)多系統(tǒng)聯(lián)動的安全技術(shù)研究。研究煤礦井下多系統(tǒng)環(huán)境的高速率、大容量數(shù)字化信息傳輸和低時延的設(shè)備智能化監(jiān)控技術(shù);研究井下通信網(wǎng)絡(luò)與各大煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)融合對接中的信息融合安全,提出融合組網(wǎng)的技術(shù)方案和檢驗方法。
(2)井下定位與導(dǎo)航技術(shù)研究。研究井下封閉空間、無衛(wèi)星導(dǎo)航信號覆蓋復(fù)雜電磁環(huán)境下的定位與導(dǎo)航技術(shù),基于地下定位技術(shù)和位置估計算法,研究定位準(zhǔn)確性的界定、判別與評估技術(shù)方法,研究井下導(dǎo)航策略的有效性和準(zhǔn)確性。
(3)無人駕駛通信安全技術(shù)。研究無人駕駛安全原則與流程,從設(shè)計流程、測試、自主性驗證、數(shù)據(jù)完整性以及人機(jī)交互等多方面進(jìn)行評估分析。
(4)礦井電磁兼容安全技術(shù)研究。研究在煤礦井下惡劣電磁環(huán)境下礦井電氣設(shè)備的電磁兼容安全性;研究井下復(fù)雜電磁環(huán)境特征及規(guī)律,井下電磁干擾測試方法;研究電磁污染等級現(xiàn)場評價技術(shù)方法;研究變頻、監(jiān)控、通信、煤礦機(jī)器人等智能裝備電磁干擾抑制和防護(hù)技術(shù)方法;研究煤礦專用的設(shè)備電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)體系。
(1)注重安全性能要求,推進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化。對尚未制定國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的礦用新技術(shù)新設(shè)備,按照通用安全標(biāo)準(zhǔn)和國家有關(guān)規(guī)定對新產(chǎn)品進(jìn)行必要的安全自評估;安全標(biāo)志側(cè)重考核安全性能,放寬其他性能要求,對滿足礦山安全要求的發(fā)放新產(chǎn)品安全標(biāo)志,積極推動新產(chǎn)品下井應(yīng)用;對首次用于礦山井下且按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范無法全面考核安全性能的新技術(shù)新設(shè)備及時組織開展安全技術(shù)論證,與煤礦企業(yè)建立聯(lián)動機(jī)制,實施工業(yè)性試驗安全標(biāo)志管理,推動安全性能試驗驗證。
(2)安全標(biāo)志服務(wù)前移,聯(lián)合開展安全論證。積極營造安全標(biāo)志促進(jìn)智能化設(shè)備科技成果轉(zhuǎn)化的良好環(huán)境,主動服務(wù)新技術(shù)新設(shè)備生產(chǎn)企業(yè),使安全標(biāo)志管理專家提前介入新技術(shù)新設(shè)備研究設(shè)計階段,規(guī)范、引導(dǎo)企業(yè)向符合煤礦安全生產(chǎn)要求的方向進(jìn)行科技創(chuàng)新;聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)、安全標(biāo)志檢測檢驗機(jī)構(gòu)、行業(yè)專家為生產(chǎn)企業(yè)提供安全技術(shù)支持,形成科技創(chuàng)新和安全論證并行推進(jìn)的安全標(biāo)志管理機(jī)制,促進(jìn)有效科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化。
(3)加快出臺安全要求,建立常態(tài)長效機(jī)制。通過大數(shù)據(jù)技術(shù),引導(dǎo)和激勵設(shè)備研發(fā)制造企業(yè)提供更多智能化優(yōu)質(zhì)設(shè)備,及時總結(jié)新技術(shù)新設(shè)備共同特征和共性原理,編制新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志管理方案和安全技術(shù)要求,統(tǒng)一同類新技術(shù)新設(shè)備安全要求,形成科技創(chuàng)新安全技術(shù)指引,制度化、長效化推進(jìn)安全標(biāo)志審核發(fā)放工作。
(1)建立安全標(biāo)志專門研究機(jī)構(gòu)。依托安全標(biāo)志管理工作中長期積累形成的資源、人才、技術(shù)等優(yōu)勢,建立行業(yè)公益性的安全標(biāo)志專職研發(fā)機(jī)構(gòu),聚焦新技術(shù)新設(shè)備安全技術(shù)基礎(chǔ)性問題,聯(lián)合煤礦企業(yè)、新技術(shù)新設(shè)備研發(fā)企業(yè)、安全標(biāo)志檢測檢驗機(jī)構(gòu)、科研院所等,全力突破制約新技術(shù)新設(shè)備井下安全共性問題,解決因標(biāo)準(zhǔn)滯后對設(shè)備發(fā)展和安全使用的負(fù)面影響,打造成為集理論研究、安全分析、成果轉(zhuǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)制定和國際技術(shù)交流等于一體的國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的礦用設(shè)備安全技術(shù)研究平臺。
(2)加大重點(diǎn)安全技術(shù)科技攻關(guān)及支撐能力建設(shè)。圍繞防爆技術(shù)安全試驗、井下新能源安全應(yīng)用技術(shù)、智能化基礎(chǔ)共性研究,加大科技攻關(guān)力度,基于安全研究成果率先出臺煤礦新型防爆技術(shù)、鋰離子蓄電池、井下5G通信、機(jī)器人、高端節(jié)能提運(yùn)設(shè)備、新型環(huán)保高分子材料、煤礦精確定位技術(shù)、多系統(tǒng)融合技術(shù)、無線控制技術(shù)、煤礦圖像識別與處理技術(shù)、智能化采掘技術(shù)、快速應(yīng)急救援裝備、智能通風(fēng)技術(shù)等的安全標(biāo)志管理方案和安全技術(shù)要求,引導(dǎo)發(fā)展安全標(biāo)志檢測檢驗?zāi)芰ㄔO(shè),提升安全標(biāo)志分析驗證手段,支撐技術(shù)創(chuàng)新。
(3)完善安全標(biāo)志科技創(chuàng)新體系。建立開放合作的新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制,強(qiáng)化與政府、社會及學(xué)術(shù)團(tuán)體溝通交流,建立形成基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究、應(yīng)用研究與安全標(biāo)志管理有序銜接的多級研發(fā)體系,強(qiáng)化與社會優(yōu)勢科技資源的合作創(chuàng)新,形成安全標(biāo)志各方合力。
大力推進(jìn)新技術(shù)新設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)研究和制修訂工作,重點(diǎn)加大礦山智能化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)投入,聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢企業(yè)推進(jìn)急需標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作,建立新技術(shù)新設(shè)備安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與安全標(biāo)志管理的協(xié)同工作機(jī)制,重點(diǎn)突破標(biāo)準(zhǔn)在新技術(shù)發(fā)展和安全使用方面的制約,積極推進(jìn)礦山智能化設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的國際化工作,搶占全球標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)和制高點(diǎn),逐步建立安全標(biāo)志管理與新技術(shù)新設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化相互聯(lián)動的集成式服務(wù)平臺。
我國煤礦智能化建設(shè)和綠色發(fā)展推動了礦用設(shè)備科技發(fā)展,近年來,通過安全標(biāo)志準(zhǔn)入把關(guān),多類新技術(shù)新設(shè)備在井下安全應(yīng)用,為煤礦高質(zhì)量發(fā)展提供了重要支撐。但是,智能化礦用設(shè)備尚處于初級階段,尚不成熟的安全技術(shù)引發(fā)社會關(guān)切,針對新技術(shù)新設(shè)備安全標(biāo)志管理還需不斷調(diào)整優(yōu)化,只有通過持續(xù)健全工作機(jī)制,系統(tǒng)、協(xié)同、高效、科學(xué)地推進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步,才能全面支撐礦用設(shè)備科技創(chuàng)新,全面推動煤礦智能化建設(shè)。