人员精确定位系统在济宁三号煤矿应用与研究

陈兴明

（兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿，山东 济宁272000）

0 引 言

煤矿开采工作主要由井下工人完成，有一定的危险性，人员安全是煤矿安全生产的重要组成部分,而实时了解和掌握井下人员的精确位置信息是人员调度和安全管理的重要内容。通过采用最先进的UWB 精确定位技术，实现井下人员的准确定位,对提高井下人员的安全管理、减少事故的发生、加快事故后人员搜救速度等方面具有重要意义。因此,煤矿井下人员精确定位系统在煤矿安全生产中扮演着越来越重要的角色。

1 系统总体架构

KJ69J 矿用人员管理系统，主要包括地面中心站、三维GIS 一体化融合软件、传输平台、矿用本安型读卡器、矿用隔爆兼本安不间断电源箱、精确定位识别卡（含精准定位和区域定位模块）、WIFI 通讯模块、传输光缆、电缆等组成,如图1。济宁三号煤矿根据采掘工作面布置情况和主要运输巷道，共计安装矿用本安型读卡器99 台、区域读卡器68 台、矿用隔爆兼本安不间断电源箱99 台、精确定位识别卡2 878 张、限员管理屏16 块、报警箱16 个等主要设备。人员精确定位系统具有无线Wifi 功能，传输带宽优于现用无线通信，能够满足通讯需求，同时扩大无线覆盖范围将井下主要辅助运输大巷、采掘工作面、变电所、避难硐室等地点全覆盖，设备备用电池不低于8h，保证了设备续航能力，系统信号更加稳定可靠。支持多系统融合，优先实现与安全监控系统、考勤系统、通讯系统、井下应急广播系统、无轨胶轮车调度系统、视频监控系统的融合数据共享、应急联动。

1.1 区域定位方式

1）采掘工作面实现精确定位，目前73 下07 综采工作面、183 下05 综放工作面、183 下03 辅顺、183 下03 胶顺等12 个采掘工作面全部安装精确定位读卡器。

2）井下西部辅运巷、北部辅运巷、东部辅运巷等8 条主要运输巷道全部安装精确定位读卡器，实时查询人员活动轨迹。

3）其他地点进行区域定位布置，主要包含避难硐室、变电所、胶带巷、水仓、回风巷等。

4）冲击地压矿井，根据评价情况实时动态的安装精确定位设备。

1.2 传输方式

利用现有的井下万兆网进行主传输，分采区接入环网，确保网络的稳定性。精确定位读卡器在运输大巷采用光缆传输，提高传输速率，缩短系统巡检周期；采掘工作面顺槽巷道的读卡器采用PLC 传输模式，使用线缆接入，方便日常设备维护。

图1 人员精确定位系统构成示意图

2 系统硬件组成

2.1 地面中心站

地面机房主机选用工业计算机2 台、采用双机热备，GIS 服务器1 台，调度室内配置打印机，可以打印有关报表和资料。系统能够对数据进行实时备份和具备灾难恢复功能，能够备份保存至少1 年历史资料，能实时监测读卡器故障。

2.2 传输平台

矿用人员精确定位系统信息传输平台可采用环网传输，井下矿用本安型读卡器通过光缆或者网线就近接入环网交换机，再通过光缆或者电缆向下传输，矿用本安型读卡器之间通过光缆、网线或者电缆相连。

2.3 读卡器

矿用本安型读卡器是以微处理器为核心的智能化矿用电子设备，结合目前最先进的无线电通信技术，对定位标识卡发出的无线编码信号进行接收处理，可检测出井下人员及机车等动目标的位置、编码等信息，同时读卡器具有WIFI 通信功能。

2.4 不间断电源

矿用隔爆兼本安不间断电源箱是直流稳压电源，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，为矿用本质安全型设备供电。带充电保护功能，防止过充电、过放电。它还提供供电状态输出信号，可监视电源的供电情况。

2.5 本安型信息矿灯

矿灯集成人员精确定位模块，将人员标识卡和矿灯结合在一起，避免了标识卡更换电池带来的维护工作量，减少了系统维护成本；减少了因电池缺电而引起的信息漏读、误读现象，提高了人员管理系统的准确性。

3 软件功能实现

3.1 实时监测功能

实时监测当前井下总人数，实时监测当前井下各区域、各部门、各工种、各职务的井下人数，实时监测当前某些特殊工种或特殊人员下井情况和所处位置。

3.2 精确查询功能

查询任一指定的井下人员或者某部门、职务及工种在当前时刻或者指定时刻所处位置；查询任一指定的井下人员当天或者指定日期的活动踪迹；选定某区域、某分站，可以查询当前时刻或历史时刻处于该位置的人员信息。

3.3 安全报警功能

双向呼叫功能、门禁功能、超时报警功能、区域超员报警、工作异常报警、系统应具有标识卡未登记报警功能、系统应具有区域人限入报警功能。

3.4 统计考勤功能

可以查询统计任一班次及指定时间段各部门下井时间；可单独统计考核某些特殊工种、职务人员的上下井情况。

3.5 信息联网功能

系统软件可为联网上传提供接口数据文本，包括人员信息、区域信息、当前入井人员实时信息、设备运行状态、报警信息等。

4 主要技术指标

1）系统容量。系统可接入矿用本安型读卡器512 台；标识卡不小于65 000 个；读卡器并发接收识别卡数量不小于200。

2）传输方式。系统主干网应采用工业以太环网，分站或基站至主干网之间应采用工业以太网。分站或基站至读卡器应采用有线传输或无线传输，宜采用有线与无线相结合方式。读卡器至分站或基站的有线传输应采用工业以太网、RS 485、CAN 等，无线传输采用5G、UWB、Lora、Zigbee、WiFi 等。

3）无线传输距离。读卡器与标识卡之间无线传输距离不小于400m；读卡器至传输接口之间最大传输距离应不小于10km。

4）定位精度。系统在辅运大巷、回风巷等环境较好的区域定位精度能够达到30cm；采煤工作面及顺槽、掘进工作面定位精度≤1m。

5）系统巡检周期。系统巡检周期≤4s。

6）漏读率。漏读率≤10-4。

7）传输误码率。传输误码率：≤10-8。

8）标识卡电池工作时间。标识卡采用可充电电池，充电后可连续工作30 天以上，可充电电池寿命不低于12 个月，符合AQ6210-2007 标准。

9）存储时间。矿用本安型读卡器存储数据时间不小于2h，通讯故障时，每台矿用本安型读卡器可存储至少6 000 条人员过站的信息，待通讯恢复时再将数据上传。

5 多系统融合

5.1 设备级融合

人员定位系统读卡器可接入矿方在用的安全监测系统综合分站，实现共用信道数据传输，不仅节省线路和设备投资，也实现井下设备级相融合的需求。

人员定位系统读卡器可选配置WIFI 模块、PLC远距离以太网模块。无线通信模块与精确定位功能模块共用天线，实现设备级的紧耦合集成。

5.2 系统级融合

该系统同时支持多系统融合，目前已与济宁三号煤矿现有的安全监控、语音广播等系统融合联动。当采掘工作面出现气体超限及其他紧急情况时，系统自动启动联动模式，作业人员的标示卡警示灯会根据实际情况以不同方式闪烁，并由应急广播发出报警。

6 防冲限员管理

山东省安监局要求省内可能遭受冲击地压影响煤矿必须在采煤工作面及掘进工作面区域建设高精度定位系统，在工作面顺槽前方300m 处或掘进头200m 处建设限员工作站，工作面限员站两顺槽各安装精确定位读卡器，工作面内安装两台读卡器，实现限员区域信号全覆盖，工作站支持文字显示工作面内人员信息，并能够对工作面内工作人员进行限员管理，如超员必须语音报警。

在采煤工作面前方300m 安装1 套限员设备，该设备由精确定位分站、通信广播装置、本安显示牌等设备组成，用以统计工作面内的总人数。

7 系统应用效果

济宁三号煤矿精确定位系统已经连续运行3个月，运行稳定，达到静态定位精度能达到30cm，在采掘工作面、评价为中等及以上冲击危险的巷道实现精确定位+无线WiFi 信号全覆盖，采煤面及顺槽、掘进面等环境复杂场所定位精度达到1m 以内，实现了采掘工作面限员管理、定位考勤、人员统计、人员精确定位查询、多系统融合联动等，增强了矿井管理水平，提升了减灾抗灾能力，提高了安全生产效率。

8 结束语

总体来说，济宁三号煤矿人员精确定位系统实现了主要运输巷道、采掘工作面人员的精确定位，扩展了井下无线Wifi 覆盖范围，提高了井下通信稳定。下一步将继续完善系统GIS 展现功能，将安全监控、应急广播、调度通信、工业视频、供电、排水、通风、压风、车辆管理等统一展示，实现各系统数据共享、数据深度分析、报警联动等功能，为矿井有效调度、应急指挥、科学施救提供数据依据。