浅谈煤矿井下人员定位系统

2009年8月煤󰀁矿󰀁开󰀁采CoalminingTechnologyVo1󰀁14No󰀁4(SeriesNo󰀁)

August󰀁2009

浅谈煤矿井下人员定位系统

徐加伟,牛清伟

(山东立业机械装备有限公司,山东新泰271200)

[摘󰀁要]󰀁主要对目前煤矿井下基于RFID,WiF,iGIS及MESH技术的人员定位系统进行了分析对比,对煤矿人员定位系统的安装应用有一定的借鉴意义。

[关键词]󰀁人员定位;射频识别;地理信息系统[中图分类号]X924󰀁2󰀁󰀁

[文献标识码]B󰀁󰀁

[文章编号]1006󰀂6225(2009)04󰀂0072󰀂02

AnalysisofPersonnelLocationSystemforUndergroundMine

󰀁󰀁近年来我国煤矿事故频发,煤矿安全形势依然严峻。特别是瓦斯爆炸、水灾、火灾、冒顶以及放炮设备安全隐患等,严重威胁着井下作业人员的生命安全。由于煤矿生产的特殊性,即井下人员流动性大、不易定位等,成为煤矿企业实现生产实时调度、提高生产效率和动态管理水平的一个难点。因此,建立有效、可靠的煤矿井下监测管理系统,不仅可为生产调度、劳资管理及抢险救灾决策提供有力的信息平台,同时也解决了煤矿管理信息化、网络化的󰀂瓶颈 问题。对改善煤矿的安全生产管理有着重要的现实意义。1󰀁基于RFID的定位系统

1󰀁1󰀁RFID技术

射频识别技术(RFID,即RadioFrequencyI󰀂dentification)是从20世纪80年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触双向通信,实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动或静止)下的识别和数据交换。与同期或早期的接触式识别技术不同的是RFID系统的射频识别卡和读卡器之间不用接触就可完成识别。具有以下特点:

(1)操作方便,工作距离长,可以实现对移动目标的识别;

(2)无硬件接触,避免了因机械接触而产生的各种故障,使用寿命长;

(3)卡无外露金属触点,整个卡片完全密封,具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能,适合在恶劣环境条件下工作;

(4)对无线传输数据都经过随机序列加密,并有完善、保密的通信协议。卡内序列号是唯一

[收稿日期]2009-04-01

[作者简介]徐加伟(1976-),男,山东新泰人,工程师,现任山东立业机械装备有限公司安标办公室主任。

的,制造商在卡出厂前已将序号固化,安全性高;

(5)卡内具有防碰撞机制,可同时对多个移动目标进行识别;

(6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等),数据传输量小,抗干扰能力强,感应灵敏,易于维护和操作。

1󰀁2󰀁系统功能

典型的射频识别系统主要包括2部分:射频识别卡和读卡器。系统通过井下放置的各个读卡器来读取为井下人员配发的唯一识别卡信息,并对信息进行上传处理,从而完成对井下人员的定位。

当下井人员进入井下以后,只要通过或接近放置在巷道内的任何一个读卡器,读卡器即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机,计算机马上就可判断出具体信息,同时把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上并做好备份,管理者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图点击井下某一位置,计算机即会把这一区域的人员情况统计显示出来。同时控制中心的计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表。如出勤率、总出勤时间、迟到早退记录、未出勤时间等。另外,一旦井下发生事故,可根据电脑中的人员分布信息马上查出事故地点的人员情况,在事故处确定人员位置,以便营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。2󰀁基于WiFi的定位系统2󰀁1󰀁WiFi技术

WiFi全称WirelessFidelity,采用802󰀁11a/b/g标准,最大优点是传输速度较高,可达到54Mbps,另外有效距离很长,同时与已有的多种设备兼容。

72徐加伟等:浅谈煤矿井下人员定位系统2009年第4期

优点主要体现在以下方面:

(1)无线电波的覆盖范围广,基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小,半径大约只有15m,而WiFi的半径则可达100m;

(2)WiFi手机的无线通信质量非常好,既使在嘈杂的环境下,也能有很好的过滤功能;

(3)WiFi技术传输速度非常快,可达到54Mbps,符合个人和社会信息化的需求;

(4)WiFi手机通过TCP/IP协议进行数据交换,在网络上的工作效率更高。

2󰀁2󰀁系统功能

利用以太网络,在井下设立若干基站,通过无线网络覆盖井下巷道,利用WiFi手机、固定电话等终端设备通讯,从而实现井上下的语音调度以及井下对井上、井下对井下之间的信息反馈。为生产调度、应急救援、安全监控等提供可靠的依据。3󰀁GIS结合的定位系统3󰀁1󰀁GIS技术

地理信息系统(GIS,GeographicInformationSystem)是一种基于计算机的工具,可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(如查询和统计分析等)集成在一起。这种能力使GIS与其他信息系统相区别,从而使其在广泛的公众和个人、企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等具有实用价值。3󰀁2󰀁系统功能

(1)通过基于GIS技术的地理信息实时显示、查询井下情况。任一时间井下或某个地点究竟有多少人,每个人在井下任一时间的活动轨迹;查询一个或多个人员的实际位置,以便电话联系;查询人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息,可以督促和落实重要巡查人员。如瓦斯检测人员、温度检测人员、通风人员等是否按时到地点进行各项数据的测试和处理,从根本上杜绝人为因素造成的相关事故;可实现多点共享,供多个领导同时在不同地点查看。

(2)了解井下人员每时每刻在巷道中的实时动态分布,并根据井下的实际地理情况制作相应的动态图,使井下情况一目了然。4󰀁MESH技术

无线MESH网络(无线网状网络)也称为󰀂多跳(multihop) 网络,它是一种与传统无线网

络完全不同的新型无线网络技术。在传统的无线局

域网(wLAN)中,每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络,用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点(AP),这种网络结构被称为单跳网络。而在无线MESH网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接收信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于:

(1)无论固定组网还是移动组网,都能够迅速按需形成任意拓扑;

(2)拓扑遭遇节点高速、高频变换时,无线网状网能够自动调整拓扑并维持连接;

(3)能够采用灵活的多跳传输,可随需扩展,非常适合有线不方便或成本很高的场合;

(4)基于无线MESH网络结构的以上优点和煤矿井下环境恶劣、组网复杂等特殊条件,无线MESH网络很适合在煤矿井下应用。5󰀁煤矿井下人员定位系统的发展

井下人员定位系统的技术核心是井下通信技术,井下通信经历了有线通信和无线通信两个过程。随着信息化的发展,无线通信方式将越来越体现出它的优越之处。从射频识别技术到WiFi技术甚至到MESH网络在井下的应用都将为井下定位提供更可靠的技术支持。同时对于井下人员定位系统的上位显示也将逐步向GIS信息显示方向发展。井下无线通信的无缝连接以及上位系统的精确显示,将是今后井下人员定位系统的发展方向。6󰀁结束语

对目前的煤矿井下人员定位系统进行了比较和分析,得出以RFID为核心的煤矿井下人员定位系统是现在的发展主流。该系统极大地满足了实时掌握煤矿井下人员的动态分布及安全管理的需要,可实现考勤管理功能及快速指导矿井突发性事故的救护工作。但是对于在精确定位上,RFID仍存在许多不足之处,因此,RFID技术和GIS技术的结合为实现井下人员精确定位提供很好的技术支持。随着WiFi技术的不断成熟,手机定位逐渐成为了煤矿井下定位系统的主流,WiFi手机良好的通讯效果以及基站的灵敏识别使得人员定位系统更加精确。MESH网络在不久的将来也将应用在煤矿井下人员定位系统,使得定位系统更有效的服务于煤矿

(下转56页)

73总第期煤󰀁矿󰀁开󰀁采2009年第4期

和保养等问题。同时对综掘头的生产、安全、技术、质量上的问题及时会诊,起到超前预测,超前管理;二是加强工序间的质量和安全互控,每小班由质量验收员按各岗位标准和技术要求严格把关认真验收,且每班实行动态评估,下班验收上一班,每日一总结,从而保证其工作、工程质量及工作量的宏观控制;三是加强领导跟班,尽量把问题解决到现场。大倾角综掘地区,矿每月对该地区进行平衡调度,协调生产与辅助单位的关系,解除生产单位的后顾之忧,同时,区24h安排区队长跟班,现场指挥。条件较差时,安排调度技术及安监部门进行现场跟班监督指导,协调并解决实际问题。

(3)每个生产班不论进尺多少,都必须在本班完成小循环后交,检修班必须在停机3h内完成检修和贮带任务,不得占用生产班时间。道工每日将轨道跟头,运料工每日必须将下一天所需材料运到轨道端头料场。同时合理安排各工序,平行交叉作业,做到既平行作业,又不互相影响。

(4)加强机电设备的维修工作,减少事故,保证运转正常。建立和完善了一支过硬的机电管理队伍,建立健全机电设备检修维护管理制度,严格落实分机包台责任制,把机电事故降低到最低限(上接66页)

A3=2󰀁!r!h

(4)

式中,r=d1/2,d1=70mm,h=27mm代入(4)式得:

A3=5󰀁94∀10

-3

度。通过培训提高机电检修人员的技术操作水平,缩短检修时间和事故的处理时间,提高设备的运行使用效率,有力提高了单进水平。

(5)强化风、水、电等的协调管理,加强科学调度,保证正常供给。大倾角全煤巷锚杆综掘工艺的特点,决定了每一个环节都直接影响到施工进度,加强科学调度,做到对事故及时作出判断并正确处理。合理解决各种影响和制约因素就能有效促进单进水平。6󰀁结束语

大倾角采区快速掘进技术经过近2a的应用证明,只要通过科学合理的采区布置,合理选择断面和支护方式,严密施工工艺组织和有效的管理措施,就能够实现安全快速掘进。

[参考文献]

[1]黄德发,王宗敏,杨󰀁彬󰀁地层注浆堵水与加固施工技术

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[3]宋彦波󰀁有机高水材料注浆堵水机理及其工程应用研究[D]󰀁

北京:中国矿业大学(北京),

2005󰀁

[责任编辑:林󰀁健]2003󰀁

[2]熊厚金,林天健,李󰀁宁󰀁岩土工程化学[M]󰀁北京:科学

以采用整体活塞杆结构,如图3,但这种结构由于受活塞杆杆头尺寸的,不适用小缸径千斤顶。

(m)

2

图2中a点剪切应力󰀂3=F2/A3=127(MPa)图2中a点安全系数n=󰀂 /󰀂3=3󰀁53󰀁2󰀁图2中最薄弱处拉伸强度

最薄弱处横截面积:

A4=󰀁!(d1/2)=3󰀁85∀10(m)拉伸应力󰀂4=F2/A4=196(MPa)

图2中最薄弱处安全系数n=󰀂s/󰀂4=3󰀁8另外,在行程允许的情况下也可以通过加长尺寸h,来提高a点的强度。大缸径平衡千斤顶也可(上接73页)安全生产。

[参考文献]

[1]沈宇超,沈树群󰀁射频识别技术及其发展现状[J]󰀁电子技

术应用,1999(1)󰀁

[2]王󰀁璐,秦汝祥󰀁基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究

2

-3

2

图3󰀁固定活塞平衡千斤顶

4󰀁结束语

计算表明:结构改进后,平衡千斤顶的最薄弱

处的最小安全系数由2󰀁0提高到3󰀁8,提高了90%,增大了平衡千斤顶的抗拉能力。

[责任编辑:张银亮]

[J]󰀁安全,2004,25(1)󰀁

[3]唐雄燕󰀁宽带无线接人技术及应用#WMiAX与WiFi代通信网

实用丛书[M]󰀁北京:电子工业出版社,2006󰀁

[4]汤,赵牡丹󰀁地理信息系统[M]󰀁北京:科学出版社,

2000󰀁

[5]张󰀁勇,郭󰀁达󰀁无线网状网原理与技术[M]󰀁北京:电子

工业出版社,2007󰀁

[责任编辑:王兴库]

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