歐陽廣臣

（山東濟(jì)寧運(yùn)河煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧272055）

0 引言

根據(jù)《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》要求，人員進(jìn)入沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行“人員準(zhǔn)入制度”，準(zhǔn)入制度必須明確規(guī)定人員進(jìn)入的時(shí)間、區(qū)域和人數(shù)，井下現(xiàn)場設(shè)立管理站。運(yùn)河煤礦聯(lián)合山東馭光電子科技有限公司共同研發(fā)“煤礦限員管理系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。

運(yùn)河煤礦隸屬濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)，位于山東省濟(jì)寧市西北部，主采3煤，井田標(biāo)高-200m～-900m，2016年定為沖擊地壓礦井。

1 國內(nèi)沖擊地壓礦井限員管理現(xiàn)狀

國家煤炭安全監(jiān)察局（煤安監(jiān)行管【2018】38）下發(fā)的關(guān)于《煤礦井下單位單班作業(yè)人數(shù)規(guī)定（試行）》的通知，要求煤礦必須優(yōu)化勞動組織，減少井下作業(yè)人員，從源頭上減少煤礦群死群傷事故風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；山東省下發(fā)的《山東省煤礦沖擊地壓防治辦法》（山東省人民政府令第325號）明確規(guī)定了限員范圍、人數(shù)。目前大多沖擊地壓礦井針對限員管理的解決辦法有三種：①通過在工作面的限員（限制綜采工作面的工作人員數(shù)量）安全范圍之外設(shè)置、懸掛限員牌板，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)在限員牌板處拿一塊限員標(biāo)牌，當(dāng)工作人員在工作面出來時(shí)，再將限員牌掛回到限員牌板上；②采用無源的RFID卡與讀卡分站，當(dāng)人員進(jìn)入工作面時(shí)先主動去刷卡，進(jìn)行記錄，工作完畢出工作面時(shí)再次進(jìn)行刷卡，以記錄工作面實(shí)時(shí)人數(shù)。但以上兩種方案都存在弊端：工作人員進(jìn)出時(shí)經(jīng)常忘記刷卡，導(dǎo)致工作面人員數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，并且當(dāng)人數(shù)超過限定人數(shù)時(shí)，沒有響應(yīng)的信息提示；③采用紅外的人員監(jiān)測方式。這種方式最為簡單，但也存在著致命的弊端，無論是過人還是過物都會進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，造成多計(jì)情況的發(fā)生，當(dāng)多人并排進(jìn)入的時(shí)候，只統(tǒng)計(jì)了一次，造成少計(jì)數(shù)情況的發(fā)生。隨著時(shí)間的推移，這種誤差會累加的越大。

現(xiàn)有的技術(shù)缺陷：①無法實(shí)現(xiàn)自動檢測人員；②無源卡及限員牌無法攜帶不方便，影響正常的工作；③當(dāng)人員超限時(shí)，無法進(jìn)行報(bào)警；④忘記打卡，導(dǎo)致人員統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確；⑤無法進(jìn)行身份判斷。

2 研發(fā)思路

煤礦限員管理系統(tǒng)采用分布式設(shè)計(jì)的思想，遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則。以先進(jìn)的嵌入式技術(shù)，有源RFID射頻身份識別技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合無線編碼通信技術(shù)，數(shù)據(jù)通信、處理以及穩(wěn)定的組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)。

3 煤礦限員智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與組成

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)硬件主要由井下井上兩部分組成，每個(gè)指定的工人都佩戴有源防爆射頻卡（一卡一人，身份確定），并在每個(gè)施工巷道內(nèi)裝2臺射頻信號接收基站，1臺裝在巷道的入口處，另一臺基站裝在巷道內(nèi)20米處，根據(jù)基站讀到卡的先后順序來判斷煤礦工作人員的進(jìn)出情況，工作人員何時(shí)進(jìn)、何時(shí)出、巷道內(nèi)有多少作業(yè)人員以及工作人員的身份都能反映到系統(tǒng)軟件中。工人將該系統(tǒng)考勤卡佩戴在身上（可放于安全帽處）即可，無須主動刷卡便能實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測，方便省力、準(zhǔn)確度高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成原理

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

1）煤礦限員在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動感知巷道里人員的進(jìn)出情況，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)巷道內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量、身份信息及在巷道內(nèi)工作的時(shí)長。

2）當(dāng)巷道內(nèi)進(jìn)入的人員超過規(guī)定數(shù)目時(shí)通過防爆揚(yáng)聲器發(fā)生報(bào)警信息，提示人員禁止入內(nèi)，同時(shí)將報(bào)警信息傳輸至地面計(jì)算機(jī)，使管理人員掌握巷道內(nèi)人員情況。

3）遇到巷道內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)情況，可通過人員身上所佩戴的身份識別卡發(fā)出的射頻信號，迅速了解有關(guān)人員的基本情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

4）可將為煤礦建設(shè)的安全生產(chǎn)和日常管理再上新臺階提供有力保障?？捎行ё柚谷藛T違章進(jìn)入，并將違章人員記錄在案。

5）可在井下LED顯示屏實(shí)時(shí)顯示各采面的目前人員數(shù)目，并且可根據(jù)時(shí)間段的不同動態(tài)調(diào)節(jié)采面的限員人數(shù)。

6）信息采集及監(jiān)控分站和上位機(jī)上的參數(shù)設(shè)置在輸入正確密碼登陸后，可以在上位機(jī)上方便地進(jìn)行報(bào)警參數(shù)（人數(shù)、時(shí)間段）的修改。

7）現(xiàn)場使用礦用防爆聲光報(bào)警器，其主要功能是提示人員進(jìn)出危險(xiǎn)區(qū)域（限員區(qū)域）及當(dāng)人員超限時(shí)再有人員進(jìn)入進(jìn)行聲光報(bào)警，提示人員禁止入內(nèi)。該聲光報(bào)警器包括三種自定義聲音：“您已進(jìn)入限員區(qū)，請注意安全”，“您已離開限員區(qū)”，“人員已超限，禁止入內(nèi)”并且根據(jù)讀卡器的邏輯控制，發(fā)布不同的聲音報(bào)警。

8）地面控制分站接入地面環(huán)網(wǎng)，與系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)無縫對接，在監(jiān)控主機(jī)上可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控個(gè)采面的實(shí)時(shí)人數(shù)。

3.3 系統(tǒng)研發(fā)創(chuàng)新點(diǎn)

1）可實(shí)現(xiàn)工作面人員進(jìn)出的自動檢測，無需親自刷卡，并且避免漏刷、重復(fù)刷卡的弊端，提高了工作效率及準(zhǔn)確度；

2）通過射頻卡，在確定工作面人員數(shù)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作人員身份信息的確定；

3）可在井下、井上的工控機(jī)上實(shí)時(shí)顯示整個(gè)煤礦各個(gè)工作面的人員數(shù)量及信息；

4）當(dāng)人數(shù)超限時(shí)，可在井上與井下實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提示人員禁止再次入內(nèi)。

3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)運(yùn)用各種設(shè)施及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，對井下限員管理系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。井下控制器接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，在地面監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制功能。能顯示每個(gè)限員區(qū)的實(shí)時(shí)人數(shù)，刷卡記錄、報(bào)警記錄、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查看等畫面，要求畫面友好，便于操作。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行主界面

煤礦限員智能管理系統(tǒng)采用了7個(gè)主要的軟件功能模塊，分別為井下人員的信息查詢功能、巷道人員實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、限員報(bào)警功能、人員信息管理、系統(tǒng)管理、狀態(tài)管理以及豐富的人員信息展示功能。煤礦限員在線監(jiān)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖2 煤礦限員智能管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

3.5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1）高速RFID智能讀卡器。研發(fā)具有私有協(xié)議的高速讀卡器，性能穩(wěn)定，完全兼容ISO14443A協(xié)議，具有良好的EMC性能，頻率可達(dá)902.6-927.4MHz的射頻技術(shù)。

2）數(shù)據(jù)采集與傳輸分站。能與高速智能讀卡器進(jìn)行通信與無縫鏈接，采集有關(guān)關(guān)鍵參數(shù)與預(yù)處理；具有多路RS-485通信口、一個(gè)以太網(wǎng)通信口；通信協(xié)議能夠滿足通信協(xié)議要求；環(huán)境溫度：-10℃-+70℃；供電電壓：12V-36V。

3）使用工業(yè)級光纖收發(fā)器。能自動適應(yīng)100Mbps和1000Mbps環(huán)境，便于網(wǎng)絡(luò)的升級；內(nèi)置高效交換核心，實(shí)現(xiàn)流量控制，減少廣播包；支持全雙工和半雙工傳輸模式，能自動協(xié)商；支持雙絞線口自動交叉，方便系統(tǒng)調(diào)試安裝；支持Link Failure Alert（LFA）鏈路失敗報(bào)警功能；支持FX半/全雙工和鏈路失敗功能報(bào)警開關(guān)選擇；支持開關(guān)選擇10/100Mbps存貯轉(zhuǎn)發(fā)或100Mbps直通傳輸模式（獨(dú)特的）；支持低延時(shí)傳輸；支持最長1600byte超長數(shù)據(jù)包傳輸；支持VLAN超長數(shù)據(jù)包傳輸；支持QOS，保證VOIP數(shù)據(jù)包傳輸；支持STP生成樹，構(gòu)成冗余網(wǎng)絡(luò)；超低功耗（小于2W），低發(fā)熱，能長時(shí)間穩(wěn)定工作；支持雙纖多模、雙纖單模和單纖單模多種光纖口選擇，便于擴(kuò)展。

4 系統(tǒng)功能的先進(jìn)性

1）可實(shí)現(xiàn)工作面人員進(jìn)出的自動檢測，無需親自刷卡，并且避免漏刷、重復(fù)刷卡的弊端，提高了工作效率及準(zhǔn)確度；

2）通過射頻卡，在確定工作面人員數(shù)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作人員身份信息的確定；

3）可在井下、井上的工控機(jī)上實(shí)時(shí)顯示整個(gè)煤礦各個(gè)工作面的人員數(shù)量及信息；

4）當(dāng)人數(shù)超限時(shí)，可在井上與井下實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提示人員禁止再次入內(nèi)。

5 系統(tǒng)的現(xiàn)場使用情況

煤礦限員智能管理系統(tǒng)分別安裝在運(yùn)河煤礦6304綜放工作面、7304綜放工作面、7306綜放工作面、C5301充填工作面及9306皮順、9306軌順、7316皮順聯(lián)絡(luò)巷等掘進(jìn)迎頭后方，自從安裝以來系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求及預(yù)期目標(biāo)。

6 開發(fā)意義與推廣前景

結(jié)合沖擊地壓煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)際情況研制了煤礦限員智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動感知煤礦巷道里人員的進(jìn)出情況，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)巷道及工作面內(nèi)作業(yè)人員的數(shù)量、身份信息及工作時(shí)長，并且當(dāng)巷道內(nèi)進(jìn)入的人員超過規(guī)定數(shù)目時(shí)通過防爆揚(yáng)聲器發(fā)生報(bào)警信息，提示人員禁止入內(nèi)，同時(shí)將報(bào)警信息傳輸至地面計(jì)算機(jī)，使管理人員掌握巷道內(nèi)人員情況。如遇到巷道內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)情況，可通過人員身上所佩戴的身份識別卡發(fā)出的射頻信號，迅速了解有關(guān)人員的基本情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。該系統(tǒng)的安裝使用，為保障煤礦安全生產(chǎn)和日常管理再上新臺階具有重要意義，該系統(tǒng)可應(yīng)用于化工廠、隧道、金屬礦山、非金屬礦山等危險(xiǎn)場所，具有較大推廣價(jià)值和較好的社會效益。