人員精確定位系統在濟寧三號煤礦應用與研究

陳興明

（兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧272000）

0 引 言

煤礦開采工作主要由井下工人完成，有一定的危險性，人員安全是煤礦安全生產的重要組成部分,而實時了解和掌握井下人員的精確位置信息是人員調度和安全管理的重要內容。通過采用最先進的UWB 精確定位技術，實現井下人員的準確定位,對提高井下人員的安全管理、減少事故的發生、加快事故后人員搜救速度等方面具有重要意義。因此,煤礦井下人員精確定位系統在煤礦安全生產中扮演著越來越重要的角色。

1 系統總體架構

KJ69J 礦用人員管理系統，主要包括地面中心站、三維GIS 一體化融合軟件、傳輸平臺、礦用本安型讀卡器、礦用隔爆兼本安不間斷電源箱、精確定位識別卡（含精準定位和區域定位模塊）、WIFI 通訊模塊、傳輸光纜、電纜等組成,如圖1。濟寧三號煤礦根據采掘工作面布置情況和主要運輸巷道，共計安裝礦用本安型讀卡器99 臺、區域讀卡器68 臺、礦用隔爆兼本安不間斷電源箱99 臺、精確定位識別卡2 878 張、限員管理屏16 塊、報警箱16 個等主要設備。人員精確定位系統具有無線Wifi 功能，傳輸帶寬優于現用無線通信，能夠滿足通訊需求，同時擴大無線覆蓋范圍將井下主要輔助運輸大巷、采掘工作面、變電所、避難硐室等地點全覆蓋，設備備用電池不低于8h，保證了設備續航能力，系統信號更加穩定可靠。支持多系統融合，優先實現與安全監控系統、考勤系統、通訊系統、井下應急廣播系統、無軌膠輪車調度系統、視頻監控系統的融合數據共享、應急聯動。

1.1 區域定位方式

1）采掘工作面實現精確定位，目前73 下07 綜采工作面、183 下05 綜放工作面、183 下03 輔順、183 下03 膠順等12 個采掘工作面全部安裝精確定位讀卡器。

2）井下西部輔運巷、北部輔運巷、東部輔運巷等8 條主要運輸巷道全部安裝精確定位讀卡器，實時查詢人員活動軌跡。

3）其他地點進行區域定位布置，主要包含避難硐室、變電所、膠帶巷、水倉、回風巷等。

4）沖擊地壓礦井，根據評價情況實時動態的安裝精確定位設備。

1.2 傳輸方式

利用現有的井下萬兆網進行主傳輸，分采區接入環網，確保網絡的穩定性。精確定位讀卡器在運輸大巷采用光纜傳輸，提高傳輸速率，縮短系統巡檢周期；采掘工作面順槽巷道的讀卡器采用PLC 傳輸模式，使用線纜接入，方便日常設備維護。

圖1 人員精確定位系統構成示意圖

2 系統硬件組成

2.1 地面中心站

地面機房主機選用工業計算機2 臺、采用雙機熱備，GIS 服務器1 臺，調度室內配置打印機，可以打印有關報表和資料。系統能夠對數據進行實時備份和具備災難恢復功能，能夠備份保存至少1 年歷史資料，能實時監測讀卡器故障。

2.2 傳輸平臺

礦用人員精確定位系統信息傳輸平臺可采用環網傳輸，井下礦用本安型讀卡器通過光纜或者網線就近接入環網交換機，再通過光纜或者電纜向下傳輸，礦用本安型讀卡器之間通過光纜、網線或者電纜相連。

2.3 讀卡器

礦用本安型讀卡器是以微處理器為核心的智能化礦用電子設備，結合目前最先進的無線電通信技術，對定位標識卡發出的無線編碼信號進行接收處理，可檢測出井下人員及機車等動目標的位置、編碼等信息，同時讀卡器具有WIFI 通信功能。

2.4 不間斷電源

礦用隔爆兼本安不間斷電源箱是直流穩壓電源，適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的環境，為礦用本質安全型設備供電。帶充電保護功能，防止過充電、過放電。它還提供供電狀態輸出信號，可監視電源的供電情況。

2.5 本安型信息礦燈

礦燈集成人員精確定位模塊，將人員標識卡和礦燈結合在一起，避免了標識卡更換電池帶來的維護工作量，減少了系統維護成本；減少了因電池缺電而引起的信息漏讀、誤讀現象，提高了人員管理系統的準確性。

3 軟件功能實現

3.1 實時監測功能

實時監測當前井下總人數，實時監測當前井下各區域、各部門、各工種、各職務的井下人數，實時監測當前某些特殊工種或特殊人員下井情況和所處位置。

3.2 精確查詢功能

查詢任一指定的井下人員或者某部門、職務及工種在當前時刻或者指定時刻所處位置；查詢任一指定的井下人員當天或者指定日期的活動蹤跡；選定某區域、某分站，可以查詢當前時刻或歷史時刻處于該位置的人員信息。

3.3 安全報警功能

雙向呼叫功能、門禁功能、超時報警功能、區域超員報警、工作異常報警、系統應具有標識卡未登記報警功能、系統應具有區域人限入報警功能。

3.4 統計考勤功能

可以查詢統計任一班次及指定時間段各部門下井時間；可單獨統計考核某些特殊工種、職務人員的上下井情況。

3.5 信息聯網功能

系統軟件可為聯網上傳提供接口數據文本，包括人員信息、區域信息、當前入井人員實時信息、設備運行狀態、報警信息等。

4 主要技術指標

1）系統容量。系統可接入礦用本安型讀卡器512 臺；標識卡不小于65 000 個；讀卡器并發接收識別卡數量不小于200。

2）傳輸方式。系統主干網應采用工業以太環網，分站或基站至主干網之間應采用工業以太網。分站或基站至讀卡器應采用有線傳輸或無線傳輸，宜采用有線與無線相結合方式。讀卡器至分站或基站的有線傳輸應采用工業以太網、RS 485、CAN 等，無線傳輸采用5G、UWB、Lora、Zigbee、WiFi 等。

3）無線傳輸距離。讀卡器與標識卡之間無線傳輸距離不小于400m；讀卡器至傳輸接口之間最大傳輸距離應不小于10km。

4）定位精度。系統在輔運大巷、回風巷等環境較好的區域定位精度能夠達到30cm；采煤工作面及順槽、掘進工作面定位精度≤1m。

5）系統巡檢周期。系統巡檢周期≤4s。

6）漏讀率。漏讀率≤10-4。

7）傳輸誤碼率。傳輸誤碼率：≤10-8。

8）標識卡電池工作時間。標識卡采用可充電電池，充電后可連續工作30 天以上，可充電電池壽命不低于12 個月，符合AQ6210-2007 標準。

9）存儲時間。礦用本安型讀卡器存儲數據時間不小于2h，通訊故障時，每臺礦用本安型讀卡器可存儲至少6 000 條人員過站的信息，待通訊恢復時再將數據上傳。

5 多系統融合

5.1 設備級融合

人員定位系統讀卡器可接入礦方在用的安全監測系統綜合分站，實現共用信道數據傳輸，不僅節省線路和設備投資，也實現井下設備級相融合的需求。

人員定位系統讀卡器可選配置WIFI 模塊、PLC遠距離以太網模塊。無線通信模塊與精確定位功能模塊共用天線，實現設備級的緊耦合集成。

5.2 系統級融合

該系統同時支持多系統融合，目前已與濟寧三號煤礦現有的安全監控、語音廣播等系統融合聯動。當采掘工作面出現氣體超限及其他緊急情況時，系統自動啟動聯動模式，作業人員的標示卡警示燈會根據實際情況以不同方式閃爍，并由應急廣播發出報警。

6 防沖限員管理

山東省安監局要求省內可能遭受沖擊地壓影響煤礦必須在采煤工作面及掘進工作面區域建設高精度定位系統，在工作面順槽前方300m 處或掘進頭200m 處建設限員工作站，工作面限員站兩順槽各安裝精確定位讀卡器，工作面內安裝兩臺讀卡器，實現限員區域信號全覆蓋，工作站支持文字顯示工作面內人員信息，并能夠對工作面內工作人員進行限員管理，如超員必須語音報警。

在采煤工作面前方300m 安裝1 套限員設備，該設備由精確定位分站、通信廣播裝置、本安顯示牌等設備組成，用以統計工作面內的總人數。

7 系統應用效果

濟寧三號煤礦精確定位系統已經連續運行3個月，運行穩定，達到靜態定位精度能達到30cm，在采掘工作面、評價為中等及以上沖擊危險的巷道實現精確定位+無線WiFi 信號全覆蓋，采煤面及順槽、掘進面等環境復雜場所定位精度達到1m 以內，實現了采掘工作面限員管理、定位考勤、人員統計、人員精確定位查詢、多系統融合聯動等，增強了礦井管理水平，提升了減災抗災能力，提高了安全生產效率。

8 結束語

總體來說，濟寧三號煤礦人員精確定位系統實現了主要運輸巷道、采掘工作面人員的精確定位，擴展了井下無線Wifi 覆蓋范圍，提高了井下通信穩定。下一步將繼續完善系統GIS 展現功能，將安全監控、應急廣播、調度通信、工業視頻、供電、排水、通風、壓風、車輛管理等統一展示，實現各系統數據共享、數據深度分析、報警聯動等功能，為礦井有效調度、應急指揮、科學施救提供數據依據。