智能防冲限员网络监控系统的研发应用

韩晓乐 韩云增 沈 伟

（1.烟台大学文经学院，山东 烟台 264003；2.山东能源枣矿集团七五生建煤矿，山东 微山 277550；3.中国中煤能源集团有限公司，北京 100120）

1 概述

冲击地压已经成为了井工煤矿开采的主要灾害之一，限员管理作为降低冲击地压事故发生瞬间灾害程度的关键一环，越来越受到重视。实际操作中，往往采取闸机计数等方法，但是在回采工作面实际应用中，由于两个安全出口的存在，签字登记、设门站岗无法实现准确计数，并且需要安排专人站岗，闸机计数投入大，效率低，影响安全出口畅通与辅助运输，限员管理在个别矿井成为了一个形式。

七五生建煤矿煤层埋藏深，地质构造复杂，断层发育，煤炭自然发火期短，煤层为厚度3.5m 左右的中厚煤层。根据煤岩层冲击倾向性鉴定结果及开采煤层冲击危险性评价结论，该矿井为冲击地压矿井。为了控制采掘工作面动压扰动冲击危险区作业人数，矿井试验了专人站岗、锁门拦截等方法，矿井一面四头每个班次需要5人站岗管理，每天需要投入20个工，造成了人员的巨大浪费，不利于高产高效矿井建设。锁门拦截也在一定程度上限制了安全出口的畅通，并且影响了现场安全巡查效果，不利于安全管理。同时上述两种方法都是在现场放置登记记录本核验进入冲击危险区人数，对于有两个或以上出口的限员管理区域难以实现数据互通，并且依靠现场作业人员自觉执行，难以监管。

为了更好地执行限员管理规定，将人员的自觉行为转化为刚性约束，针对限员管理区域准确计数与不同安全出口数据互通及自动拦截、远程控制，基于视频双目计数原理，自主开发设计了一套智能防冲限员网络监控系统。

2 系统构成

智能防冲限员网络监控系统主要由五大部分构成，分为信息采集、数据处理、现场拦截、远程控制、数据传输。信息采集主要在每个出入口安装2个视频双目计数摄像头，能够分辨进出人员，并实现进出人员的准确计数。数据处理采用网关服务控制器，实现信息采集数据处理与现场拦截指令发出。现场拦截采用语音报警、显示屏、气缸配合不锈钢拦截门，实现语音、灯光提示与物理隔离。远程控制采用计算机，实现远程控制拦截系统动作及输入限员人数。数据传输采用环网，实现各部分之间的数据传输。系统如图1所示。

图1 智能防冲限员网络监控系统图

3 系统功能

根据视频人体移动探测的工作原理，用视频双目计数摄像头能够分辨人员进出动作，实现进出人员的准确计数，避免了多个人员进出时红外线探头不能准确计数的缺点，克服了普通人员定位系统不能分辨进出的缺点。网关服务器控制系统累加并显示防冲区域内所有在线人员数量，当防冲区域进入人员超过设定数值时，网关服务器控制系统输出控制信号，控制关门气缸电磁阀和报警电磁阀同时动作，关闭拦截门和语音报警语音提示“请勿入内”，拦截并提示外部人员不能入内，大屏幕显示器红色字符显示“禁止入内”并显示超员人数；当防冲区域里边有人员走出时经过视频双目计数摄像头时，用大屏幕显示屏累减并显示防冲区域在线人员数量，网关服务器控制系统累减计数，大屏幕显示屏定员人数，在线人数累减并显示防冲区域在线人员数量、超员数量（如不超为0）和准入数量累加；当防冲区域内人员数量少于设定人员（如16人）时，网关服务器控制系统输出开门信号和停止报警信号，推动开门气缸电磁阀和停止报警电磁阀同时动作，开门气缸动作打开拦截门，关门气缸电磁阀和报警电磁阀不动作，语音报警不再输出，同时大屏幕显示器显示“正常进出”，从而达到限员的目的。

4 工程实践

智能防冲限员网络监控系统已在七五生建煤矿应用。该矿购进1台电子计算机、视频双目计数摄像头2组、大屏幕显示屏1 个、网关服务器控制系统、语音报警装置1个、气缸2个、不锈钢拦截门2个。电子计算机放置在调度台，其配备英特尔酷睿i5处理器，内存8G，并安装了Windows10操作系统，通过访问网关服务器，远程调整现场限员人数与拦截门开合状态，并能与现场大屏幕显示屏同步显示当前人数状态。视频双目计数摄像头安装在井下回采工作面限员起始点。大屏幕显示屏能根据不同的状态显示相对应颜色的字符 ，当人员数量在限员规定以内时，显示绿色字体，可以正常进出，当人员数量超过限员规定时，显示红色字体，禁止人员进入。网关服务器控制系统包括网关服务器1个、交换机1个、光纤收发器1个、网络控制器1个，主要进行信号转换与传递。语音报警装置提前录制音频，在报警时发出语音提示“采煤工作面防冲区域限员16人，请勿超员”。气缸与拦截门配合实现限员区域的物理隔离，在人员超员时自动关闭拦截门，人员不超员时保持拦截门常开状态。

3上217回采工作面两巷超前工作面300m位置作为限员起点与终点。起点与终点分别安装一组双目摄像头，终点双目摄像头视频数据通过光纤传输到起点位置的网关服务器，起点双目摄像头视频数据同样接入网关服务器，监测数据通过环网传输至网络控制器，并将远程控制部分安装在矿调度室。通过双目摄像头实现了冲击危险限员区域人员出入准确计数，网关服务器处理视频信号后，输出限员信息，现场大屏幕实时显示限员管理区域内人数情况，并在人员超员时发出语音报警，如图2所示。

调度室通过电子计算机远程控制限员人数与限员门开合，实现了生产期间强动压扰动期、检修期间弱动压扰动期区别对待。系统可靠性远高于人工登记、人员定位等方法，并且每班减少站岗警戒人员2人，取得了较好的实际应用效果。

图2 智能防冲限员网络监控系统应用图

5 结论

（1）智能防冲限员网络监控系统能够对冲击危险区限员区域进出人员准确统计，现场通过声光信号实时在线警示，并且能够在人员超员时，准确动作，关闭栅栏门，实现人员与冲击危险区的物理隔离。

（2）智能防冲限员网络监控系统通过环网，能够实现地面计算机远程监控，保证了冲击危险区不同时段不同限员人数的落实，并且能够在突发情况及时打开栅栏门。

（3）智能防冲限员网络监控系统主系统采用网关服务器，设备稳定可靠，还可以远程网络监控。