摘要：本文簡要總結了“十一五”期間安全生產應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難點問題，在掌握比較現有技術特點和缺陷的基礎上，分析提出了“十二五”期間應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應急救援科技工作的對策思路。
一、應急救援科研工作現狀
先進、可靠的應急救援技術和裝備是提升應急管理水平、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?？梢哉f，在事故救援中，科學技術是第一戰(zhàn)斗力！國家高度重視應急救援科技工作?！秶抑虚L期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》提出要“重點研究煤礦災害、重大火災、突發(fā)性重大自然災害、危險化學品泄漏、群體性中毒等應急救援技術。”張德江副總理在參觀第二屆中國國際安全生產應急技術與裝備展覽時強調，要“大力推動安全生產科技進步，切實提高事故防范和應急救援能力”。
在科技部的大力支持下，“十一五”期間，安全生產應急救援領域共有礦井重大事故救援指揮輔助決策技術研究、井下災區(qū)探測與災害抑控技術與裝備、人員遇險區(qū)域定位及救災通訊關鍵技術與裝備、礦井水害快速治理技術與裝備研制、危險化學品事故應急救援關鍵技術及裝備研發(fā)、應急平臺技術研發(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、生產企業(yè)緊密結合應急管理和應急救援實際工作，始終圍繞重特大事故應急救援的關鍵、共性技術裝備需求，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。應急救援重大基礎理論研究有了新進展，重大關鍵技術研究有了新突破，有力提升了應急救援技術裝備水平和科技支撐能力。
但也應看到，應急救援技術裝備應用于災區(qū)，關系著被困人員和救援人員的生命安全。使用環(huán)境異常復雜，應用條件異常惡劣，可靠性要求異常嚴格，安全性要求異常苛刻。很多常規(guī)條件下的理論方法和技術設備無法直接應用到救援技術裝備開發(fā)中，研究工作繁重、難度大、成本高。另一方面，應急救援科技工作具有很強的公益性，和生產設備相比，應急救援裝備使用面窄、使用量小、更新換代慢、經濟效益低，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急救援科技支撐項目缺口較大，科研水平難以完全適應當前依然嚴峻的安全生產形勢，難以充分滿足應對重大、復雜事故災難的需要。災區(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瓶頸還沒有取得根本性的突破，救援隊伍的技戰(zhàn)術能力也難以得到革命性的發(fā)展。
二、“十二五”期間應急救援科研需求分析
“十二五”時期是實現安全生產狀況朝著根本好轉方向邁進的關鍵時期。黨中央、國務院高度重視、經濟發(fā)展方式加快轉變、產業(yè)結構不斷優(yōu)化、科技自主創(chuàng)新能力進一步加強、全國應急救援體系初步建成，這都為應急管理快速發(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、危險化學品領域將進一步擴大產能，事故仍將處于多發(fā)頻發(fā)期，應急救援工作任務依然繁重。在這種形勢下，迫切需要加強應急管理和應急救援科研工作，全面提升應急救援科技的引領、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難點問題，結合科研單位和生產企業(yè)的項目建議，“十二五”期間應急救援重點科研項目需求主要體現在以下幾個方面：
（一）偵檢探測技術
１.煤礦災區(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害現場執(zhí)行營救任務。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區(qū)探測機器人，替代或部分替代救護隊員進入災區(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、風速、風向和災害場景等），為搶險救援決策提供參考依據。
開發(fā)非結構環(huán)境下的移動作業(yè)和救災機器人是當今機器人研究中的重點課題，目前國內外在星球表面探測、軍用、反恐以及消防等領域機器人的研究已取得了豐碩的成果，并得到了較好的應用。相對來說，針對煤礦井下救災機器人的研發(fā)才剛剛起步，大多是將其他領域機器人擴展功能后應用到井下救災，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研制的Simbot機器人、卡內基梅隆大學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，目前急需研究適應井下災區(qū)環(huán)境，體積小巧，智能程度高、越障能力強、檢測數據準確、通信連接順暢、防爆安全性可靠的煤礦災區(qū)探測機器人。
2.煤礦井下生命探測關鍵技術
當災變發(fā)生后，先進的生命搜尋技術是減少人員死亡最有效的手段之一。目前，國內外對煤礦井下壓埋人員的尋找和定位仍多憑經驗和人體器官的感覺，用呼喊、敲擊等方法來判定。落后的搜尋技術是制約應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，國內外學者利用光學、聲學、電磁學、人體生物學、仿生學等理論進行了研究，取得了一定的進展和成效，但救援實戰(zhàn)應用中還存在諸多限制。光學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，在煤巖介質中衰減速度很快，遇水、泥土阻擋失效，在人體內的傳播機理復雜，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，使用便捷，安全可靠的生命探測技術。
（二）煤礦井下救災多媒體通信技術
煤礦井下救災通信是煤礦事故救援的重要保障。井下災區(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千米的對講機，在井下通信距離不足百米。煤礦井下救災通信系統(tǒng)必須具備電氣防爆、設備體積小、抗干擾能力強、防護性能好、電源電壓波動適應能力強、抗故障能力強等特點。地面救災通信技術和系統(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。漏泄、感應、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、應用范圍受限制、施工難度大等問題。感應通信系統(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)存在著串聯中繼器多、系統(tǒng)可靠性差等問題。
由于礦井通信環(huán)境復雜，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害環(huán)境電磁波傳輸模型，為礦井救災通信系統(tǒng)選擇最佳通信頻率和最佳天線方案提供理論依據。同時進一步優(yōu)化路由算法、鏈路管理、功率控制、網絡結構模型、無線資源管理等設計，研制高性能、高可靠性的煤礦井下多媒體救災通信系統(tǒng)。
（三）礦井水災搶險救援技術
1.高效搶險排水技術
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，需要調集專用排水設備，在井筒中重新安裝和構建搶險排水系統(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，即下機上泵結構形式，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、操作難度和技術風險，難以在我國西部中、小型斜井搶險排水中應用。
因此，應研制適應我國井工條件的上機下泵型潛水電泵，應用新型潛水電泵構建高效搶險排水系統(tǒng)；研究和構建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，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。
根據礦井巷道諸多環(huán)境特點，加之災變地點的不可預測性，潛水救生艙要解決以下關鍵技術問題：
一是救生艙總體結構設計。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、艙體結構耐壓、艙室布置、水下操縱等諸多因素。
二是動力與推進系統(tǒng)設計。救生艙應能分別為陸地行走和水下航行提供推進動力。
三是艙內生命支持系統(tǒng)。一要能夠及時清除人員進出時帶入艙內的有毒有害氣體；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進行降溫除濕，改善艙內舒適度。
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、左右轉向、橫向平移、傾斜旋轉等動作，實時實現艙體的縱橫傾、升沉、回轉等功能。
五是救生艙水下定位及導航。災變后巷道水下的能見度極小，常用的目測航渡不可能實現。若采用聲納導航，則由于巷道狹小，雜物回波干擾較大，也難以準確定位。應根據水下巷道的特點，需綜合采用多種方法，實現可靠的定位和導航。
六是水下通信技術。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系。地面與救生艙之間的通信需經過氣液兩相，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）應急救援培訓演練模擬仿真系統(tǒng)
隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現實技術提供了一種全新的培訓演練模式。虛擬現實是指利用計算機生成模擬環(huán)境，實現用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術。在應急救援培訓演練中，應用虛擬現實技術可以使受訓者在完全安全的條件下身臨其境地去接觸災區(qū)環(huán)境、認知和處理各種災變情況。同時能夠節(jié)省搭建真實災區(qū)場景，使用真實救援裝備所需的高額成本。
國外在基于虛擬現實的培訓系統(tǒng)方面研究起步較早，很多國家已將虛擬現實技術應用到安全技術和應急救援培訓中。諾丁漢大學的AIMS研究所己經開發(fā)了許多與采礦工業(yè)安全培訓相關的桌面VR系統(tǒng)，包括對礦山救護隊培訓和測試。澳大利亞的UNSW（University of New South Wales）大學的礦業(yè)工程學院與CSPL（Coal Service Pty Limited）公司及JCB（Joint CoalBoard）健康和安全基金會合作開發(fā)了一套虛擬現實培訓系統(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)?，F在該系統(tǒng)已經商業(yè)化，并被安裝在澳大利亞各大救援站，用于礦工培訓及救災救護培訓。澳大利亞昆士蘭大學（University of Queensland）的高級計算機圖形和虛擬現實研究組也致力于基于虛擬現實技術的培訓系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)出了鉆機訓練仿真器、露天礦井虛擬現實仿真器、井下風險識別等系統(tǒng)。
國內在這方面的研究工作主要是介紹國外虛擬現實研究成果，提出虛擬現實培訓系統(tǒng)研究框架，此外大多集中在煤礦虛擬環(huán)境的幾何表達。目前應在前期工作的基礎上，研發(fā)能夠實際用于應急培訓演練的VR系統(tǒng)，采用虛擬現實技術模擬煤礦災變真實環(huán)境，使得受訓者能夠沉浸其中，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演練，并可同步分析，智能化評價其對災害的預判能力和應急處置能力，從而提高應急救援培訓演練效果。
三、進一步加強應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，實現集約化發(fā)展，大力營造資源互補、配置科學、信息共享、協調有序的科研攻關工作機制。充分發(fā)揮政府部門的主導作用、市場在科技資源配置的基礎性作用、企業(yè)在技術創(chuàng)新的主體作用、國家科研機構和大專院校的骨干和引領作用、應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，盡可能利用市場經濟調節(jié)杠桿，引導、動員、鼓勵社會科技資源進入應急救援領域。逐步形成政府、科研院所、企業(yè)、社會的聯合協作機制，實現技術、人才、產業(yè)、資本等的優(yōu)化組合，全面增強應急救援科技創(chuàng)新能力。
（二）拓寬投入渠道，加大投入力度。
應急救援科技工作是社會公益性事業(yè)。應建立完善應急救援科技創(chuàng)新的投資和引導機制，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。積極爭取將應急救援領域基礎性、關鍵性技術研究項目列入國家和有關部門相關計劃，加大資金支持力度，發(fā)揮好國家科技投入的主導作用。鼓勵應急救援裝備生產企業(yè)加強研發(fā)部門建設，加大研發(fā)投入，使企業(yè)真正成為應急救援技術裝備研究開發(fā)投入、技術創(chuàng)新活動和創(chuàng)新成果應用的主體。鼓勵各級應急救援隊伍，尤其是國家、區(qū)域應急救援隊參與重大、重點應急救援科技成果推廣應用與工程示范。
（三）促進產學研結合，加快成果轉化推廣。
（四）規(guī)劃建立應急產業(yè)園區(qū)，推動產業(yè)化發(fā)展。
在做好應急產業(yè)及其市場需求調研的基礎上，在全國選擇具有合適區(qū)位條件、基礎設施條件、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個應急救援產業(yè)園試點。發(fā)揮產業(yè)園區(qū)的產業(yè)集群效應和規(guī)模化市場效應，構建適合應急高新技術產業(yè)發(fā)展的新經營體制和市場化機制，實現科技創(chuàng)新、經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。
進一步鞏固和發(fā)展與國際組織、世界各國科技合作關系，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急救援科技交流與合作，積極參與全球性、區(qū)域性科學研究合作項目。跟蹤研究國際應急救援技術裝備發(fā)展前沿動向，大力引進國外高精尖技術和成果，提升應急救援技術能力和裝備配備水平。在引進、消化吸收國外先進救援技術的基礎上，自主創(chuàng)新研發(fā)適應我國應急救援實戰(zhàn)特點的技術裝備，提高應急救援裝備的科技含量。
（六）構建技術裝備標準體系，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急救援技術標準研究。通過建立標準體系，科學引導技術、產品的研發(fā)和升級；規(guī)范救援裝備市場，去蕪存菁，推進救援裝備產業(yè)良性發(fā)展；為產品檢驗檢測提供依據，確保產品安全高效實用。同時，及時跟蹤國際現行技術標準發(fā)展動向，推動我國應急救援技術標準向國際標準靠攏。
