煤礦井掘進工作面移動設備人員接近監(jiān)測系統(tǒng)分析

曹豪

【摘要】? ? 煤礦井掘進過程中涉及諸多設備，包括連采機、梭力、錨桿機等，在應用中也呈現(xiàn)出復雜性。并且煤礦井掘進工作面環(huán)境復雜，條件惡劣，在操作中具有極大的工作盲區(qū)，如果稍有不慎勢必發(fā)生嚴重安全事故。據(jù)此，應用移動設備人員接近監(jiān)測系統(tǒng)，將借助技術優(yōu)勢規(guī)避安全風險，通過系統(tǒng)探測達到安全控制的目的。該監(jiān)測系統(tǒng)主要基于超寬帶技術，將機載部分設置于移動設備機身，并設置一定的距離控制參數(shù)，規(guī)劃為安全區(qū)域、報警區(qū)域、停機區(qū)域等，以實現(xiàn)具體的結構劃分。在人員控制上則將終端部分集成于礦燈之上，通過位置感知探測技術，從而完成相應的控制操作，確保井下工作人員的安全。

【關鍵詞】? ? 煤礦井掘進工作面? ? 移動設備? ? 人員接近監(jiān)測系統(tǒng)

引言：

縱觀現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展，為保障煤礦開采等高危行業(yè)的作業(yè)安全，越來越多的新興技術被開發(fā)應用。尤其是面對掘進工作面復雜的條件和工況，更需要依賴于全新的安全防護技術。目前，主要應用超寬帶技術對井下作業(yè)人員進行定位，立足于進上綜合控制與井下終端布局，構成全面覆蓋的安全防護網(wǎng)絡，利用信息通訊與信號控制，實現(xiàn)對移動設備的自動化感應啟停。

一、人員接近監(jiān)測系統(tǒng)構成及原理

1.1 系統(tǒng)構成

為適應煤礦井掘進工作面的需求，在大量的移動設備運行過程中，人員接近系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。系統(tǒng)主要由機械部分及人員終端部分所構成，兩種設備之間的銜接依賴電磁波實現(xiàn)通信與定位。機載部分供電以127 V交流電或24 V直流電為主，其中又包含眾多的探測器、主控器、顯示終端及報警器等，各設備之間利用通信電纜進行連接。其中的主控器與電控箱連接，并發(fā)揮取電及停機控制功能，人員終端供電則由充電鋰電池組成。

1.2 系統(tǒng)工作原理

針對煤礦井掘進工作面安全控制要求，該系統(tǒng)主要應用于各類移動設備中。其工作原理主要為，通過控制系統(tǒng)設置相應的參數(shù)，將危險系數(shù)進行分級處理，即安全區(qū)域、報警區(qū)域、停機區(qū)域等，在各區(qū)域所覆蓋的范圍內，人員位置由便攜式頭燈進行信息交互，兩種設備之間通過電磁波進行通信，主要是利用電磁波發(fā)射至接收時間，以及光速的乘積精確計算距離，并利用系統(tǒng)軟件對所收集的信息進行處理，從而最終確定人員終端的位置，以此獲得相應的管理坐標（如圖1）。一旦當人員移動至所區(qū)分的區(qū)域內時，將觸發(fā)相應的控制功能，以提醒人員注意安全，如果進入兇險區(qū)域時，則系統(tǒng)將自動控制斷電，使設備停止作業(yè)以防止人員受傷。

二、人員接近監(jiān)測系統(tǒng)應用方案

2.1 連采機應用方案

1.區(qū)域劃分。在實際的系統(tǒng)布設中，應重點依據(jù)井下掘進作業(yè)面的現(xiàn)場條件，對各個區(qū)域進行科學細致劃分，以確保監(jiān)測系統(tǒng)作用區(qū)域的有效性，達到全面覆蓋的要求。

2.設備布置與連線。依據(jù)井下掘進作業(yè)面的劃分，合理設置各設備位置，確保在作業(yè)區(qū)域內無盲區(qū)、全覆蓋，并使設備處于長期安全運行狀態(tài)。針對各個設備位置的安裝，應契合其功能特點，如顯示終端應安裝于駕駛室，控制器則應安裝于平臺下方，以避免外部對設備的影響和破壞，并且能夠實現(xiàn)全域的有效覆蓋。

3.供電與邏輯控制。基于實地考察分析的情況下，對設備的各單元進行測試，對連采機接近監(jiān)測系統(tǒng)的邏輯單元、供電單元等進行配置和測試。1）取電電氣連接，127v交流電瓦斯斷電儀;2）停機電氣連接，設置瓦斯斷電儀啟動回路;3）停機邏輯控制，監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦井下掘進工作面應用中，停機邏輯屬于重要控制節(jié)點，系統(tǒng)一旦監(jiān)測危險區(qū)域或者非設備操作人員處于制作危險區(qū)域時，系統(tǒng)將實施監(jiān)測預警，控制器將啟動設備回路，從而實現(xiàn)設備的控制;4）語音報警器控制，當操作區(qū)域無需報警時，系統(tǒng)的監(jiān)測控制處于斷開狀態(tài)，若制作區(qū)域需要報警時，系統(tǒng)監(jiān)測控制器開關處于閉合狀態(tài)，語音報警器將播放“設備運轉、請勿靠近”的語音提示。

2.2 梭車應用方案

1.區(qū)域劃分。根據(jù)煤礦井掘進工作面移動設備的特點，針對梭車操作的具體要求確定區(qū)域劃分狀態(tài)，從而滿足安全操作的要求。

2.設備布置與連線。監(jiān)測系統(tǒng)應用于梭車設備時，需要將無線探測信號進行劃分，并遵循信號全覆蓋、設備不易受損、探測無盲區(qū)等原則。1）設備安裝位置，其顯示部分應安裝于駕駛室內，外部探測設備則應安裝在具有一定保護功能的區(qū)域，確保在設備移動運行中不受影響，同時能夠有效的發(fā)射和回饋信號;2）設備連接，主要由車載通信電纜進行信號交互，對于裸露的線路應實施保護，避免在運行中受損，保證監(jiān)測系統(tǒng)應用的有效性。

2.3 錨桿機應用方案

1.區(qū)域劃分。在監(jiān)測系統(tǒng)的應用中，需要綜合考慮錨桿機的工況和特點，應基于現(xiàn)場情況實施監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域劃分，以保障系統(tǒng)的有效應用。

2.設備布置與連線。監(jiān)測系統(tǒng)在錨桿機的應用中，同樣遵循信號的全覆蓋、保障設備安全及監(jiān)測無盲區(qū)原則，系統(tǒng)的顯示終端應安裝于操作臺，系統(tǒng)控制器安裝于顯示設備下部，以確保設備在能夠安全有效，避免在運行及撞擊中失效，影響設備的功能。設備連線是以車載設備為基礎，利用礦用通信電纜進行設備連接，并對相關線路進行保護。

3.供電邏輯控制。結合錨桿機作業(yè)的實際特點，在供電邏輯控制方面應做好三個方面。1）取電電器連接，應用127v瓦斯斷電儀;2）停機電氣連接，啟用瓦斯斷電儀回路;③停機邏輯控制，在監(jiān)測系統(tǒng)應用中，如操作區(qū)域存在異常人員移動時，控制器將對周邊探測結果進行分析，即探測到錨桿機周邊存在移動信號，將認定為存在人員危險風險，控制器將啟動設備回路，控制設備將立即采取斷電停機方式，以保證安全。

4.語音報警控制。當操作區(qū)域無需報警時，系統(tǒng)的監(jiān)測控制處于斷開狀態(tài)，若制作區(qū)域需要報警時，系統(tǒng)監(jiān)測控制器開關處于閉合狀態(tài)，語音報警器將播放“設備運轉、請勿靠近”的語音提示。另外，錨桿機在移動運行過程中，將自動發(fā)出“嘀，錨桿機倒車，請工作人員注意” 的語音提示，相關人員也應依據(jù)提示的內容，判斷設備的工作狀態(tài)，以避免靠近而導致探測系統(tǒng)報警或停機。

三、不同移動設備與人員接近監(jiān)測系統(tǒng)的關聯(lián)

人員接近監(jiān)測系統(tǒng)的目標在于保證作業(yè)安全，而其所涉及的設備也存在較大差異，并通過不同設備的應用構成系統(tǒng)結構。因此，在不同移動設備與人員接近監(jiān)測中，也應遵循相應的邏輯控制關系，如人員接近不同設備同時覆蓋的區(qū)域時，系統(tǒng)應具備一定的判斷能力，對正常作業(yè)與非正常作業(yè)進行細分，避免操作設備臨近時導致的停機，而影響正常生產(chǎn)效率。比如，當梭車接近連采機進行煤時，連采機司機將處于梭車所規(guī)定的停機區(qū)域，而相應的梭車司機則也處于連采機的停機區(qū)域。此時的兩種設備應進行信息的交互，傳遞和識別相關人員的信息，通過不同設備之間的識別，避免兩種設備受到影響。根據(jù)上述控制特點，若將設備設置為A設備和B設備，兩種人員接近系統(tǒng)的邏輯關系如表1所示。

四、監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)配置的設計

監(jiān)測系統(tǒng)設計屬于頂層結構，針對用戶的需求可進行參數(shù)的配置或者系統(tǒng)操作。在人員接近監(jiān)測系統(tǒng)中，可在顯示界面使用“功能選擇”欄中的“參數(shù)配置”圖標，選擇數(shù)字“1”按鍵，用戶根據(jù)提示輸入登錄密碼（初始密碼），隨后按F1鍵取得配置權限并進入控制界面。

1.顯示器參數(shù)配置。依據(jù)參數(shù)配置的要求，選擇“本機配置”功能菜單，通過對應圖標兩側所顯示的數(shù)字按鍵，以進入相應的參數(shù)配置菜單。用戶按照需要對新IP值進行配置，并按F1鍵進行切換，以及選擇F2鍵確認。在“本機網(wǎng)關”及“子網(wǎng)掩碼”的配置中，按照同樣的步驟操作。

2.機型配置。在“參數(shù)配置”中選擇“6”進入界面選擇，顯示終端將顯示對內在指定路徑下設備信息文化進行自動掃描，并將其結果添加至本界面。在F2鍵操作中顯示出提示對話框，以提醒用戶是否進行修改，在配置完成后再按F1進行確認，同時控制信息將經(jīng)過后臺發(fā)送到主數(shù)據(jù)控制器，此后系統(tǒng)將依據(jù)配置進行執(zhí)行操作。

3.主控制器配置。在“參數(shù)配置”界面選擇“2”，在主控制器界面進行聯(lián)機，對各項參數(shù)進行分析顯示和配置。若需要對各項配置等進行修改，則用F1鍵進行相應的切換，但包括MAC地址、當前日期、當前時間在內的信息不可修改。而按F2則為確認修改，通過界面設備參數(shù)的調整，以使主控制器按照配置執(zhí)行。

4. 探測器配置。探測器的配置與系統(tǒng)的效果影響顯著，因此在參數(shù)的配置中必須依據(jù)科學原則，在參數(shù)修改中按F2進入修改界面，F(xiàn)1用于選擇選擇和確認，以完成配置操作。

五、結束語

綜上所述，基于超寬帶信號測距技術的應用，為煤礦井掘進工作面人員接近監(jiān)測提供了重要支撐。該系統(tǒng)具有較大的應用價值，具備反應靈敏、可行性高、功能強大、操作便捷等特點，能夠適應復雜的煤礦井掘進工作面環(huán)境，通過利用礦燈雙天線、錨點雙收發(fā)器、多錨點多算法定位等創(chuàng)新技術，結合模塊化設計優(yōu)勢，為井下安全提供了可靠保證。

參? 考? 文? 獻

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