智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

韓曉樂 韓云增 沈 偉

（1.煙臺大學文經(jīng)學院，山東 煙臺 264003；2.山東能源棗礦集團七五生建煤礦，山東 微山 277550；3.中國中煤能源集團有限公司，北京 100120）

1 概述

沖擊地壓已經(jīng)成為了井工煤礦開采的主要災(zāi)害之一，限員管理作為降低沖擊地壓事故發(fā)生瞬間災(zāi)害程度的關(guān)鍵一環(huán)，越來越受到重視。實際操作中，往往采取閘機計數(shù)等方法，但是在回采工作面實際應(yīng)用中，由于兩個安全出口的存在，簽字登記、設(shè)門站崗無法實現(xiàn)準確計數(shù)，并且需要安排專人站崗，閘機計數(shù)投入大，效率低，影響安全出口暢通與輔助運輸，限員管理在個別礦井成為了一個形式。

七五生建煤礦煤層埋藏深，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，煤炭自然發(fā)火期短，煤層為厚度3.5m 左右的中厚煤層。根據(jù)煤巖層沖擊傾向性鑒定結(jié)果及開采煤層沖擊危險性評價結(jié)論，該礦井為沖擊地壓礦井。為了控制采掘工作面動壓擾動沖擊危險區(qū)作業(yè)人數(shù)，礦井試驗了專人站崗、鎖門攔截等方法，礦井一面四頭每個班次需要5人站崗管理，每天需要投入20個工，造成了人員的巨大浪費，不利于高產(chǎn)高效礦井建設(shè)。鎖門攔截也在一定程度上限制了安全出口的暢通，并且影響了現(xiàn)場安全巡查效果，不利于安全管理。同時上述兩種方法都是在現(xiàn)場放置登記記錄本核驗進入沖擊危險區(qū)人數(shù)，對于有兩個或以上出口的限員管理區(qū)域難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，并且依靠現(xiàn)場作業(yè)人員自覺執(zhí)行，難以監(jiān)管。

為了更好地執(zhí)行限員管理規(guī)定，將人員的自覺行為轉(zhuǎn)化為剛性約束，針對限員管理區(qū)域準確計數(shù)與不同安全出口數(shù)據(jù)互通及自動攔截、遠程控制，基于視頻雙目計數(shù)原理，自主開發(fā)設(shè)計了一套智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要由五大部分構(gòu)成，分為信息采集、數(shù)據(jù)處理、現(xiàn)場攔截、遠程控制、數(shù)據(jù)傳輸。信息采集主要在每個出入口安裝2個視頻雙目計數(shù)攝像頭，能夠分辨進出人員，并實現(xiàn)進出人員的準確計數(shù)。數(shù)據(jù)處理采用網(wǎng)關(guān)服務(wù)控制器，實現(xiàn)信息采集數(shù)據(jù)處理與現(xiàn)場攔截指令發(fā)出?，F(xiàn)場攔截采用語音報警、顯示屏、氣缸配合不銹鋼攔截門，實現(xiàn)語音、燈光提示與物理隔離。遠程控制采用計算機，實現(xiàn)遠程控制攔截系統(tǒng)動作及輸入限員人數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸采用環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)各部分之間的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)功能

根據(jù)視頻人體移動探測的工作原理，用視頻雙目計數(shù)攝像頭能夠分辨人員進出動作，實現(xiàn)進出人員的準確計數(shù)，避免了多個人員進出時紅外線探頭不能準確計數(shù)的缺點，克服了普通人員定位系統(tǒng)不能分辨進出的缺點。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)累加并顯示防沖區(qū)域內(nèi)所有在線人員數(shù)量，當防沖區(qū)域進入人員超過設(shè)定數(shù)值時，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)輸出控制信號，控制關(guān)門氣缸電磁閥和報警電磁閥同時動作，關(guān)閉攔截門和語音報警語音提示“請勿入內(nèi)”，攔截并提示外部人員不能入內(nèi)，大屏幕顯示器紅色字符顯示“禁止入內(nèi)”并顯示超員人數(shù)；當防沖區(qū)域里邊有人員走出時經(jīng)過視頻雙目計數(shù)攝像頭時，用大屏幕顯示屏累減并顯示防沖區(qū)域在線人員數(shù)量，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)累減計數(shù)，大屏幕顯示屏定員人數(shù)，在線人數(shù)累減并顯示防沖區(qū)域在線人員數(shù)量、超員數(shù)量（如不超為0）和準入數(shù)量累加；當防沖區(qū)域內(nèi)人員數(shù)量少于設(shè)定人員（如16人）時，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)輸出開門信號和停止報警信號，推動開門氣缸電磁閥和停止報警電磁閥同時動作，開門氣缸動作打開攔截門，關(guān)門氣缸電磁閥和報警電磁閥不動作，語音報警不再輸出，同時大屏幕顯示器顯示“正常進出”，從而達到限員的目的。

4 工程實踐

智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)已在七五生建煤礦應(yīng)用。該礦購進1臺電子計算機、視頻雙目計數(shù)攝像頭2組、大屏幕顯示屏1 個、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)、語音報警裝置1個、氣缸2個、不銹鋼攔截門2個。電子計算機放置在調(diào)度臺，其配備英特爾酷睿i5處理器，內(nèi)存8G，并安裝了Windows10操作系統(tǒng)，通過訪問網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，遠程調(diào)整現(xiàn)場限員人數(shù)與攔截門開合狀態(tài)，并能與現(xiàn)場大屏幕顯示屏同步顯示當前人數(shù)狀態(tài)。視頻雙目計數(shù)攝像頭安裝在井下回采工作面限員起始點。大屏幕顯示屏能根據(jù)不同的狀態(tài)顯示相對應(yīng)顏色的字符 ，當人員數(shù)量在限員規(guī)定以內(nèi)時，顯示綠色字體，可以正常進出，當人員數(shù)量超過限員規(guī)定時，顯示紅色字體，禁止人員進入。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器控制系統(tǒng)包括網(wǎng)關(guān)服務(wù)器1個、交換機1個、光纖收發(fā)器1個、網(wǎng)絡(luò)控制器1個，主要進行信號轉(zhuǎn)換與傳遞。語音報警裝置提前錄制音頻，在報警時發(fā)出語音提示“采煤工作面防沖區(qū)域限員16人，請勿超員”。氣缸與攔截門配合實現(xiàn)限員區(qū)域的物理隔離，在人員超員時自動關(guān)閉攔截門，人員不超員時保持攔截門常開狀態(tài)。

3上217回采工作面兩巷超前工作面300m位置作為限員起點與終點。起點與終點分別安裝一組雙目攝像頭，終點雙目攝像頭視頻數(shù)據(jù)通過光纖傳輸?shù)狡瘘c位置的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，起點雙目攝像頭視頻數(shù)據(jù)同樣接入網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)傳輸至網(wǎng)絡(luò)控制器，并將遠程控制部分安裝在礦調(diào)度室。通過雙目攝像頭實現(xiàn)了沖擊危險限員區(qū)域人員出入準確計數(shù)，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器處理視頻信號后，輸出限員信息，現(xiàn)場大屏幕實時顯示限員管理區(qū)域內(nèi)人數(shù)情況，并在人員超員時發(fā)出語音報警，如圖2所示。

調(diào)度室通過電子計算機遠程控制限員人數(shù)與限員門開合，實現(xiàn)了生產(chǎn)期間強動壓擾動期、檢修期間弱動壓擾動期區(qū)別對待。系統(tǒng)可靠性遠高于人工登記、人員定位等方法，并且每班減少站崗警戒人員2人，取得了較好的實際應(yīng)用效果。

圖2 智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用圖

5 結(jié)論

（1）智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)_擊危險區(qū)限員區(qū)域進出人員準確統(tǒng)計，現(xiàn)場通過聲光信號實時在線警示，并且能夠在人員超員時，準確動作，關(guān)閉柵欄門，實現(xiàn)人員與沖擊危險區(qū)的物理隔離。

（2）智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)通過環(huán)網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)地面計算機遠程監(jiān)控，保證了沖擊危險區(qū)不同時段不同限員人數(shù)的落實，并且能夠在突發(fā)情況及時打開柵欄門。

（3）智能防沖限員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主系統(tǒng)采用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，設(shè)備穩(wěn)定可靠，還可以遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。