无感式井下禁区报警装置探讨及应用

李开达

(潞安化工集团 五阳煤矿，山西 长治 046205)

煤炭是我国主要的矿产资源，对国民经济建设起着至关重要的作用。由于煤矿井下生产环境恶劣，工作风险性高，瓦斯爆炸、岩层坍塌、突水等事故时有发生，所以必须对矿井进行全方位监控，以保障井下工作人员的安全。

井下巷道纵深交错，工作人员流动性较强，监控设备难以实现无死角全覆盖。尤其是开采多年或巷道延伸长的矿井，巷道分支多，用于排水或其他单一功能的专用巷道也多，只在测试相关数据或安全专项检查时才会有人员进入。这些危险区域如果警示力度不够，可能会使进入的人员陷入危险境地。

现有的警示装置有众多不足之处：防护栏可拦截人员进入，但无法警示靠近人员；人员定位系统部署基站可实现误闯者检测及报警，但成本较高；现有的声光报警防爆装置在恶劣环境中使用易出现故障，运输过程中还容易损坏；安排专人进行看守成本高，且实施和管理难度大。针对上述情况，研究了一种无感式井下禁区报警装置。

1 装置结构及运行模式

1) 无感式井下禁区报警装置的内部模块包括电源模块、控制模块、声光报警模块。电源模块用于为各个装置供电。控制模块用于接收检测装置发送的信号并传输至远程终端，同时接收主控装置发送的控制指令以控制声光报警模块运行状态。

声光报警模块采用蜂鸣器和发光二极管实现报警，利用NE555搭建脉冲输出电路，给NE555脉冲不同频率的控制信号，电路就能输出不同频率的电信号，从而实现不同声调的声光报警效果。

2) 运行系统装置包括安装于井下禁区处的检测装置、主控装置、报警装置、远程终端和存储装置；检测装置、报警装置、远程终端和存储装置分别与主控装置连接，见图1。

图1 无感式井下禁区报警装置结构框图

检测装置：检测单元为微波雷达，通过微波雷达不断发射和接收微波无线信号。无人员经过时，无信号反馈，不发送信号；当有人员经过时，接收反馈信号，并发送给主控装置。主控装置采用PLC控制，用于对检测模块采集的数据进行处理，发送给上位机，同时识别上位机发送的指令发送给声光报警模块。报警装置由扬声器、指示灯组成，由主控装置通过声光报警模块进行控制，通过报警声音和灯光闪烁警示经过人员。远程终端主要为地面上位机，内有运行程序软件，同时包含数据库，能够根据接收情况进行运算并发送相应指令至控制装置，同时记录数据以便管理人员查看。存储装置为硬盘录像机，存储周期为1 a，以便管理人员进行数据比对和分析。

无感式井下禁区报警装置的主控装置驱动检测装置实时监测覆盖区域的无线感知信号，传输给主控装置，将其代入数据库中，分析信号的类别；当判定结果为靠近或进入警示区后，主控模块发送开启指令至报警装置，报警装置运行，警示误闯人员；当判定结果为离开警示区或其他类别时，主控模块发送关闭指令至报警装置。主控装置还将判定结果和采集的原始无线感知信号传输至远程终端处，实现远程管理[1]。

2 装置功能及特点

1) 通过无感式井下禁区报警装置能够更好地实现对特定区域的人员检测功能，通过无感知被动的方式对误闯人员进行报警、检测和记录。

根据经过人员的运动速度，分为人员静止站立、人员常规行走和人员慢跑经过三种情形；根据经过人员的数目，分为单人和多人两种情形；根据经过人员同检测单元的距离，由近及远，从0 m开始，每隔0.5 m进行细分。综合上述三种分类，实现单独分类、两两组合以及三种情况组合模式运行。以多种情形，各类形式在上位机上进行调阅和查看。

检测装置检测每种模式下的传输信号并通过主控装置发送给远程终端，远程终端基于现有的射频层析方法对采集的数据构建多信道信号层析成像模型，并将所有的信号分类成靠近警示区、进入警示区、离开警示区和其他类型，以确保每个进入人员的安全。

2) 由于所采用的硬件和软件均基于现有设施，降低了装置的复杂度和技术的实现成本。

利用现有的人员定位系统铺设光纤网，通过远端设备通过光纤转换板，经过光纤传输至环网交换机，用以太环网将信息传输至地面，在防火墙上做地址映射，通过访问映射地址，实现跨网络的数据交互，实现地面远程终端控制、查看相关数据。大大降低了设备投入费用，以较低的成本实现了警示功能。

3) 通过对装置壳体的设置，更好地保护了放置在壳体内的声光报警防爆装置电路。

通过设置滑槽和滑轨，使安装块在安装腔内能够沿着滑槽升降，同时能对安装块进行限位，防止安装块晃动；通过设置安装槽，方便扬声器、指示灯和控制模块的安装[2]。

通过设置壳体，在运输声光报警防爆装置时，能将安装块缩回壳体内，不但方便运输，而且能保护内部电路；在实际使用时，还能通过调节安装块的高度，使其适用于多种工况。壳体机构见图2。

图2 壳体示意

3 应用情况分析

目前该装置在五阳矿井下76.2号专回进行了试用。76.2号专回全长1 800 m，有5个通道与76号胶带运输巷相通，每个通道口布置了1套无感式报警装置，在地面调度室建立了禁区管理上位机系统，所有靠近或进入禁区的人员均能在地面上位机上准确地显示出来，同时通过语音报警对进入人员进行警示，提高了矿井安全性。

4 改进后的效益分析

1) 对闯入特殊区域的人员进行警示、检测和记录，确保了人员的安全，社会效益良好。

2) 该装置的应用，减少了特定区域配置看护人员的数量，预计年节约人工费20万元；基于现有的硬件和软件进行设计，大大减少了资金的投入，每年节约资金投入28万元；报警装置的壳体保护装置，减少了运营维护成本，每年可节约0.6万元，合计可为五阳矿节约50万元左右，创造了一定的经济效益。

3) 该装置运行稳定，模式多样化，适用于用途少、人员进入少、分支多的特定巷道，推广价值较大。

5 结 语

无感式井下禁区报警装置实现了对特定区域的人员检测功能，并且由于所采用的硬件和软件均基于现有的设施，有效地降低了装置的复杂度和技术的实现成本。能够通过无感知被动的方式对误闯人员进行报警，确保零散岗位人员工作安全、可靠，具有很好的安全、经济、技术示范作用，值得大力推广。