基于超寬帶的人員精確定位系統(tǒng)在煤礦中的應用研究

＊崔佳佳 崔中和

（潞安化工集團王莊煤礦 山西 046031）

前言

通常情況下，井下采煤具有較大復雜性以及危險性，因此要想保證采礦工作的順利進行，必須做好井下開采工作的安全性。其中實時了解井下工作人員的位置，進而可以實現(xiàn)安全調度。通常井下設置UWB精確定位技術，這樣可以有效地定位井下人員的準確位置，從而可以有效地管理井下工作人員的安全性，當出現(xiàn)安全事故時可以以最快的速度進行營救。由此可以看出，煤礦井下人員定位系統(tǒng)對于井下安全生產(chǎn)起到非常重要的角色。

1.系統(tǒng)總體架構

通常KJ69J礦用人員管理系統(tǒng)主要包含如下幾個方面：第一，地面中心站；第二，傳輸平臺；第三，三維GIS一體化融合軟件；第四，傳輸光纜；第五，WiFi通訊單元；第六，礦用本安型讀卡器；第七，礦用隔爆兼本安不間斷電源箱等。通過分析井下工作需要在該礦共計設置如下幾個主要設備：第一，99臺安裝礦用本安型讀卡器；第二，68臺區(qū)域讀卡器；第三，2878張精確定位識別卡；第四，限員管理屏16塊；第五，報警箱16個等在該系統(tǒng)設置有無線WiFi功能，從而極大的滿足通訊需要，與此同時能夠有效地擴大井下無線網(wǎng)絡的覆蓋面積。為了能夠保證設備的續(xù)航能力，在其中設置了備用電池，其可以使用8h以上，進而保證了信號的穩(wěn)定性。

(1)區(qū)域定位方式

①能夠實現(xiàn)對采掘工作面的精準定位，在該礦區(qū)采掘工作面都設置了精準定位讀卡器。

②在八條運輸巷道中都設置精準讀卡器，這樣可以實時查找工作人員的活動軌跡。

③在沖擊電壓礦井中，設置實時監(jiān)測動態(tài)精準定位設備。

(2)傳輸方式

以萬兆網(wǎng)進行信息的輸送，同時在每一個采取選用環(huán)網(wǎng)的形式，從而可以有效地保證網(wǎng)絡的安全性。設置在運輸大巷中的精準定位讀卡器可以選用光線進行傳輸，這樣能夠大大提高傳輸效率，進而能夠縮短系統(tǒng)的監(jiān)測的時長。對于采掘工作面順槽巷道而言，其讀卡器為PLC傳輸形式。與此同時，可以采用線纜進行接入，這樣可以便于維護工作人員開展維護工作。

2.系統(tǒng)硬件組成

(1)地面中心站

對于地面機房而言，通常設置如下幾個設備：第一，兩臺工業(yè)計算機；第二，一臺GIS服務器；第三，調度室內配置打印機等。該系統(tǒng)可以通過地面中心站進行備份，其保存的時間可以達到1年以上，同時可以對讀卡器的故障進行實施檢測。

(2)傳輸平臺

該定位系統(tǒng)可以選用環(huán)網(wǎng)傳輸，通常井下礦用本安型讀卡器可以借助光纜將其與環(huán)網(wǎng)進行連接，再次借助光纜實現(xiàn)向下傳輸。

(3)讀卡器

通常在礦用本安型讀卡器中，核心的元器件為微處理器，能夠借助通信技術識別定位標示卡中的信號，進而對其進行處理。這樣能夠準確的識別井下人員的位置信息，以及車輛信息等，并且在讀卡器中設置了WiFi通信功能。

(4)不間斷電源

其屬于直流穩(wěn)壓型的范疇，可以在瓦斯與煤塵爆炸的環(huán)境中高效運行。與此同時，可以給礦用本質安全型設備提供電源。同時其設置有如下幾個方面的功能：其一，電保護功能；其二，防止過充電；其三，過放電保護。

(5)本安型信息礦燈

將人員標識卡與礦燈安裝在一起，這樣能夠最大限度的降低標識卡換電池的問題，從而不僅能夠大大降低維護人員的工作量，而且可以降低不必要的維護成本。

3.軟件功能實現(xiàn)

（1）實時監(jiān)測功能。能夠對當下礦井工作人員的數(shù)量進行實時監(jiān)測，與此同時能夠有效地檢測井下各個單位的人員數(shù)量，以及重點檢測特殊人員的工作情況。

（2）精確查詢功能。可以對井下特殊崗位、部門人員某一時刻所處的位置以及對某一個工作人員所在位置進行精確地定位以及抽查某一個時刻的人員數(shù)量。

（3）安全報警功能。主要包括如下幾個方面的功能：第一，雙向呼叫功能；第二，區(qū)域超員報警；第三，工作異常報警；第四，門禁功能；第五，區(qū)域人限入報警功能等。

（4）統(tǒng)計考勤功能。能夠對任一班次人員進行統(tǒng)計，同時可以單獨審核某些特殊的工種與相應的職務。

（5）信息聯(lián)網(wǎng)功能。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作，主要可以查詢如下幾個方面的信息：第一，人員信息；第二，區(qū)域位置的信息；第三，設備運行狀態(tài)；第四，報警信息等。

4.主要技術指標

（1）系統(tǒng)所具有的容量。其能夠設置512個讀卡器，6500個標識卡，同時讀卡器可以識別200以上各識別卡。

（2）傳輸方式。對于系統(tǒng)主干網(wǎng)絡可以選用以太環(huán)網(wǎng)，對于分站而言可以選用有線與無線相結合的形式。通常對于讀卡器與分站點之間設置為有線傳輸形式，主要包括以太網(wǎng)、RS485、CAN等。

（3）無線傳輸距離。一般情況下，讀卡器與標識卡之間能夠實現(xiàn)信息的交互，兩者之間距離需要設定在400m以內。

（4）實現(xiàn)精確定位。對于系統(tǒng)輔助大巷而言，通常能夠定位30cm范圍內的信息。而采煤工作面，其定位精度可以達到1km以內。

（5）傳輸誤碼率。應該控制在10-8以內。

（6）對于系統(tǒng)巡檢頻率而言。該系統(tǒng)巡航頻率應該在0.24s-1以內。

（7）對于漏讀率而言。該系統(tǒng)漏讀率應該在10-4以內。一般可以采用充電電池實現(xiàn)標示卡的充電，一次充滿電可以使用30天以上，而電池的使用壽命應該大于一年。

（8）存儲時間。該讀卡器儲存數(shù)據(jù)的時間應該大于2h。假如初選通訊故障問題時，該讀卡器依舊可以保存6000條人員位置信息，等到接通后將上傳數(shù)據(jù)。

5.多系統(tǒng)融合

(1)設備級融合

通常在安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合分析站中，設置對應的人員定位系統(tǒng)，這樣可以借助原先的通信設備實現(xiàn)信號的傳輸，不僅可節(jié)約過多的資金投入，而且可以實現(xiàn)井下設備的融合。通?？梢栽谌藛T定位讀卡器上面設置WiFi單元、PLC單元。無線通訊單元與精確定位單元共同采用一個天線，可以實現(xiàn)設備高度集成。

(2)系統(tǒng)級融合/

該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)融合，假如采掘工作面處于氣體超標的狀態(tài)，那么系統(tǒng)將會自發(fā)的觸發(fā)聯(lián)控，因此標識卡警示燈將會依據(jù)相應的條件閃爍，同時應急廣播也會報警。

6.防沖限員管理

對于受到?jīng)_擊低壓影響的煤礦而言，往往需要在采煤工作面位置安裝高精度的定位系統(tǒng)，同時需要在掘進頭200m位置設置相應的限員工作站，同時在該站兩側設置高精度定位讀卡器。一般的，需要在采煤工作面前方300m位置設置一個限員設備，一般包括如下幾個單元組成：第一，精確定位分站；第二，本安顯示牌；第三，通信廣播裝置等等，其可以實現(xiàn)對工作面人員數(shù)量的統(tǒng)計。

7.系統(tǒng)應用效果

經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運行平穩(wěn)，處于靜態(tài)環(huán)境下定位系統(tǒng)可以達到30cm。對于采掘工作面而言，其能夠實現(xiàn)精確定位與無線WiFi信號全覆蓋。對于掘進工作面等相對復雜的工況條件下，其定位精度可以達到1m以內，這樣可以實現(xiàn)幾個功能：第一，對采掘工作面人員進行限員管理；第二，進行定位考勤；第三，實現(xiàn)人員的統(tǒng)計；第四，精確地查詢人員的位置；第五，實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動工作等，從而可以極大地方便對礦井的管理，優(yōu)化抗災的能力，進而可以極大地優(yōu)化井下安全作業(yè)性。

8.結束語

總之，將該系統(tǒng)運用到運輸巷道以及采掘工作面實現(xiàn)人員的精確定位，以及設置井下全覆蓋的無線WiFi，最大限度的提高了通訊的未定性。將來，不斷對該系統(tǒng)進行完善，同時將安全監(jiān)控、調度信息、通風與排水、車輛管理等融入其中，從而可以實現(xiàn)共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進行報警聯(lián)動等，最大限度的提高井下作業(yè)的安全性。