摘要：本文简要总结了“十一五”期间安全生产应急救援科研工作取得的成效和存在的问题。针对近年来重特大事故抢险救援中具有普遍性的技术难点问题，在掌握比较现有技术特点和缺陷的基础上，分析提出了“十二五”期间应急救援重点科技支撑项目需求，同时提出了进一步加强安全生产应急救援科技工作的对策思路。
一、应急救援科研工作现状
先进、可靠的应急救援技术和装备是提升应急管理水平、提高救援队伍实战能力、降低次生事故发生率、减少救援人员自身伤害的重要保障。可以说，在事故救援中，科学技术是第一战斗力！国家高度重视应急救援科技工作。《国家中长期科技发展规划纲要》提出要“重点研究煤矿灾害、重大火灾、突发性重大自然灾害、危险化学品泄漏、群体性中毒等应急救援技术。”张德江副总理在参观第二届中国国际安全生产应急技术与装备展览时强调，要“大力推动安全生产科技进步，切实提高事故防范和应急救援能力”。
在科技部的大力支持下，“十一五”期间，安全生产应急救援领域共有矿井重大事故救援指挥辅助决策技术研究、井下灾区探测与灾害抑控技术与装备、人员遇险区域定位及救灾通讯关键技术与装备、矿井水害快速治理技术与装备研制、危险化学品事故应急救援关键技术及装备研发、应急平台技术研发与示范等19项课题被列入了国家科技支撑计划，科研经费总额超过1亿元。依托国家科技支撑计划，各地区、各部门科研单位、生产企业紧密结合应急管理和应急救援实际工作，始终围绕重特大事故应急救援的关键、共性技术装备需求，坚持加强集成创新和引进消化吸收再创新，着力推进自主创新能力建设。应急救援重大基础理论研究有了新进展，重大关键技术研究有了新突破，有力提升了应急救援技术装备水平和科技支撑能力。
但也应看到，应急救援技术装备应用于灾区，关系着被困人员和救援人员的生命安全。使用环境异常复杂，应用条件异常恶劣，可靠性要求异常严格，安全性要求异常苛刻。很多常规条件下的理论方法和技术设备无法直接应用到救援技术装备开发中，研究工作繁重、难度大、成本高。另一方面，应急救援科技工作具有很强的公益性，和生产设备相比，应急救援装备使用面窄、使用量小、更新换代慢、经济效益低，研发单位和企业自主科研投入缺乏持续动力。这两方面因素造成应急救援科技支撑项目缺口较大，科研水平难以完全适应当前依然严峻的安全生产形势，难以充分满足应对重大、复杂事故灾难的需要。灾区多媒体通信、无人化安全侦检、被困人员探测定位、深部快捷抢险排水、井下潜水救援等长期制约救援效果、效率和安全性的技术瓶颈还没有取得根本性的突破，救援队伍的技战术能力也难以得到革命性的发展。
二、“十二五”期间应急救援科研需求分析
“十二五”时期是实现安全生产状况朝着根本好转方向迈进的关键时期。党中央、国务院高度重视、经济发展方式加快转变、产业结构不断优化、科技自主创新能力进一步加强、全国应急救援体系初步建成，这都为应急管理快速发展提供了历史性机遇。，但同时，随着工业化、城镇化进程的加快和国民经济的快速发展，市场能源原材料需求将继续增长，矿山、危险化学品领域将进一步扩大产能，事故仍将处于多发频发期，应急救援工作任务依然繁重。在这种形势下，迫切需要加强应急管理和应急救援科研工作，全面提升应急救援科技的引领、支撑和保障能力。
针对近年来重特大事故抢险救援中具有普遍性的技术难点问题，结合科研单位和生产企业的项目建议，“十二五”期间应急救援重点科研项目需求主要体现在以下几个方面：
（一）侦检探测技术
１.煤矿灾区探测机器人
煤矿瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等事故发生后，受高温、浓烟、有毒有害气体和缺氧等因素影响，同时由于二次爆炸发生的可能，救护队员难以直接进入灾害现场执行营救任务。为了提高救援成功率，减少救援人员自身伤亡，迫切需要一种煤矿灾区探测机器人，替代或部分替代救护队员进入灾区，探测并回传井巷环境信息（包括甲烷、一氧化碳、氧气、温度、湿度、风速、风向和灾害场景等），为抢险救援决策提供参考依据。
开发非结构环境下的移动作业和救灾机器人是当今机器人研究中的重点课题，目前国内外在星球表面探测、军用、反恐以及消防等领域机器人的研究已取得了丰硕的成果，并得到了较好的应用。相对来说，针对煤矿井下救灾机器人的研发才刚刚起步，大多是将其他领域机器人扩展功能后应用到井下救灾，如美国智能系统与机器人中心开发的RATLER矿井探索机器人、美国南佛罗里达大学研制的Simbot机器人、卡内基梅隆大学机器人研究中心开发的土拨鼠机器人、Remotec公司制造的V2机器人等。这些机器人各自存在着设计体积大、越障性能差、智能化水平低、有线遥控距离近等缺陷，离实际应用并真正发挥救援作用的要求还有一定距离。
因此，目前急需研究适应井下灾区环境，体积小巧，智能程度高、越障能力强、检测数据准确、通信连接顺畅、防爆安全性可靠的煤矿灾区探测机器人。
2.煤矿井下生命探测关键技术
当灾变发生后，先进的生命搜寻技术是减少人员死亡最有效的手段之一。目前，国内外对煤矿井下压埋人员的寻找和定位仍多凭经验和人体器官的感觉，用呼喊、敲击等方法来判定。落后的搜寻技术是制约应急救援效率和成功率的主要问题之一。
针对地面障碍物后或掩体下的生命搜寻，国内外学者利用光学、声学、电磁学、人体生物学、仿生学等理论进行了研究，取得了一定的进展和成效，但救援实战应用中还存在诸多限制。光学探测仪只适合被测者周边有空隙的情况使用；红外探测仪适合在浓烟、大火和黑暗的环境下使用，受环境温度及热源的影响严重，穿透性差，遇物阻挡失效；声波探测仪只有被测对象能够活动、敲击或呼救才能被探测到，易受噪声影响；超声波易受环境杂物反射干扰影响，在煤岩介质中衰减速度很快，遇水、泥土阻挡失效，在人体内的传播机理复杂，还有待研究；激光探测则需要高压电源供电且体积庞大笨重。
因此目前急需研究不易受环境因素影响，能有效穿透非金属介质，使用便捷，安全可靠的生命探测技术。
（二）煤矿井下救灾多媒体通信技术
煤矿井下救灾通信是煤矿事故救援的重要保障。井下灾区环境中，传输衰减大、发射功率受限，在地面通信距离达数千米的对讲机，在井下通信距离不足百米。煤矿井下救灾通信系统必须具备电气防爆、设备体积小、抗干扰能力强、防护性能好、电源电压波动适应能力强、抗故障能力强等特点。地面救灾通信技术和系统难以直接用于煤矿井下。
目前，我国煤矿井下通信主要以有线电话为主，缺少能满足全矿井移动通信需求的系统和技术。漏泄、感应、透地等移动通信均存在一定问题，难以满足全矿井移动通信要求。透地通信系统存在着信道容量小、单向通信、电磁干扰大、应用范围受限制、施工难度大等问题。感应通信系统存在着信道容量小、电磁干扰大、天线体积大、携带不方便（天线通常为背心式或跨肩带式）等问题。漏泄通信系统存在着串联中继器多、系统可靠性差等问题。
由于矿井通信环境复杂，无法使用地面自由空间电磁波传播的理论分析和试验测试方法。目前，急需研究建立井下灾害环境电磁波传输模型，为矿井救灾通信系统选择最佳通信频率和最佳天线方案提供理论依据。同时进一步优化路由算法、链路管理、功率控制、网络结构模型、无线资源管理等设计，研制高性能、高可靠性的煤矿井下多媒体救灾通信系统。
（三）矿井水灾抢险救援技术
1.高效抢险排水技术
透水事故发生后，井工矿井的泵房和排水系统往往被突水摧毁，需要调集专用排水设备，在井筒中重新安装和构建抢险排水系统。
竖井淹井事故抢险排水目前采用的是传统潜水泵+给水泵（接力泵）+强力法兰盘无缝钢管的技术模式。传统潜水泵最大的不足在于电机在泵的下方，即下机上泵结构形式，电泵不能脱水运行，停机和启动均要求有较高水位，排水残留水位较高，不利于彻底排除灾害水。采用接力泵组成接力排水系统虽能有效降低矿井水残留水位，但接力排水系统机身过长，安装、操作复杂，主排水电泵和接力泵电源电压等级不一致（主泵一般是高电压，给水泵一般是低电压），难以快速形成抢险排水高效系统。
斜井淹井事故抢险排水目前主要采用离心泵+高压软管+法兰盘无缝钢管或高强度复合塑料水管的模式；也可采用传统潜水泵+给水泵（接力泵）+法兰盘无缝钢管或高强度复合塑料水管的模式。采用离心式水泵受吸水真空高度的限制，每往下“追水”6、7米就要停机接管，下放水泵，此时矿井水会反扑，形成抢险“拉锯战”，甚至淹没排水能力不足的水泵。采用传统潜水泵+给水泵后机身更长（一般在8米以上），增加了安装难度、操作难度和技术风险，难以在我国西部中、小型斜井抢险排水中应用。
因此，应研制适应我国井工条件的上机下泵型潜水电泵，应用新型潜水电泵构建高效抢险排水系统；研究和构建1000米以上大型特深竖井淹井事故抢险排水系统；完善中、小型斜井淹井事故抢险排水系统。同时研究突透水水砂自动分离技术，将突透水时部分矿井大于20%含沙量降低到小于5%，满足潜水电泵使用条件要求，保证有效排水和设备使用寿命。
2.井下潜水救生舱
目前我国处理透水事故主要做法是安装抢险排水系统抽水，直至井下巷道露出一定空间，再派救护队员携橡皮艇下井救人。透水量和排水速度决定了救援效率和成功率。如事故透水量较大，排水能力不足，则井下被困人员生还希望很小。针对这种问题，可研发一种具备巷道陆地行走、水下航行、自主观察、导航定位和通信的功能的潜水救生舱，在透水排干前，潜水进入淹没巷道，搜寻解救被困人员。
根据矿井巷道诸多环境特点，加之灾变地点的不可预测性，潜水救生舱要解决以下关键技术问题：
一是救生舱总体结构设计。救生舱作为两栖航渡装备，既要能在陆上行走，又要能在水下潜行，因此要综合考虑坡道行走、障碍物跨越、舱体结构耐压、舱室布置、水下操纵等诸多因素。
二是动力与推进系统设计。救生舱应能分别为陆地行走和水下航行提供推进动力。
三是舱内生命支持系统。一要能够及时清除人员进出时带入舱内的有毒有害气体；二要及时吸收CO２，补充新鲜的02，以满足人体生存的需要；三要及时对救生舱内进行降温除湿，改善舱内舒适度。
四是水下航行姿态的测控。救生舱在矿井水中潜航时，要在不同坡度的巷道环境中运动，适时完成诸如前进、后退、垂直升降、左右转向、横向平移、倾斜旋转等动作，实时实现舱体的纵横倾、升沉、回转等功能。
五是救生舱水下定位及导航。灾变后巷道水下的能见度极小，常用的目测航渡不可能实现。若采用声纳导航，则由于巷道狭小，杂物回波干扰较大，也难以准确定位。应根据水下巷道的特点，需综合采用多种方法，实现可靠的定位和导航。
六是水下通信技术。救生舱在整个救援过程中，要随时保持与地面指挥的双向联系。地面与救生舱之间的通信需经过气液两相，单纯的无线电或声纳通信均有不足，加之巷道狭窄，背景噪声大，故要采用新型方式才能满足通信要求。
（四）应急救援培训演练模拟仿真系统
随着计算机技术的发展，虚拟现实技术提供了一种全新的培训演练模式。虚拟现实是指利用计算机生成模拟环境，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。在应急救援培训演练中，应用虚拟现实技术可以使受训者在完全安全的条件下身临其境地去接触灾区环境、认知和处理各种灾变情况。同时能够节省搭建真实灾区场景，使用真实救援装备所需的高额成本。
国外在基于虚拟现实的培训系统方面研究起步较早，很多国家已将虚拟现实技术应用到安全技术和应急救援培训中。诺丁汉大学的AIMS研究所己经开发了许多与采矿工业安全培训相关的桌面VR系统，包括对矿山救护队培训和测试。澳大利亚的UNSW（University of New South Wales）大学的矿业工程学院与CSPL（Coal Service Pty Limited）公司及JCB（Joint CoalBoard）健康和安全基金会合作开发了一套虚拟现实培训系统iCAST，该系统包括360度环幕投影系统、110度曲面平幕投影系统和iDome背投系统。现在该系统已经商业化，并被安装在澳大利亚各大救援站，用于矿工培训及救灾救护培训。澳大利亚昆士兰大学（University of Queensland）的高级计算机图形和虚拟现实研究组也致力于基于虚拟现实技术的培训系统开发，开发出了钻机训练仿真器、露天矿井虚拟现实仿真器、井下风险识别等系统。
国内在这方面的研究工作主要是介绍国外虚拟现实研究成果，提出虚拟现实培训系统研究框架，此外大多集中在煤矿虚拟环境的几何表达。目前应在前期工作的基础上，研发能够实际用于应急培训演练的VR系统，采用虚拟现实技术模拟煤矿灾变真实环境，使得受训者能够沉浸其中，通过人机交互和场景互动，从心理、生理、技巧等方面进行培训演练，并可同步分析，智能化评价其对灾害的预判能力和应急处置能力，从而提高应急救援培训演练效果。
三、进一步加强应急救援科技工作的对策思考
（一）整合优势资源，完善科技创新体系。
要整合优势科研资源，实现集约化发展，大力营造资源互补、配置科学、信息共享、协调有序的科研攻关工作机制。充分发挥政府部门的主导作用、市场在科技资源配置的基础性作用、企业在技术创新的主体作用、国家科研机构和大专院校的骨干和引领作用、应急救援队伍的推广示范作用。积极争取国家在财政、金融、税收、保险等方面的激励政策，尽可能利用市场经济调节杠杆，引导、动员、鼓励社会科技资源进入应急救援领域。逐步形成政府、科研院所、企业、社会的联合协作机制，实现技术、人才、产业、资本等的优化组合，全面增强应急救援科技创新能力。
（二）拓宽投入渠道，加大投入力度。
应急救援科技工作是社会公益性事业。应建立完善应急救援科技创新的投资和引导机制，努力拓宽科技投入渠道，形成中央、地方政府、企业及全社会的多元化投入机制。积极争取将应急救援领域基础性、关键性技术研究项目列入国家和有关部门相关计划，加大资金支持力度，发挥好国家科技投入的主导作用。鼓励应急救援装备生产企业加强研发部门建设，加大研发投入，使企业真正成为应急救援技术装备研究开发投入、技术创新活动和创新成果应用的主体。鼓励各级应急救援队伍，尤其是国家、区域应急救援队参与重大、重点应急救援科技成果推广应用与工程示范。
（三）促进产学研结合，加快成果转化推广。
（四）规划建立应急产业园区，推动产业化发展。
在做好应急产业及其市场需求调研的基础上，在全国选择具有合适区位条件、基础设施条件、人力资源条件、资金条件和政策条件的地区规划建立1到2个应急救援产业园试点。发挥产业园区的产业集群效应和规模化市场效应，构建适合应急高新技术产业发展的新经营体制和市场化机制，实现科技创新、经济效益和社会效益的统一。
（五）广泛开展国际合作与交流，引进消化国外先进技术。
进一步巩固和发展与国际组织、世界各国科技合作关系，不断扩展新的合作渠道，多形式、全方位、多层次地推进国际应急救援科技交流与合作，积极参与全球性、区域性科学研究合作项目。跟踪研究国际应急救援技术装备发展前沿动向，大力引进国外高精尖技术和成果，提升应急救援技术能力和装备配备水平。在引进、消化吸收国外先进救援技术的基础上，自主创新研发适应我国应急救援实战特点的技术装备，提高应急救援装备的科技含量。
（六）构建技术装备标准体系，促进救援装备规范化发展。
规划、组织科研力量从事应急救援技术标准研究。通过建立标准体系，科学引导技术、产品的研发和升级；规范救援装备市场，去芜存菁，推进救援装备产业良性发展；为产品检验检测提供依据，确保产品安全高效实用。同时，及时跟踪国际现行技术标准发展动向，推动我国应急救援技术标准向国际标准靠拢。
