采用人员定位技术提高煤矿井下安全管理水平

王 琳

(晋城煤业集团 天安公司，山西 晋城048000)

0 引言

随着我国对煤矿安全生产的重视，煤矿安全生产管理信息逐渐成为现代煤矿安全生产管理中的显著特征。信息的采集、传递、处理、控制和管理成为现代煤矿安全管理科学中重要的技术基础，也成为实现矿山生产、管理、安全保障等现代化程度的技术保障。

1 煤矿井下人员定位系统工作原理

1)首先在井下的各个工作面和所有人员可能经过的通道中安放若干个信号收发器，具体数量和位置根据现场实际工况和要实现的功能要求而定，并且将它们通过网络布线和地面控制中心的计算机联网。

2)同时在每个下井人员佩带的矿灯上安置一个信号感应器，当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在坑道内的任何一个信号收发器，信号收发器即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机上，计算机马上就可判断出具体信息(如是谁、在哪个位置、具体时间)，同时把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上并做好备份，管理者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图点击井下某一位置，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。

3)控制中心的计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表(如出勤率、总出勤时间、迟到/早退记录、未出勤时间等)。另外，一旦井下发生事故，可根据电脑中的人员分布信息马上查出事故地点的人员情况，然后可再用特殊的探测器在事故处进一步确定人员位置，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。

2 煤矿井下人员定位系统的技术内容

“井下人员定位系统”是由地面监控中心主计算机在软件数据库支持下，采用射频技术，通过传输接口和巷道铺设的通信电缆，定时对井下询问接收站进行数据巡检和信号采集，将其接收到的由区间内KGE18 员工电子识别卡发射的无线数据信号，由传感器采集的瓦斯等环境数据信息经软件处理转换成数字信号和图像，使井下人员(或机车等移动目标)动态分布和环境安全状态在主计算机中得以实时反映，从而实现井下人员、环境安全状态在井上数字化监控管理的目的。

2.1 射频识别技术及主要特点

射频识别技术(RFID)利用射频方式进行非接触双向通信，实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动或静止)下的识别和数据交换。它具有以下特点。

1)操作方便，工作距离长，可以实现对移动目标的识别。

2)无硬件接触，避免了因机械接触而产生的各种故障，使用寿命长。

3)射频识别卡无外露金属触点，整个卡片完全密封，具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能，适合恶劣环境条件(如温、湿变化大，灰尘多，难以保持卡面清洁的井下环境)下工作。

4)对无线传输的数据都经过随机序列地加密，并有完善、保密的通信协议。卡内序列号是唯一的，制造商在卡出厂前已将此序号固化，安全性高。

5)卡内具有防碰撞机制，可实现同时对多个移动目标进行识别。

6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等)，数据传输量小，抗干扰能力强，感应灵敏，易于维护和操作。

2.2 射频识别系统的硬件组成和工作原理

典型的射频识别系统主要包括两个部分:射频识别卡和读卡器。

1)射频识别卡的部分是由一个电感线圈和一个电容并联后接人集成芯片，当卡片置于读卡器发出固定频率的电磁场附近时，由于卡片内的LC 谐振电路频率与读卡器发射的电磁波的频率相同，在电磁波的激励下，使电容C1 产生电荷。在电容Cl 的另一端接有一个单向导通的电子泵，将电容Cl 内的电荷送到电容C2 储存。当所积累的电荷达到一定程度时，电子开关自动打开，为其它电路提供工作电压。当卡片获得了能量并产生上电复位后，原本处于“休眠状态”的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上经卡内天线发射出去。

2)读卡器的硬件组成及其工作原理。读卡模块是采集射频识别卡的第一门户通道，也是读卡器中最重要的一个功能部件，读卡模块内部集成了无线接收电路及发生基波信号的功率输出电路，配合外部连接的电感线圈(天线)工作。晶体振荡信号经分频、选频、预放电路处理后输出驱动外部的高频天线，在天线附近形成高频电磁场。当射频识别卡出示在读卡器的读出范围时，卡内电路从电磁场取得电能作为其工作电源并启动芯片工作，向高频天线辐射含有串行数据的高频信号，经读卡模块内电路的解调、带通滤波整形后由OUT 脚输出卡的序列串行信号。读卡器采用微处理器控制，通过RS232 转换模块实现与主控机之间的信息交流。

3)系统功能设计。将读卡器安装在井下一些重要的峒室、危险场合(如盲巷)等需要监控的地方，分布区域的大小可视井下具体环境而定。射频识别卡内嵌在矿灯中，无需附加携带装备。在井下，员工只要穿过感应区域，读卡器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站，处理后保存到数据库服务器中。可实现的功能包括:①井下人员查询功能实时查询当前井下人员的分布情况(分布区域的大小由读卡器的分布情况而定);查询任一人员某一时刻所处的位置;查询任一人员当日或某日的活动踪迹。②安全保障功能丢失报警:班末清点人员时，如发现人员丢失则报警;或者发现井下人员超过规定时间，自动报警提示并提供相关人员的名单。救护搜寻:可对事故现场被埋人员进行搜寻和定位，以便及时救护。③统计考勤功能对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核;与此相应的中长期数据储存和有关报表的打印。

3 井下人员定位系统实现的基本功能

井下人员定位系统为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，通过该系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

1)通过实时显示查询井下情况。①任一时间井下或某个地点究竟有多少人，这些人都是谁。②每个人在井下任一时间的活动轨迹。③查询一个或多个人员现在的实际位置，方便调度中心可快速正确地联系该人员。④查询有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员(如瓦斯检测人员、温度检测人员、排风人员等)是否按时、到点地进行各项数据的测试和处理，从根本上杜绝因人为因素而造成的相关事故。⑤可实现多点共享供多个领导同时在不同地点查看。

2)井下人员每时每刻在坑道的实时动态分布。根据井下实际地理情况制作相应动态图，使井下情况生动形象一目了然。

3)自动统计出各类人员下井的各种报表。①生产人员的下井时间报表、出勤月报表、加班报表、请假或缺勤报表等管理所需依据并可生成工资报表等。②制定和统计管理人员的巡查情况报表等等。③其他人员如参观、考察人员是否按要求到指定区域等。

4)一旦发生各类事故，立即能查出有多少人遇险，遇险人员在哪里，他们是谁。

5)抢险时采取移动式识别装置，更准确快速识别遇险人员具体地点和位置，提高抢险效率和救护效果。

4 结语

井下人员定位系统应用系统论、控制论、信息论的原理和方法，密切结合自动检测与传感器技术、计算机仿真、计算机通信等现代高新技术，可以把我们关注的那些有决定性影响的参数检测并按规定的方式显示出来，当它们之中有一个或几个出现异常时，系统就会按照事先设计的模式发出警示信号，或者给出未来趋势预报，在紧急状态下，还会进行必要的应急控制，以便抑制事故发生或减少危害波及的范围。这样，可望将重大危险源或隐患引发的事故控制在最低程度，对我矿的安全生产形势和安全技术领域的科技进步起着积极的作用。

［1］ 沈宇超，沈树群. 射频识别技术及其发展现状［J］. 电子技术应用，1999(1).