王 琳

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 天安公司，山西 晉城048000)

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)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(xué)中重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也成為實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)、管理、安全保障等現(xiàn)代化程度的技術(shù)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(gè)工作面和所有人員可能經(jīng)過(guò)的通道中安放若干個(gè)信號(hào)收發(fā)器，具體數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況和要實(shí)現(xiàn)的功能要求而定，并且將它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)布線和地面控制中心的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

2)同時(shí)在每個(gè)下井人員佩帶的礦燈上安置一個(gè)信號(hào)感應(yīng)器，當(dāng)下井人員進(jìn)入井下以后，只要通過(guò)或接近放置在坑道內(nèi)的任何一個(gè)信號(hào)收發(fā)器，信號(hào)收發(fā)器即會(huì)馬上感應(yīng)到信號(hào)同時(shí)立即上傳到控制中心的計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)馬上就可判斷出具體信息(如是誰(shuí)、在哪個(gè)位置、具體時(shí)間)，同時(shí)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(diǎn)擊井下某一位置，計(jì)算機(jī)即會(huì)把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計(jì)并顯示出來(lái)。

3)控制中心的計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)一段時(shí)間的人員出入信息整理出這一時(shí)期的每個(gè)下井人員的各種出勤報(bào)表(如出勤率、總出勤時(shí)間、遲到/早退記錄、未出勤時(shí)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(diǎn)的人員情況，然后可再用特殊的探測(cè)器在事故處進(jìn)一步確定人員位置，以便幫助營(yíng)救人員以準(zhǔn)確快速的方式營(yíng)救出被困人員。

2 煤礦井下人員定位系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容

“井下人員定位系統(tǒng)”是由地面監(jiān)控中心主計(jì)算機(jī)在軟件數(shù)據(jù)庫(kù)支持下，采用射頻技術(shù)，通過(guò)傳輸接口和巷道鋪設(shè)的通信電纜，定時(shí)對(duì)井下詢問(wèn)接收站進(jìn)行數(shù)據(jù)巡檢和信號(hào)采集，將其接收到的由區(qū)間內(nèi)KGE18 員工電子識(shí)別卡發(fā)射的無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)，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(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)和圖像，使井下人員(或機(jī)車等移動(dòng)目標(biāo))動(dòng)態(tài)分布和環(huán)境安全狀態(tài)在主計(jì)算機(jī)中得以實(shí)時(shí)反映，從而實(shí)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(shí)別技術(shù)及主要特點(diǎn)

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)或靜止)下的識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。它具有以下特點(diǎn)。

1)操作方便，工作距離長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別。

2)無(wú)硬件接觸，避免了因機(jī)械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長(zhǎng)。

3)射頻識(shí)別卡無(wú)外露金屬觸點(diǎn)，整個(gè)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(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)隨機(jī)序列地加密，并有完善、保密的通信協(xié)議?？▋?nèi)序列號(hào)是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號(hào)固化，安全性高。

5)卡內(nèi)具有防碰撞機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。

6)信號(hào)的穿透能力強(qiáng)(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(qiáng)，感應(yīng)靈敏，易于維護(hù)和操作。

2.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成和工作原理

典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分:射頻識(shí)別卡和讀卡器。

1)射頻識(shí)別卡的部分是由一個(gè)電感線圈和一個(gè)電容并聯(lián)后接人集成芯片，當(dāng)卡片置于讀卡器發(fā)出固定頻率的電磁場(chǎng)附近時(shí)，由于卡片內(nèi)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(lì)下，使電容C1 產(chǎn)生電荷。在電容Cl 的另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容Cl 內(nèi)的電荷送到電容C2 儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定程度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，為其它電路提供工作電壓。當(dāng)卡片獲得了能量并產(chǎn)生上電復(fù)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(shí)別碼標(biāo)志、制造商標(biāo)志等信息代碼調(diào)制到載波上經(jīng)卡內(nèi)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(shí)別卡的第一門戶通道，也是讀卡器中最重要的一個(gè)功能部件，讀卡模塊內(nèi)部集成了無(wú)線接收電路及發(fā)生基波信號(hào)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(hào)經(jīng)分頻、選頻、預(yù)放電路處理后輸出驅(qū)動(dòng)外部的高頻天線，在天線附近形成高頻電磁場(chǎng)。當(dāng)射頻識(shí)別卡出示在讀卡器的讀出范圍時(shí)，卡內(nèi)電路從電磁場(chǎng)取得電能作為其工作電源并啟動(dòng)芯片工作，向高頻天線輻射含有串行數(shù)據(jù)的高頻信號(hào)，經(jīng)讀卡模塊內(nèi)電路的解調(diào)、帶通濾波整形后由OUT 腳輸出卡的序列串行信號(hào)。讀卡器采用微處理器控制，通過(guò)RS232 轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)與主控機(jī)之間的信息交流。

3)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。將讀卡器安裝在井下一些重要的峒室、危險(xiǎn)場(chǎng)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(shí)別卡內(nèi)嵌在礦燈中，無(wú)需附加攜帶裝備。在井下，員工只要穿過(guò)感應(yīng)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(kù)服務(wù)器中?？蓪?shí)現(xiàn)的功能包括:①井下人員查詢功能實(shí)時(shí)查詢當(dāng)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?nèi)我蝗藛T某一時(shí)刻所處的位置;查詢?nèi)我蝗藛T當(dāng)日或某日的活動(dòng)蹤跡。②安全保障功能丟失報(bào)警:班末清點(diǎn)人員時(shí)，如發(fā)現(xiàn)人員丟失則報(bào)警;或者發(fā)現(xiàn)井下人員超過(guò)規(guī)定時(shí)間，自動(dòng)報(bào)警提示并提供相關(guān)人員的名單。救護(hù)搜尋:可對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)被埋人員進(jìn)行搜尋和定位，以便及時(shí)救護(hù)。③統(tǒng)計(jì)考勤功能對(duì)下井人員進(jìn)行下井次數(shù)、井下停留時(shí)間等信息分類統(tǒng)計(jì)，便于考核;與此相應(yīng)的中長(zhǎng)期數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和有關(guān)報(bào)表的打印。

3 井下人員定位系統(tǒng)實(shí)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(jìn)出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生安全事故，通過(guò)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(xiǎn)救災(zāi)和安全救護(hù)工作的高效運(yùn)作。

1)通過(guò)實(shí)時(shí)顯示查詢井下情況。①任一時(shí)間井下或某個(gè)地點(diǎn)究竟有多少人，這些人都是誰(shuí)。②每個(gè)人在井下任一時(shí)間的活動(dòng)軌跡。③查詢一個(gè)或多個(gè)人員現(xiàn)在的實(shí)際位置，方便調(diào)度中心可快速正確地聯(lián)系該人員。④查詢有關(guān)人員在任一地點(diǎn)的到/離時(shí)間和總工作時(shí)間等等一系列信息，可以督促和落實(shí)重要巡查人員(如瓦斯檢測(cè)人員、溫度檢測(cè)人員、排風(fēng)人員等)是否按時(shí)、到點(diǎn)地進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故。⑤可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)共享供多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)同時(shí)在不同地點(diǎn)查看。

2)井下人員每時(shí)每刻在坑道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分布。根據(jù)井下實(shí)際地理情況制作相應(yīng)動(dòng)態(tài)圖，使井下情況生動(dòng)形象一目了然。

3)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出各類人員下井的各種報(bào)表。①生產(chǎn)人員的下井時(shí)間報(bào)表、出勤月報(bào)表、加班報(bào)表、請(qǐng)假或缺勤報(bào)表等管理所需依據(jù)并可生成工資報(bào)表等。②制定和統(tǒng)計(jì)管理人員的巡查情況報(bào)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(xiǎn)，遇險(xiǎn)人員在哪里，他們是誰(shuí)。

5)搶險(xiǎn)時(shí)采取移動(dòng)式識(shí)別裝置，更準(zhǔn)確快速識(shí)別遇險(xiǎn)人員具體地點(diǎn)和位置，提高搶險(xiǎn)效率和救護(hù)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

井下人員定位系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)論、控制論、信息論的原理和方法，密切結(jié)合自動(dòng)檢測(cè)與傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)通信等現(xiàn)代高新技術(shù)，可以把我們關(guān)注的那些有決定性影響的參數(shù)檢測(cè)并按規(guī)定的方式顯示出來(lái)，當(dāng)它們之中有一個(gè)或幾個(gè)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)按照事先設(shè)計(jì)的模式發(fā)出警示信號(hào)，或者給出未來(lái)趨勢(shì)預(yù)報(bào)，在緊急狀態(tài)下，還會(huì)進(jìn)行必要的應(yīng)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(xiǎn)源或隱患引發(fā)的事故控制在最低程度，對(duì)我礦的安全生產(chǎn)形勢(shì)和安全技術(shù)領(lǐng)域的科技進(jìn)步起著積極的作用。

［1］ 沈宇超，沈樹(shù)群. 射頻識(shí)別技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀［J］. 電子技術(shù)應(yīng)用，1999(1).