煤矿限员智能管理系统的研发与应用_欧阳广臣.pdf

煤矿限员智能管理系统的研发与应用 欧阳广臣 （山东济宁运河煤矿有限责任公司 ，山东 济宁 272055 ） 摘要 煤矿限员智能管理系统以先进的嵌入式技术， 有源 RFID 射频身份识别技术为基础， 结合无 线编码通信技术， 数据库存储技术， 通信技术及组态软件开发而成， 实现了现场的人员信息采集、 生产 调度、 决策指挥的网络化、 信息化、 科学化， 提高了冲击地压矿井的劳动效率及现代化管理水平， 促进 矿井的安全生产。 关键词 冲击地压 ； 限员 ； 职能 ； 危险区域 中图分类号 TD67文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 06- 0168- 03 Development and application of the intelligent management system for limited personnel in coal mines OUYANG Guangchen （ShandongJiningYunhe Coal Mine Co., Ltd. ， Jining 272055 ， China ） Abstract The coal mine limited personnel intelligent management system is developed based on advanced embedded technology, active RFID radio frequency identification technology, combined with wireless coding communication technology, database storage technology, communication technology and configuration software, and has realized the personnel on site The networking, inatization, and scientificization of ination collection, production scheduling, decision- making and command has improved the labor efficiency and modern management level ofrock burst mines, and promoted safe production in mines. Keywords rockburst ; restricted personnel ; function ; dangerous area 0引言 根据 防治煤矿冲击地压细则 要求， 人员进入 冲击地压危险区域时必须严格执行“人员准入制 度” ， 准入制度必须明确规定人员进入的时间、 区域 和人数， 井下现场设立管理站。运河煤矿联合山东 驭光电子科技有限公司共同研发 “煤矿限员管理系 统” ， 实现了人员进入危险区域的在线实时监控。 运河煤矿隶属济宁能源发展集团， 位于山东省 济宁市西北部， 主采 3 煤， 井田标高 - 200m- 900m， 2016 年定为冲击地压矿井。 1国内冲击地压矿井限员管理现状 国家煤炭安全监察局（煤安监行管 【2018】 38） 下发的关于 煤矿井下单位单班作业人数规定 （试 行） 的通知， 要求煤矿必须优化劳动组织， 减少井 下作业人员， 从源头上减少煤矿群死群伤事故风险 的发生； 山东省下发的 山东省煤矿冲击地压防治 办法 （山东省人民政府令第 325 号） 明确规定了限 员范围、 人数。目前大多冲击地压矿井针对限员管 理的解决办法有三种 ①通过在工作面的限员 （限 制综采工作面的工作人员数量） 安全范围之外设 置、 悬挂限员牌板， 当有人进入时在限员牌板处拿 一块限员标牌， 当工作人员在工作面出来时， 再将 限员牌挂回到限员牌板上；②采用无源的 RFID 卡 与读卡分站，当人员进入工作面时先主动去刷卡， 进行记录，工作完毕出工作面时再次进行刷卡， 以 记录工作面实时人数。但以上两种方案都存在弊 端 工作人员进出时经常忘记刷卡， 导致工作面人 员数据不准确， 并且当人数超过限定人数时， 没有 响应的信息提示； ③采用红外的人员监测方式。这 种方式最为简单， 但也存在着致命的弊端， 无论是 过人还是过物都会进行统计，造成多计情况的发 生， 当多人并排进入的时候， 只统计了一次， 造成少 计数情况的发生。随着时间的推移， 这种误差会累 加的越大。 现有的技术缺陷①无法实现自动检测人员； ②无源卡及限员牌无法携带不方便， 影响正常的工 作； ③当人员超限时， 无法进行报警； ④忘记打卡， 导致人员统计不准确； ⑤无法进行身份判断。 2研发思路 煤矿限员管理系统采用分布式设计的思想， 遵 循 “统一发卡、 统一装备、 统一管理” 的原则。以先进 的嵌入式技术，有源 RFID 射频身份识别技术为基 础， 结合无线编码通信技术， 数据通信、 处理以及稳 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 168 ChaoXing 定的组态软件进行开发。 3煤矿限员智能管理系统的设计与组成 3.1系统构成 系统硬件主要由井下井上两部分组成，每个指 定的工人都佩戴有源防爆射频卡 （一卡一人， 身份确 定 ） ， 并在每个施工巷道内装 2 台射频信号接收基站， 1 台装在巷道的入口处，另一台基站装在巷道内 20 米处， 根据基站读到卡的先后顺序来判断煤矿工作人 员的进出情况， 工作人员何时进、 何时出、 巷道内有多 少作业人员以及工作人员的身份都能反映到系统软 件中。工人将该系统考勤卡佩戴在身上（可放于安 全帽处） 即可， 无须主动刷卡便能实现自动监测， 方 便省力、 准确度高。系统结构组成如图 1 所示 图 1系统结构组成原理 3.2系统实现的功能 1） 煤矿限员在线监测系统能够自动感知巷道 里人员的进出情况，实时统计巷道内作业人员数 量、 身份信息及在巷道内工作的时长。 2） 当巷道内进入的人员超过规定数目时通过 防爆扬声器发生报警信息，提示人员禁止入内， 同 时将报警信息传输至地面计算机， 使管理人员掌握 巷道内人员情况。 3） 遇到巷道内发生危险情况， 可通过人员身上 所佩戴的身份识别卡发出的射频信号， 迅速了解有 关人员的基本情况，及时采取相应的救援措施， 提 高应急救援工作的效率。 4） 可将为煤矿建设的安全生产和日常管理再 上新台阶提供有力保障。可有效阻止人员违章进 入， 并将违章人员记录在案。 5） 可在井下 LED 显示屏实时显示各采面的目 前人员数目， 并且可根据时间段的不同动态调节采 面的限员人数。 6） 信息采集及监控分站和上位机上的参数设 置在输入正确密码登陆后， 可以在上位机上方便地 进行报警参数 （人数、 时间段） 的修改。 7） 现场使用矿用防爆声光报警器， 其主要功能 是提示人员进出危险区域 （限员区域） 及当人员超 限时再有人员进入进行声光报警， 提示人员禁止入 内。该声光报警器包括三种自定义声音“您已进入 限员区， 请注意安全” ，“您已离开限员区” ，“人员已 超限， 禁止入内” 并且根据读卡器的逻辑控制， 发布 不同的声音报警。 8） 地面控制分站接入地面环网， 与系统上位机 组态软件实现无缝对接， 在监控主机上可实现远程 监控个采面的实时人数。 3.3系统研发创新点 1） 可实现工作面人员进出的自动检测， 无需亲 自刷卡， 并且避免漏刷、 重复刷卡的弊端， 提高了工 作效率及准确度； 2） 通过射频卡， 在确定工作面人员数量的同时 实现工作人员身份信息的确定； 3） 可在井下、 井上的工控机上实时显示整个煤 矿各个工作面的人员数量及信息； 4） 当人数超限时， 可在井上与井下实现声光报 警， 提示人员禁止再次入内。 3.4系统软件设计 该系统运用各种设施及计算机控制技术， 对井 下限员管理系统的运行进行监控。井下控制器接入 井下工业环网， 在地面监控中心可实现远程监视及 控制功能。能显示每个限员区的实时人数， 刷卡记 录、 报警记录、 参数设置、 状态查看等画面， 要求画 面友好， 便于操作。如图 2 所示。 图 2系统运行主界面 煤矿限员智能管理系统采用了 7 个主要的软 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 169 ChaoXing 件功能模块， 分别为井下人员的信息查询功能、 巷道 人员实时监控功能、 限员报警功能、 人员信息管理、 系 统管理、 状态管理以及丰富的人员信息展示功能。煤 矿限员在线监测系统功能结构如图 3 所示 图 2煤矿限员智能管理系统功能结构 3.5主要技术经济指标 1）高速 RFID 智能读卡器。研发具有私有协议 的高速读卡器， 性能稳定， 完全兼容 ISO14443A 协 议 ， 具 有 良 好 的 EMC 性 能 ， 频 率 可 达 902.6- 927.4MHz 的射频技术。 2）数据采集与传输分站。 能与高速智能读卡器 进行通信与无缝链接，采集有关关键参数与预处 理； 具有多路 RS- 485 通信口、 一个以太网通信口； 通信协议能够满足通信协议要求； 环境温度 - 10℃ - 70℃； 供电电压 12V- 36V。 3） 使用工业级光纤收发器。能自动适应 100Mbps 和 1000Mbps 环境， 便于网络的升级； 内置 高效交换核心， 实现流量控制， 减少广播包； 支持全 双工和半双工传输模式， 能自动协商； 支持双绞线 口自动交叉， 方便系统调试安装； 支持 Link Failure Alert （LFA ） 链路失败报警功能； 支持 FX 半 / 全双工 和链路失败功能报警开关选择；支持开关选择 10/100Mbps 存贮转发或 100Mbps 直通传输模式 （独 特的） ； 支持低延时传输； 支持最长 1600byte 超长数 据包传输； 支持 VLAN 超长数据包传输； 支持 QOS， 保证 VOIP 数据包传输； 支持 STP 生成树， 构成冗余 网络； 超低功耗 （小于 2W ） ， 低发热， 能长时间稳定 工作；支持双纤多模、双纤单模和单纤单模多种光 纤口选择， 便于扩展。 4系统功能的先进性 1） 可实现工作面人员进出的自动检测， 无需亲 自刷卡， 并且避免漏刷、 重复刷卡的弊端， 提高了工 作效率及准确度； 2） 通过射频卡， 在确定工作面人员数量的同时 实现工作人员身份信息的确定； 3） 可在井下、 井上的工控机上实时显示整个煤 矿各个工作面的人员数量及信息； 4） 当人数超限时， 可在井上与井下实现声光报 警， 提示人员禁止再次入内。 5系统的现场使用情况 煤矿限员智能管理系统分别安装在运河煤矿 6304 综放工作面、 7304 综放工作面、 7306 综放工作 面、 C5301 充填工作面及 9306 皮顺、 9306 轨顺、 7316 皮顺联络巷等掘进迎头后方， 自从安装以来系 统运行正常、 稳定， 达到设计要求及预期目标。 6开发意义与推广前景 结合冲击地压煤矿安全生产的实际情况研制 了煤矿限员智能管理系统， 该系统可自动感知煤矿 巷道里人员的进出情况， 实时统计巷道及工作面内 作业人员的数量、 身份信息及工作时长， 并且当巷 道内进入的人员超过规定数目时通过防爆扬声器 发生报警信息， 提示人员禁止入内， 同时将报警信 息传输至地面计算机， 使管理人员掌握巷道内人员 情况。如遇到巷道内发生危险情况， 可通过人员身 上所佩戴的身份识别卡发出的射频信号， 迅速了解 有关人员的基本情况，及时采取相应的救援措施， 提高应急救援工作的效率。该系统的安装使用， 为 保障煤矿安全生产和日常管理再上新台阶具有重 要意义， 该系统可应用于化工厂、 隧道、 金属矿山、 非金属矿山等危险场所， 具有较大推广价值和较好 的社会效益。 参考文献 [1] 唐春玲,孙明刚. 基于无线定位技术的煤矿井下人员定位 系统研究[J]. 煤炭技术,2014, （1） 116- 118. [2] 张宇. 基于 TOF 的井下人员定位前端系统研究[D]. 重庆 大学,20141- 88. [3] 王喆. 基于 WiFi 的井下人员定位系统研究与设计[D]. 中 南大学,20121- 89. [4] 刘志高, 李春文, 丁青青, 孔繁瑞, 武丹琛. 煤矿人员定位 系统拓扑优化模型[J]. 煤炭学报,2010 （02） 155- 158. 作者简介 欧阳广臣， 男， 汉族， 采矿工程中级工程师， 现任山东济 宁运河煤矿有限责任公司副总工程师，从事冲击地压防治、 “一通三防” 等技术管理。 （收稿日期 2020- 2- 6） 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 170 ChaoXing