采用人員定位技術提高煤礦井下安全管理水平

王 琳

(晉城煤業(yè)集團 天安公司，山西 晉城048000)

0 引言

隨著我國對煤礦安全生產(chǎn)的重視，煤礦安全生產(chǎn)管理信息逐漸成為現(xiàn)代煤礦安全生產(chǎn)管理中的顯著特征。信息的采集、傳遞、處理、控制和管理成為現(xiàn)代煤礦安全管理科學中重要的技術基礎，也成為實現(xiàn)礦山生產(chǎn)、管理、安全保障等現(xiàn)代化程度的技術保障。

1 煤礦井下人員定位系統(tǒng)工作原理

1)首先在井下的各個工作面和所有人員可能經(jīng)過的通道中安放若干個信號收發(fā)器，具體數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場實際工況和要實現(xiàn)的功能要求而定，并且將它們通過網(wǎng)絡布線和地面控制中心的計算機聯(lián)網(wǎng)。

2)同時在每個下井人員佩帶的礦燈上安置一個信號感應器，當下井人員進入井下以后，只要通過或接近放置在坑道內的任何一個信號收發(fā)器，信號收發(fā)器即會馬上感應到信號同時立即上傳到控制中心的計算機上，計算機馬上就可判斷出具體信息(如是誰、在哪個位置、具體時間)，同時把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上并做好備份，管理者也可以根據(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意圖點擊井下某一位置，計算機即會把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計并顯示出來。

3)控制中心的計算機會根據(jù)一段時間的人員出入信息整理出這一時期的每個下井人員的各種出勤報表(如出勤率、總出勤時間、遲到/早退記錄、未出勤時間等)。另外，一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員分布信息馬上查出事故地點的人員情況，然后可再用特殊的探測器在事故處進一步確定人員位置，以便幫助營救人員以準確快速的方式營救出被困人員。

2 煤礦井下人員定位系統(tǒng)的技術內容

“井下人員定位系統(tǒng)”是由地面監(jiān)控中心主計算機在軟件數(shù)據(jù)庫支持下，采用射頻技術，通過傳輸接口和巷道鋪設的通信電纜，定時對井下詢問接收站進行數(shù)據(jù)巡檢和信號采集，將其接收到的由區(qū)間內KGE18 員工電子識別卡發(fā)射的無線數(shù)據(jù)信號，由傳感器采集的瓦斯等環(huán)境數(shù)據(jù)信息經(jīng)軟件處理轉換成數(shù)字信號和圖像，使井下人員(或機車等移動目標)動態(tài)分布和環(huán)境安全狀態(tài)在主計算機中得以實時反映，從而實現(xiàn)井下人員、環(huán)境安全狀態(tài)在井上數(shù)字化監(jiān)控管理的目的。

2.1 射頻識別技術及主要特點

射頻識別技術(RFID)利用射頻方式進行非接觸雙向通信，實現(xiàn)人們對各類物體或設備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動或靜止)下的識別和數(shù)據(jù)交換。它具有以下特點。

1)操作方便，工作距離長，可以實現(xiàn)對移動目標的識別。

2)無硬件接觸，避免了因機械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長。

3)射頻識別卡無外露金屬觸點，整個卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合惡劣環(huán)境條件(如溫、濕變化大，灰塵多，難以保持卡面清潔的井下環(huán)境)下工作。

4)對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過隨機序列地加密，并有完善、保密的通信協(xié)議。卡內序列號是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號固化，安全性高。

5)卡內具有防碰撞機制，可實現(xiàn)同時對多個移動目標進行識別。

6)信號的穿透能力強(可穿透墻壁、路面、衣物、人等)，數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強，感應靈敏，易于維護和操作。

2.2 射頻識別系統(tǒng)的硬件組成和工作原理

典型的射頻識別系統(tǒng)主要包括兩個部分:射頻識別卡和讀卡器。

1)射頻識別卡的部分是由一個電感線圈和一個電容并聯(lián)后接人集成芯片，當卡片置于讀卡器發(fā)出固定頻率的電磁場附近時，由于卡片內的LC 諧振電路頻率與讀卡器發(fā)射的電磁波的頻率相同，在電磁波的激勵下，使電容C1 產(chǎn)生電荷。在電容Cl 的另一端接有一個單向導通的電子泵，將電容Cl 內的電荷送到電容C2 儲存。當所積累的電荷達到一定程度時，電子開關自動打開，為其它電路提供工作電壓。當卡片獲得了能量并產(chǎn)生上電復位后，原本處于“休眠狀態(tài)”的卡片被激活并將含有自身種類識別碼標志、制造商標志等信息代碼調制到載波上經(jīng)卡內天線發(fā)射出去。

2)讀卡器的硬件組成及其工作原理。讀卡模塊是采集射頻識別卡的第一門戶通道，也是讀卡器中最重要的一個功能部件，讀卡模塊內部集成了無線接收電路及發(fā)生基波信號的功率輸出電路，配合外部連接的電感線圈(天線)工作。晶體振蕩信號經(jīng)分頻、選頻、預放電路處理后輸出驅動外部的高頻天線，在天線附近形成高頻電磁場。當射頻識別卡出示在讀卡器的讀出范圍時，卡內電路從電磁場取得電能作為其工作電源并啟動芯片工作，向高頻天線輻射含有串行數(shù)據(jù)的高頻信號，經(jīng)讀卡模塊內電路的解調、帶通濾波整形后由OUT 腳輸出卡的序列串行信號。讀卡器采用微處理器控制，通過RS232 轉換模塊實現(xiàn)與主控機之間的信息交流。

3)系統(tǒng)功能設計。將讀卡器安裝在井下一些重要的峒室、危險場合(如盲巷)等需要監(jiān)控的地方，分布區(qū)域的大小可視井下具體環(huán)境而定。射頻識別卡內嵌在礦燈中，無需附加攜帶裝備。在井下，員工只要穿過感應區(qū)域，讀卡器就將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸電纜傳送到地面中心站，處理后保存到數(shù)據(jù)庫服務器中。可實現(xiàn)的功能包括:①井下人員查詢功能實時查詢當前井下人員的分布情況(分布區(qū)域的大小由讀卡器的分布情況而定);查詢任一人員某一時刻所處的位置;查詢任一人員當日或某日的活動蹤跡。②安全保障功能丟失報警:班末清點人員時，如發(fā)現(xiàn)人員丟失則報警;或者發(fā)現(xiàn)井下人員超過規(guī)定時間，自動報警提示并提供相關人員的名單。救護搜尋:可對事故現(xiàn)場被埋人員進行搜尋和定位，以便及時救護。③統(tǒng)計考勤功能對下井人員進行下井次數(shù)、井下停留時間等信息分類統(tǒng)計，便于考核;與此相應的中長期數(shù)據(jù)儲存和有關報表的打印。

3 井下人員定位系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能

井下人員定位系統(tǒng)為煤礦管理人員提供人員進出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生安全事故，通過該系統(tǒng)立刻可以知道該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量，保證搶險救災和安全救護工作的高效運作。

1)通過實時顯示查詢井下情況。①任一時間井下或某個地點究竟有多少人，這些人都是誰。②每個人在井下任一時間的活動軌跡。③查詢一個或多個人員現(xiàn)在的實際位置，方便調度中心可快速正確地聯(lián)系該人員。④查詢有關人員在任一地點的到/離時間和總工作時間等等一系列信息，可以督促和落實重要巡查人員(如瓦斯檢測人員、溫度檢測人員、排風人員等)是否按時、到點地進行各項數(shù)據(jù)的測試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關事故。⑤可實現(xiàn)多點共享供多個領導同時在不同地點查看。

2)井下人員每時每刻在坑道的實時動態(tài)分布。根據(jù)井下實際地理情況制作相應動態(tài)圖，使井下情況生動形象一目了然。

3)自動統(tǒng)計出各類人員下井的各種報表。①生產(chǎn)人員的下井時間報表、出勤月報表、加班報表、請假或缺勤報表等管理所需依據(jù)并可生成工資報表等。②制定和統(tǒng)計管理人員的巡查情況報表等等。③其他人員如參觀、考察人員是否按要求到指定區(qū)域等。

4)一旦發(fā)生各類事故，立即能查出有多少人遇險，遇險人員在哪里，他們是誰。

5)搶險時采取移動式識別裝置，更準確快速識別遇險人員具體地點和位置，提高搶險效率和救護效果。

4 結語

井下人員定位系統(tǒng)應用系統(tǒng)論、控制論、信息論的原理和方法，密切結合自動檢測與傳感器技術、計算機仿真、計算機通信等現(xiàn)代高新技術，可以把我們關注的那些有決定性影響的參數(shù)檢測并按規(guī)定的方式顯示出來，當它們之中有一個或幾個出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)就會按照事先設計的模式發(fā)出警示信號，或者給出未來趨勢預報，在緊急狀態(tài)下，還會進行必要的應急控制，以便抑制事故發(fā)生或減少危害波及的范圍。這樣，可望將重大危險源或隱患引發(fā)的事故控制在最低程度，對我礦的安全生產(chǎn)形勢和安全技術領域的科技進步起著積極的作用。

［1］ 沈宇超，沈樹群. 射頻識別技術及其發(fā)展現(xiàn)狀［J］. 電子技術應用，1999(1).