某矿山井下人员定位系统技术应用研究

唐 飞

（云南思茅山水铜业有限公司，云南普洱 665000）

某矿山井下人员定位系统技术应用研究

唐 飞

（云南思茅山水铜业有限公司，云南普洱 665000）

为了提高矿山企业安全生产水平，结合矿山井下生产系统恶劣环境的特点，探究了基于RFID技术的井下人员定位系统在某矿山的应用，井下人员定位系统的应用对创建本质安全、高产高效现代化矿井具有重要意义，为同类矿山提供一定的参考价值。

矿山；井下人员定位系统；安全生产

矿山行业是危险性较大的行业，为了提高矿山企业安全生产水平，2010年7月，国务院出台《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）规定了煤矿、非煤矿山要制定和实施生产技术装备标准，完善井下人员定位等六大系统。面对国内矿山安全生产的要求越来越高，加之井下巷道纵横交错，作业面广，造成井下人员分布复杂，通讯不便，特别是在井下发生火灾、水灾、爆炸等事故时，由于不能确切地知道人员位置，而不能制定出切实有效的救援方案，常常造成更多的人员伤亡，可以说，建立可靠的井下人员定位系统，对保障矿山井下人员安全是十分必要的，对改善矿山安全生产水平有着重要的意义。针对矿山井下复杂的生产系统，如何建立科学实用的井下人员定位系统，成为亟待解决的技术难题，为此，本文立足某矿山生产实际，探讨矿山井下人员定位系统的设计研究。

1 矿山井下人员定位通信技术选择

近些年无线局域网技术发展很快，相续出现了蓝牙、Home RF、IrDA、ZigBee、RF等技术［1，2］，为满足井下人员定位的无线通信的技术要求，在选择合适的无线通信技术时需要考虑多方面因素：

距离：短距离无线技术覆盖的距离范围很大，从几厘米直到几十甚至上百米范围。需要根据具体距离范围，确定所选的技术。

功耗：由于井下环境特殊，考虑到无线通信的安全性、可靠性、发射功率与作用距离限制等方面的因素，需要选择能够满足各种技术指标的频率。

性价比：除满足数据传输速率和通信距离等一般要求外，由于便携式设备的使用量较大，需要在基本功能满足要求的基础上，选择价格相对低廉、技术成熟、开发简单的技术［3，4］。

综合考虑以上因素，本设计选用基于RF技术进行开发的井下人员定位系统，工作示意图如图1所示。RF技术识别距离比光学系统远，RF识别卡具有读写能力，可携带大量数据，由于无线电波能“扫描”数据，RFID挂牌可以做成隐形的，可实现点对多点网络的构建，识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便，射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣环境，长距离的识别可达几十米甚至上百米，且电能充足，工作可靠性高，信号传送距离远。

图1 基于RFID技术的井下人员定位系统示意图

2 矿山井下人员定位系统介绍

依据国家法律法规规定，井下当班工作人数超过30人时，必须安装井下人员定位系统。针对该矿山井下工作人数的具体情况，选用基于RFID技术的井下人员定位系统进行井下人员定位。井下人员定位系统是由中心站、传输接口、监测分站、动态目标识别器、识别卡、电源箱、防爆电缆、接线盒、避雷针和其它必要设备组成。

1.中心站：中心站硬件要包括传输接口、主机、打印机、UPS电源、投影仪或电视墙、网络交换机、服务器、防火墙和配套设备等。中心站均应采用当值主流技术的通用产品，并满足可靠性、开放性和可维护性等要求。

2.位置监测分站：通过与各动态目标识别器的有线通讯，实时获取人员编码数据。

3.识别卡：由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。

4.传输接口：接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。

5.主机：主要用于接收监测信号、报警判别、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、控制打印输出、与管理网络联接等，并且必须双机备份。

3 系统主要装置的布置

3.1 布置原则

1.各个人员出、入井口、重点区域（采掘工作面、马头门、井底车场、炸药库等）出、入口、限制区域（盲巷、采空区、溜井口等）地点应有信号覆盖，并能满足监测携卡人员出、入井、重点区域与限制区域的要求，平巷距离超过100 m需要布置一个动态目标识别器。

2.主要巷道分叉处设置识别器，并能满足监测携卡人员出、入方向的要求。

3.下井人员应携带识别卡。

4.工作不正常的识别卡严禁使用，卡应专人专卡，并配备不少于经常下井人员总数10%的备用卡，识别卡要分职工卡和临时卡两种。

5.矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。

6.各个人员出入井口应设置检测识别卡工作是否正常和唯一监测的装置，并提示携卡人员及相关人员。

7.监测分站应设置在便于读卡、观察、调试、检验、围岩稳定、支护良好、无淋水、无杂物的位置或悬挂在距底板≥300 mm位置。

8.入井电缆的入井口处应具有防雷措施，中心站设备应有可靠的接地装置和防雷装置。

9.中心站应使用录音电话。

3.2 井下分站和识别卡的布置

根据金属矿山作业的实际情况，下井人员分长期职工和临时人员两类。其中长期职工为基本作业人员，临时人员包括参观、学习、检查人员等，为非作业人员。为了满足不同人员的下井需求，并针对其不同的人员特征，在卡片分发上，分职工卡和临时卡两类。带有编号的卡片贴在安全帽上，下井人员必须携带安全帽通过监测系统监测，满足条件后才能进入相关巷道。

3.2.1 职工卡

职工卡存储长期职工的信息，操作员可对人员相关信息进行修改或删除。信息录入后编号自动生成，并在数据库中进行相应的操作处理。在后台数据库中，实现历史数据、实时数据的选择查询。

3.2.2 临时卡

根据临时人员的特点，临时卡设计思路略有不同。系统独立开辟供临时人员使用的标签，存储内容与长期卡不同。由于临时卡有信息更快、使用时间段的特点，临时卡可重复使用，所以系统设置了临时卡的发放和回收功能。当作业人数少于30人时，对于井下作业人员的定位管理主要采用人员出入井信息管理系统，当超过30人时，必须进行采取人员的定位系统进行管理。该矿山2000年开始探矿，2004年开始基建，次年投产，设计规模为1 500 t／d，矿山下设有东、西区，两个矿域中心距离约500 m，目前在生产的各个井下当班工作人员总数统计见表1。

表1 在产井下当班工作人员总数统计表

由表1可以看出，只有主斜井当班下井人数达到了30人以上，必须进行人员定位系统的安装。主SJ1、主SJ2由于跟主斜井同时服务于1108至1048分段，因此也要进行人员定位系统的布置。斜井、主SJ1、主SJ2目前服务分段1118、1108、1095、1082、1068分段，五个分段井下人员定位点具体布置如图2～图6所示。

图2 1118分段人员定位点布置

1118分段共布置11个动态目标识别器、2个监控分站，基本上是平均每个分站负责6个识别器采集的信息，并且实时将所收集的信息传至地表总站。

图3 1108分段人员定位点布置

1108分段布置24个目标识别器、3个监控分站，基本上是平均每个分站负责8个识别器采集的信息。

图4 1095分段人员定位点布置

1095分段布置22个目标识别器，3个监控分站，基本上是平均每个分站负责7个识别器采集的信息。

图5 1082分段人员定位点布置

1082分段布置15个目标识别器，2个监控分站，基本上是平均每个分站负责7个识别器采集的信息。

图6 1068分段人员定位点布置

1068分段布置12个目标识别器，2个监控分站，基本上是平均每个分站负责6个识别器采集的信息。

3.3 井上主机站的布置

井上监控中心的监控主机是整个系统的关键部位，负责对整个系统进行管理。监控主机通过CAN网络适配器与系统监控节点通信，同时通过中继器与其它远程系统监控节点或矿井监控系统进行连接，实现信息共享。除了与系统监控节点通信之外，监控主机可以通过局域网与工厂网络系统进行数据交换，实现矿井现场的远程浏览。

因此，监控主机的工作稳定与否直接关系到整个系统功能的实现。另外，由于矿井所处的生产环境恶劣，对于监控主机的抗干扰能力要求较高，所以，系统必须选用稳定性能好、工作可靠、配置高的工业控制计算机作为监控主机。

4 人员定位系统管理维护

4.1 使用与维护

为了有效管理和使用人员定位系统，充分发挥其在矿井安全生产动态管理过程中可靠的安全保障功能，创建本质安全型高产高效现代化矿井，在生产过程必须依据以下要求管理人员定位系统。

1.必须加强人员定位系统管理，明确分管领导和科室，充分保证系统运行使用、维护。制定相应的岗位责任制、操作规程，确保系统安全、可靠、正常运行。

2.所有下井人员必须携带识别卡，严禁一人携带多卡入井。

3.携带识别卡下井人员通过井口专用检卡设备时要检查识别卡是否正常，如发现电量不足，卡号错误，信息不全时要及时与维护人员联系，换识别卡或更换识别卡电池，并能在换卡的同时进行信息关联。

4.井下工作人员严禁更换、随意拆卸识别卡，若有问题，及时与维护人员联系更换识别卡。

5.井口检身人员，必须对下井人员是否携带识别卡进行检查。

6.任何人未经安检、通风部门同意，不得拆卸或监测识别卡。

7.调度员负责监视系统设备的运转和监测数据变化情况，核实和汇总人员跟踪监测信息，对信息出现异常或设备报警时，立即通知维护人员，并做好中心站运行日志，相关人员查明原因后向有关负责人汇报。

8.井下人员的工作单位（岗位）如有变动，所在单位及时通知调度室和系统部门，专业维护人员24 h内将识别卡信息调整，并录入相关人员的信息。

9.专业维护人员要及时维修更换有问题的识别卡，不得因识别卡问题影响监测数据的准确性。

10.各分站电源由供电区队负责，严禁长时间停电，如有开关跳闸，应及时恢复停电。

11.分站和读卡器严禁随意移动、搬迁，影响巷道施工时，必须经机电部门及维护人员同意，并得到调度室同意后方可作业。

4.2 系统运行管理

1.矿山应配备满足人员定位系统使用工作需要的操作、维护人员。操作、维护人员应了解系统的基本原理并能熟练地操作使用系统，具有一定学历和2 a以上现场实践经验，经过培训考核合格，方能持证上岗。

2.设备管理中心和安全监察部负责矿山人员定位系统运行情况的监督检查工作。矿山必须将人员定位系统运行情况纳入安全质量标准化的检查验收范围，加强日常监督检查；必须编制人员定位系统发现问题应急处置预案，每年按应急处置预案进行一次预演。

3.矿山调度室负责系统日常使用维护管理。实行每天24 h值班，值班员应认真监视监视器所显示的各种信息，详细记录系统各部分的运行状态，填写运行日志，打印监测日（班）报表，报矿长和有关负责人审阅。

4.接到系统报警后，值班员应立即通知生产调度及值班领导，生产调度及值班领导应立即采取措施，处理结果应记录备案。

5.矿山各级管理人员必须经常通过人员定位系统终端了解矿井生产人员组织等相关情况，分析、研究系统的各类数据，掌握设备运行情况及入井人员活动规律，以提高安全生产科学管理决策和突发事件应急指挥能力。

6.要建立人员定位系统技术资料管理与使用制度，技术资料要定期保存。按质量标准化的要求和有关规定建立健全以下帐卡和报表：（1）设备、仪表台账；（2）设备故障登记表；（3）检修记录；（4）巡检记录；（5）中心站运行日志；（6）监测日（班）报表；（7）设备使用情况月报表。

7.矿山应绘制人员定位设备布置图，图上标明分站、电源、中心站等设备的位置、接线、传输电缆、供电电缆等，根据实际布置及时修改，并报矿技术负责人审批。

8.中心站应每3个月对数据进行备份，备份数据应保存6个月以上；图纸、技术资料应归档保存。

5 结 论

1.依据井下生产系统恶劣环境的特点，选取井下人员定位系统的无线通信技术。

2.在对该矿山井下工作人员分布状态了解的基础上，对井下人员定位系统的井下分站、识别卡、系统主机站进行布设。

3.为保障井下人员定位系统正常运行，充分发挥其在矿井安全生产动态管理过程中的安全保障功能，制定相关管理及维护措施。

［1］ 王雪莉，卢才武，顾清华.无线定位技术及其在地下矿山中的应用［J］.金属矿山，2009（394）：121－124.

［2］ 贾智平，靳松魁.矿山井下安全监控系统的研究与实现［D］.长沙：湖南大学，2009.

［3］ 阮德修，胡建华，周科平.某矿山安全监测监控系统设计研究［A］.阮德修，胡建华，周科平.采矿科学技术前沿论坛论文集［C］.长沙：中南大学，2011.1－4.

［4］ 盛占石，陈亚平，董国贵.基于Zigbee和CAN技术的井下人员跟踪定位系统［J］.金属矿山，2010，（405）：103－105.

App lication Research on the Technology of Underground Personnel Tracking System in M ine

TANG Fei
（Yunnan Simao Shanshui Copper Co.，Ltd.，Pu’er 665000，China）

In order to improve the level ofmine production safety，and according to the characteristics of themine production system environment，the reportexplored the application ofunderground personnel tracking system based on RFID technology inmine，the practice proved that the use of the underground personnel tracking system is of great strategic significance for creating a intrinsically safetymine，but also provides a reference value to the similar project inmine.

mine；underground personnel tracking system；safety production

TD844

：A

：1003－5540（2014）06－0006－04

2014－08－20

唐飞（1974－），男，工程师，主要从事采矿技术研究。