煤礦井掘進(jìn)工作面移動(dòng)設(shè)備人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

曹豪

【摘要】? ? 煤礦井掘進(jìn)過程中涉及諸多設(shè)備，包括連采機(jī)、梭力、錨桿機(jī)等，在應(yīng)用中也呈現(xiàn)出復(fù)雜性。并且煤礦井掘進(jìn)工作面環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，在操作中具有極大的工作盲區(qū)，如果稍有不慎勢(shì)必發(fā)生嚴(yán)重安全事故。據(jù)此，應(yīng)用移動(dòng)設(shè)備人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將借助技術(shù)優(yōu)勢(shì)規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，通過系統(tǒng)探測(cè)達(dá)到安全控制的目的。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要基于超寬帶技術(shù)，將機(jī)載部分設(shè)置于移動(dòng)設(shè)備機(jī)身，并設(shè)置一定的距離控制參數(shù)，規(guī)劃為安全區(qū)域、報(bào)警區(qū)域、停機(jī)區(qū)域等，以實(shí)現(xiàn)具體的結(jié)構(gòu)劃分。在人員控制上則將終端部分集成于礦燈之上，通過位置感知探測(cè)技術(shù)，從而完成相應(yīng)的控制操作，確保井下工作人員的安全。

【關(guān)鍵詞】? ? 煤礦井掘進(jìn)工作面? ? 移動(dòng)設(shè)備? ? 人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言：

縱觀現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為保障煤礦開采等高危行業(yè)的作業(yè)安全，越來越多的新興技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用。尤其是面對(duì)掘進(jìn)工作面復(fù)雜的條件和工況，更需要依賴于全新的安全防護(hù)技術(shù)。目前，主要應(yīng)用超寬帶技術(shù)對(duì)井下作業(yè)人員進(jìn)行定位，立足于進(jìn)上綜合控制與井下終端布局，構(gòu)成全面覆蓋的安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)，利用信息通訊與信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)化感應(yīng)啟停。

一、人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成及原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

為適應(yīng)煤礦井掘進(jìn)工作面的需求，在大量的移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行過程中，人員接近系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。系統(tǒng)主要由機(jī)械部分及人員終端部分所構(gòu)成，兩種設(shè)備之間的銜接依賴電磁波實(shí)現(xiàn)通信與定位。機(jī)載部分供電以127 V交流電或24 V直流電為主，其中又包含眾多的探測(cè)器、主控器、顯示終端及報(bào)警器等，各設(shè)備之間利用通信電纜進(jìn)行連接。其中的主控器與電控箱連接，并發(fā)揮取電及停機(jī)控制功能，人員終端供電則由充電鋰電池組成。

1.2 系統(tǒng)工作原理

針對(duì)煤礦井掘進(jìn)工作面安全控制要求，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于各類移動(dòng)設(shè)備中。其工作原理主要為，通過控制系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，將危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行分級(jí)處理，即安全區(qū)域、報(bào)警區(qū)域、停機(jī)區(qū)域等，在各區(qū)域所覆蓋的范圍內(nèi)，人員位置由便攜式頭燈進(jìn)行信息交互，兩種設(shè)備之間通過電磁波進(jìn)行通信，主要是利用電磁波發(fā)射至接收時(shí)間，以及光速的乘積精確計(jì)算距離，并利用系統(tǒng)軟件對(duì)所收集的信息進(jìn)行處理，從而最終確定人員終端的位置，以此獲得相應(yīng)的管理坐標(biāo)（如圖1）。一旦當(dāng)人員移動(dòng)至所區(qū)分的區(qū)域內(nèi)時(shí)，將觸發(fā)相應(yīng)的控制功能，以提醒人員注意安全，如果進(jìn)入兇險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，則系統(tǒng)將自動(dòng)控制斷電，使設(shè)備停止作業(yè)以防止人員受傷。

二、人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用方案

2.1 連采機(jī)應(yīng)用方案

1.區(qū)域劃分。在實(shí)際的系統(tǒng)布設(shè)中，應(yīng)重點(diǎn)依據(jù)井下掘進(jìn)作業(yè)面的現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)細(xì)致劃分，以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作用區(qū)域的有效性，達(dá)到全面覆蓋的要求。

2.設(shè)備布置與連線。依據(jù)井下掘進(jìn)作業(yè)面的劃分，合理設(shè)置各設(shè)備位置，確保在作業(yè)區(qū)域內(nèi)無盲區(qū)、全覆蓋，并使設(shè)備處于長(zhǎng)期安全運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)各個(gè)設(shè)備位置的安裝，應(yīng)契合其功能特點(diǎn)，如顯示終端應(yīng)安裝于駕駛室，控制器則應(yīng)安裝于平臺(tái)下方，以避免外部對(duì)設(shè)備的影響和破壞，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全域的有效覆蓋。

3.供電與邏輯控制?；趯?shí)地考察分析的情況下，對(duì)設(shè)備的各單元進(jìn)行測(cè)試，對(duì)連采機(jī)接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的邏輯單元、供電單元等進(jìn)行配置和測(cè)試。1）取電電氣連接，127v交流電瓦斯斷電儀;2）停機(jī)電氣連接，設(shè)置瓦斯斷電儀啟動(dòng)回路;3）停機(jī)邏輯控制，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦井下掘進(jìn)工作面應(yīng)用中，停機(jī)邏輯屬于重要控制節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)一旦監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域或者非設(shè)備操作人員處于制作危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)施監(jiān)測(cè)預(yù)警，控制器將啟動(dòng)設(shè)備回路，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制;4）語音報(bào)警器控制，當(dāng)操作區(qū)域無需報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制處于斷開狀態(tài)，若制作區(qū)域需要報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制器開關(guān)處于閉合狀態(tài)，語音報(bào)警器將播放“設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、請(qǐng)勿靠近”的語音提示。

2.2 梭車應(yīng)用方案

1.區(qū)域劃分。根據(jù)煤礦井掘進(jìn)工作面移動(dòng)設(shè)備的特點(diǎn)，針對(duì)梭車操作的具體要求確定區(qū)域劃分狀態(tài)，從而滿足安全操作的要求。

2.設(shè)備布置與連線。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于梭車設(shè)備時(shí)，需要將無線探測(cè)信號(hào)進(jìn)行劃分，并遵循信號(hào)全覆蓋、設(shè)備不易受損、探測(cè)無盲區(qū)等原則。1）設(shè)備安裝位置，其顯示部分應(yīng)安裝于駕駛室內(nèi)，外部探測(cè)設(shè)備則應(yīng)安裝在具有一定保護(hù)功能的區(qū)域，確保在設(shè)備移動(dòng)運(yùn)行中不受影響，同時(shí)能夠有效的發(fā)射和回饋信號(hào);2）設(shè)備連接，主要由車載通信電纜進(jìn)行信號(hào)交互，對(duì)于裸露的線路應(yīng)實(shí)施保護(hù)，避免在運(yùn)行中受損，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的有效性。

2.3 錨桿機(jī)應(yīng)用方案

1.區(qū)域劃分。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要綜合考慮錨桿機(jī)的工況和特點(diǎn)，應(yīng)基于現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的區(qū)域劃分，以保障系統(tǒng)的有效應(yīng)用。

2.設(shè)備布置與連線。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在錨桿機(jī)的應(yīng)用中，同樣遵循信號(hào)的全覆蓋、保障設(shè)備安全及監(jiān)測(cè)無盲區(qū)原則，系統(tǒng)的顯示終端應(yīng)安裝于操作臺(tái)，系統(tǒng)控制器安裝于顯示設(shè)備下部，以確保設(shè)備在能夠安全有效，避免在運(yùn)行及撞擊中失效，影響設(shè)備的功能。設(shè)備連線是以車載設(shè)備為基礎(chǔ)，利用礦用通信電纜進(jìn)行設(shè)備連接，并對(duì)相關(guān)線路進(jìn)行保護(hù)。

3.供電邏輯控制。結(jié)合錨桿機(jī)作業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，在供電邏輯控制方面應(yīng)做好三個(gè)方面。1）取電電器連接，應(yīng)用127v瓦斯斷電儀;2）停機(jī)電氣連接，啟用瓦斯斷電儀回路;③停機(jī)邏輯控制，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，如操作區(qū)域存在異常人員移動(dòng)時(shí)，控制器將對(duì)周邊探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，即探測(cè)到錨桿機(jī)周邊存在移動(dòng)信號(hào)，將認(rèn)定為存在人員危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)，控制器將啟動(dòng)設(shè)備回路，控制設(shè)備將立即采取斷電停機(jī)方式，以保證安全。

4.語音報(bào)警控制。當(dāng)操作區(qū)域無需報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制處于斷開狀態(tài)，若制作區(qū)域需要報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制器開關(guān)處于閉合狀態(tài)，語音報(bào)警器將播放“設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、請(qǐng)勿靠近”的語音提示。另外，錨桿機(jī)在移動(dòng)運(yùn)行過程中，將自動(dòng)發(fā)出“嘀，錨桿機(jī)倒車，請(qǐng)工作人員注意” 的語音提示，相關(guān)人員也應(yīng)依據(jù)提示的內(nèi)容，判斷設(shè)備的工作狀態(tài)，以避免靠近而導(dǎo)致探測(cè)系統(tǒng)報(bào)警或停機(jī)。

三、不同移動(dòng)設(shè)備與人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)

人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)在于保證作業(yè)安全，而其所涉及的設(shè)備也存在較大差異，并通過不同設(shè)備的應(yīng)用構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，在不同移動(dòng)設(shè)備與人員接近監(jiān)測(cè)中，也應(yīng)遵循相應(yīng)的邏輯控制關(guān)系，如人員接近不同設(shè)備同時(shí)覆蓋的區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具備一定的判斷能力，對(duì)正常作業(yè)與非正常作業(yè)進(jìn)行細(xì)分，避免操作設(shè)備臨近時(shí)導(dǎo)致的停機(jī)，而影響正常生產(chǎn)效率。比如，當(dāng)梭車接近連采機(jī)進(jìn)行煤時(shí)，連采機(jī)司機(jī)將處于梭車所規(guī)定的停機(jī)區(qū)域，而相應(yīng)的梭車司機(jī)則也處于連采機(jī)的停機(jī)區(qū)域。此時(shí)的兩種設(shè)備應(yīng)進(jìn)行信息的交互，傳遞和識(shí)別相關(guān)人員的信息，通過不同設(shè)備之間的識(shí)別，避免兩種設(shè)備受到影響。根據(jù)上述控制特點(diǎn)，若將設(shè)備設(shè)置為A設(shè)備和B設(shè)備，兩種人員接近系統(tǒng)的邏輯關(guān)系如表1所示。

四、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)配置的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于頂層結(jié)構(gòu)，針對(duì)用戶的需求可進(jìn)行參數(shù)的配置或者系統(tǒng)操作。在人員接近監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可在顯示界面使用“功能選擇”欄中的“參數(shù)配置”圖標(biāo)，選擇數(shù)字“1”按鍵，用戶根據(jù)提示輸入登錄密碼（初始密碼），隨后按F1鍵取得配置權(quán)限并進(jìn)入控制界面。

1.顯示器參數(shù)配置。依據(jù)參數(shù)配置的要求，選擇“本機(jī)配置”功能菜單，通過對(duì)應(yīng)圖標(biāo)兩側(cè)所顯示的數(shù)字按鍵，以進(jìn)入相應(yīng)的參數(shù)配置菜單。用戶按照需要對(duì)新IP值進(jìn)行配置，并按F1鍵進(jìn)行切換，以及選擇F2鍵確認(rèn)。在“本機(jī)網(wǎng)關(guān)”及“子網(wǎng)掩碼”的配置中，按照同樣的步驟操作。

2.機(jī)型配置。在“參數(shù)配置”中選擇“6”進(jìn)入界面選擇，顯示終端將顯示對(duì)內(nèi)在指定路徑下設(shè)備信息文化進(jìn)行自動(dòng)掃描，并將其結(jié)果添加至本界面。在F2鍵操作中顯示出提示對(duì)話框，以提醒用戶是否進(jìn)行修改，在配置完成后再按F1進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)控制信息將經(jīng)過后臺(tái)發(fā)送到主數(shù)據(jù)控制器，此后系統(tǒng)將依據(jù)配置進(jìn)行執(zhí)行操作。

3.主控制器配置。在“參數(shù)配置”界面選擇“2”，在主控制器界面進(jìn)行聯(lián)機(jī)，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析顯示和配置。若需要對(duì)各項(xiàng)配置等進(jìn)行修改，則用F1鍵進(jìn)行相應(yīng)的切換，但包括MAC地址、當(dāng)前日期、當(dāng)前時(shí)間在內(nèi)的信息不可修改。而按F2則為確認(rèn)修改，通過界面設(shè)備參數(shù)的調(diào)整，以使主控制器按照配置執(zhí)行。

4. 探測(cè)器配置。探測(cè)器的配置與系統(tǒng)的效果影響顯著，因此在參數(shù)的配置中必須依據(jù)科學(xué)原則，在參數(shù)修改中按F2進(jìn)入修改界面，F(xiàn)1用于選擇選擇和確認(rèn)，以完成配置操作。

五、結(jié)束語

綜上所述，基于超寬帶信號(hào)測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用，為煤礦井掘進(jìn)工作面人員接近監(jiān)測(cè)提供了重要支撐。該系統(tǒng)具有較大的應(yīng)用價(jià)值，具備反應(yīng)靈敏、可行性高、功能強(qiáng)大、操作便捷等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的煤礦井掘進(jìn)工作面環(huán)境，通過利用礦燈雙天線、錨點(diǎn)雙收發(fā)器、多錨點(diǎn)多算法定位等創(chuàng)新技術(shù)，結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，為井下安全提供了可靠保證。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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