唐 飛

（云南思茅山水銅業(yè)有限公司，云南普洱 665000）

某礦山井下人員定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究

唐 飛

（云南思茅山水銅業(yè)有限公司，云南普洱 665000）

為了提高礦山企業(yè)安全生產(chǎn)水平，結(jié)合礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)惡劣環(huán)境的特點，探究了基于RFID技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)在某礦山的應(yīng)用，井下人員定位系統(tǒng)的應(yīng)用對創(chuàng)建本質(zhì)安全、高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井具有重要意義，為同類礦山提供一定的參考價值。

礦山；井下人員定位系統(tǒng)；安全生產(chǎn)

礦山行業(yè)是危險性較大的行業(yè)，為了提高礦山企業(yè)安全生產(chǎn)水平，2010年7月，國務(wù)院出臺《國務(wù)院關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》（國發(fā)〔2010〕23號）規(guī)定了煤礦、非煤礦山要制定和實施生產(chǎn)技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)，完善井下人員定位等六大系統(tǒng)。面對國內(nèi)礦山安全生產(chǎn)的要求越來越高，加之井下巷道縱橫交錯，作業(yè)面廣，造成井下人員分布復(fù)雜，通訊不便，特別是在井下發(fā)生火災(zāi)、水災(zāi)、爆炸等事故時，由于不能確切地知道人員位置，而不能制定出切實有效的救援方案，常常造成更多的人員傷亡，可以說，建立可靠的井下人員定位系統(tǒng)，對保障礦山井下人員安全是十分必要的，對改善礦山安全生產(chǎn)水平有著重要的意義。針對礦山井下復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，如何建立科學(xué)實用的井下人員定位系統(tǒng)，成為亟待解決的技術(shù)難題，為此，本文立足某礦山生產(chǎn)實際，探討礦山井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計研究。

1 礦山井下人員定位通信技術(shù)選擇

近些年無線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展很快，相續(xù)出現(xiàn)了藍牙、Home RF、IrDA、ZigBee、RF等技術(shù)［1，2］，為滿足井下人員定位的無線通信的技術(shù)要求，在選擇合適的無線通信技術(shù)時需要考慮多方面因素：

距離：短距離無線技術(shù)覆蓋的距離范圍很大，從幾厘米直到幾十甚至上百米范圍。需要根據(jù)具體距離范圍，確定所選的技術(shù)。

功耗：由于井下環(huán)境特殊，考慮到無線通信的安全性、可靠性、發(fā)射功率與作用距離限制等方面的因素，需要選擇能夠滿足各種技術(shù)指標(biāo)的頻率。

性價比：除滿足數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離等一般要求外，由于便攜式設(shè)備的使用量較大，需要在基本功能滿足要求的基礎(chǔ)上，選擇價格相對低廉、技術(shù)成熟、開發(fā)簡單的技術(shù)［3，4］。

綜合考慮以上因素，本設(shè)計選用基于RF技術(shù)進行開發(fā)的井下人員定位系統(tǒng)，工作示意圖如圖1所示。RF技術(shù)識別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠，RF識別卡具有讀寫能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)，由于無線電波能“掃描”數(shù)據(jù)，RFID掛牌可以做成隱形的，可實現(xiàn)點對多點網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，識別高速運動物體并可同時識別多個射頻標(biāo)簽，操作快捷方便，射頻標(biāo)簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，長距離的識別可達幾十米甚至上百米，且電能充足，工作可靠性高，信號傳送距離遠。

圖1 基于RFID技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)示意圖

2 礦山井下人員定位系統(tǒng)介紹

依據(jù)國家法律法規(guī)規(guī)定，井下當(dāng)班工作人數(shù)超過30人時，必須安裝井下人員定位系統(tǒng)。針對該礦山井下工作人數(shù)的具體情況，選用基于RFID技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)進行井下人員定位。井下人員定位系統(tǒng)是由中心站、傳輸接口、監(jiān)測分站、動態(tài)目標(biāo)識別器、識別卡、電源箱、防爆電纜、接線盒、避雷針和其它必要設(shè)備組成。

1.中心站：中心站硬件要包括傳輸接口、主機、打印機、UPS電源、投影儀或電視墻、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器、防火墻和配套設(shè)備等。中心站均應(yīng)采用當(dāng)值主流技術(shù)的通用產(chǎn)品，并滿足可靠性、開放性和可維護性等要求。

2.位置監(jiān)測分站：通過與各動態(tài)目標(biāo)識別器的有線通訊，實時獲取人員編碼數(shù)據(jù)。

3.識別卡：由下井人員攜帶，保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，當(dāng)進入位置監(jiān)測分站的識別范圍時，將用于人員識別的數(shù)據(jù)發(fā)送給分站。

4.傳輸接口：接收分站發(fā)送的信號，并送主機處理；接收主機信號、并送相應(yīng)分站；控制分站的發(fā)送與接收，多路復(fù)用信號的調(diào)制與解調(diào)，并具有系統(tǒng)自檢等功能。

5.主機：主要用于接收監(jiān)測信號、報警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、控制打印輸出、與管理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接等，并且必須雙機備份。

3 系統(tǒng)主要裝置的布置

3.1 布置原則

1.各個人員出、入井口、重點區(qū)域（采掘工作面、馬頭門、井底車場、炸藥庫等）出、入口、限制區(qū)域（盲巷、采空區(qū)、溜井口等）地點應(yīng)有信號覆蓋，并能滿足監(jiān)測攜卡人員出、入井、重點區(qū)域與限制區(qū)域的要求，平巷距離超過100 m需要布置一個動態(tài)目標(biāo)識別器。

2.主要巷道分叉處設(shè)置識別器，并能滿足監(jiān)測攜卡人員出、入方向的要求。

3.下井人員應(yīng)攜帶識別卡。

4.工作不正常的識別卡嚴(yán)禁使用，卡應(yīng)專人?？?，并配備不少于經(jīng)常下井人員總數(shù)10%的備用卡，識別卡要分職工卡和臨時卡兩種。

5.礦調(diào)度室應(yīng)設(shè)置顯示設(shè)備，顯示井下人員位置等。

6.各個人員出入井口應(yīng)設(shè)置檢測識別卡工作是否正常和唯一監(jiān)測的裝置，并提示攜卡人員及相關(guān)人員。

7.監(jiān)測分站應(yīng)設(shè)置在便于讀卡、觀察、調(diào)試、檢驗、圍巖穩(wěn)定、支護良好、無淋水、無雜物的位置或懸掛在距底板≥300 mm位置。

8.入井電纜的入井口處應(yīng)具有防雷措施，中心站設(shè)備應(yīng)有可靠的接地裝置和防雷裝置。

9.中心站應(yīng)使用錄音電話。

3.2 井下分站和識別卡的布置

根據(jù)金屬礦山作業(yè)的實際情況，下井人員分長期職工和臨時人員兩類。其中長期職工為基本作業(yè)人員，臨時人員包括參觀、學(xué)習(xí)、檢查人員等，為非作業(yè)人員。為了滿足不同人員的下井需求，并針對其不同的人員特征，在卡片分發(fā)上，分職工卡和臨時卡兩類。帶有編號的卡片貼在安全帽上，下井人員必須攜帶安全帽通過監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測，滿足條件后才能進入相關(guān)巷道。

3.2.1 職工卡

職工卡存儲長期職工的信息，操作員可對人員相關(guān)信息進行修改或刪除。信息錄入后編號自動生成，并在數(shù)據(jù)庫中進行相應(yīng)的操作處理。在后臺數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)的選擇查詢。

3.2.2 臨時卡

根據(jù)臨時人員的特點，臨時卡設(shè)計思路略有不同。系統(tǒng)獨立開辟供臨時人員使用的標(biāo)簽，存儲內(nèi)容與長期卡不同。由于臨時卡有信息更快、使用時間段的特點，臨時卡可重復(fù)使用，所以系統(tǒng)設(shè)置了臨時卡的發(fā)放和回收功能。當(dāng)作業(yè)人數(shù)少于30人時，對于井下作業(yè)人員的定位管理主要采用人員出入井信息管理系統(tǒng)，當(dāng)超過30人時，必須進行采取人員的定位系統(tǒng)進行管理。該礦山2000年開始探礦，2004年開始基建，次年投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模為1 500 t／d，礦山下設(shè)有東、西區(qū)，兩個礦域中心距離約500 m，目前在生產(chǎn)的各個井下當(dāng)班工作人員總數(shù)統(tǒng)計見表1。

表1 在產(chǎn)井下當(dāng)班工作人員總數(shù)統(tǒng)計表

由表1可以看出，只有主斜井當(dāng)班下井人數(shù)達到了30人以上，必須進行人員定位系統(tǒng)的安裝。主SJ1、主SJ2由于跟主斜井同時服務(wù)于1108至1048分段，因此也要進行人員定位系統(tǒng)的布置。斜井、主SJ1、主SJ2目前服務(wù)分段1118、1108、1095、1082、1068分段，五個分段井下人員定位點具體布置如圖2～圖6所示。

圖2 1118分段人員定位點布置

1118分段共布置11個動態(tài)目標(biāo)識別器、2個監(jiān)控分站，基本上是平均每個分站負責(zé)6個識別器采集的信息，并且實時將所收集的信息傳至地表總站。

圖3 1108分段人員定位點布置

1108分段布置24個目標(biāo)識別器、3個監(jiān)控分站，基本上是平均每個分站負責(zé)8個識別器采集的信息。

圖4 1095分段人員定位點布置

1095分段布置22個目標(biāo)識別器，3個監(jiān)控分站，基本上是平均每個分站負責(zé)7個識別器采集的信息。

圖5 1082分段人員定位點布置

1082分段布置15個目標(biāo)識別器，2個監(jiān)控分站，基本上是平均每個分站負責(zé)7個識別器采集的信息。

圖6 1068分段人員定位點布置

1068分段布置12個目標(biāo)識別器，2個監(jiān)控分站，基本上是平均每個分站負責(zé)6個識別器采集的信息。

3.3 井上主機站的布置

井上監(jiān)控中心的監(jiān)控主機是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，負責(zé)對整個系統(tǒng)進行管理。監(jiān)控主機通過CAN網(wǎng)絡(luò)適配器與系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點通信，同時通過中繼器與其它遠程系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點或礦井監(jiān)控系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)信息共享。除了與系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點通信之外，監(jiān)控主機可以通過局域網(wǎng)與工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)礦井現(xiàn)場的遠程瀏覽。

因此，監(jiān)控主機的工作穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。另外，由于礦井所處的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，對于監(jiān)控主機的抗干擾能力要求較高，所以，系統(tǒng)必須選用穩(wěn)定性能好、工作可靠、配置高的工業(yè)控制計算機作為監(jiān)控主機。

4 人員定位系統(tǒng)管理維護

4.1 使用與維護

為了有效管理和使用人員定位系統(tǒng)，充分發(fā)揮其在礦井安全生產(chǎn)動態(tài)管理過程中可靠的安全保障功能，創(chuàng)建本質(zhì)安全型高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井，在生產(chǎn)過程必須依據(jù)以下要求管理人員定位系統(tǒng)。

1.必須加強人員定位系統(tǒng)管理，明確分管領(lǐng)導(dǎo)和科室，充分保證系統(tǒng)運行使用、維護。制定相應(yīng)的崗位責(zé)任制、操作規(guī)程，確保系統(tǒng)安全、可靠、正常運行。

2.所有下井人員必須攜帶識別卡，嚴(yán)禁一人攜帶多卡入井。

3.攜帶識別卡下井人員通過井口專用檢卡設(shè)備時要檢查識別卡是否正常，如發(fā)現(xiàn)電量不足，卡號錯誤，信息不全時要及時與維護人員聯(lián)系，換識別卡或更換識別卡電池，并能在換卡的同時進行信息關(guān)聯(lián)。

4.井下工作人員嚴(yán)禁更換、隨意拆卸識別卡，若有問題，及時與維護人員聯(lián)系更換識別卡。

5.井口檢身人員，必須對下井人員是否攜帶識別卡進行檢查。

6.任何人未經(jīng)安檢、通風(fēng)部門同意，不得拆卸或監(jiān)測識別卡。

7.調(diào)度員負責(zé)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備的運轉(zhuǎn)和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，核實和匯總?cè)藛T跟蹤監(jiān)測信息，對信息出現(xiàn)異?；蛟O(shè)備報警時，立即通知維護人員，并做好中心站運行日志，相關(guān)人員查明原因后向有關(guān)負責(zé)人匯報。

8.井下人員的工作單位（崗位）如有變動，所在單位及時通知調(diào)度室和系統(tǒng)部門，專業(yè)維護人員24 h內(nèi)將識別卡信息調(diào)整，并錄入相關(guān)人員的信息。

9.專業(yè)維護人員要及時維修更換有問題的識別卡，不得因識別卡問題影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

10.各分站電源由供電區(qū)隊負責(zé)，嚴(yán)禁長時間停電，如有開關(guān)跳閘，應(yīng)及時恢復(fù)停電。

11.分站和讀卡器嚴(yán)禁隨意移動、搬遷，影響巷道施工時，必須經(jīng)機電部門及維護人員同意，并得到調(diào)度室同意后方可作業(yè)。

4.2 系統(tǒng)運行管理

1.礦山應(yīng)配備滿足人員定位系統(tǒng)使用工作需要的操作、維護人員。操作、維護人員應(yīng)了解系統(tǒng)的基本原理并能熟練地操作使用系統(tǒng)，具有一定學(xué)歷和2 a以上現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，經(jīng)過培訓(xùn)考核合格，方能持證上崗。

2.設(shè)備管理中心和安全監(jiān)察部負責(zé)礦山人員定位系統(tǒng)運行情況的監(jiān)督檢查工作。礦山必須將人員定位系統(tǒng)運行情況納入安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的檢查驗收范圍，加強日常監(jiān)督檢查；必須編制人員定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)急處置預(yù)案，每年按應(yīng)急處置預(yù)案進行一次預(yù)演。

3.礦山調(diào)度室負責(zé)系統(tǒng)日常使用維護管理。實行每天24 h值班，值班員應(yīng)認真監(jiān)視監(jiān)視器所顯示的各種信息，詳細記錄系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)，填寫運行日志，打印監(jiān)測日（班）報表，報礦長和有關(guān)負責(zé)人審閱。

4.接到系統(tǒng)報警后，值班員應(yīng)立即通知生產(chǎn)調(diào)度及值班領(lǐng)導(dǎo)，生產(chǎn)調(diào)度及值班領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)立即采取措施，處理結(jié)果應(yīng)記錄備案。

5.礦山各級管理人員必須經(jīng)常通過人員定位系統(tǒng)終端了解礦井生產(chǎn)人員組織等相關(guān)情況，分析、研究系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)，掌握設(shè)備運行情況及入井人員活動規(guī)律，以提高安全生產(chǎn)科學(xué)管理決策和突發(fā)事件應(yīng)急指揮能力。

6.要建立人員定位系統(tǒng)技術(shù)資料管理與使用制度，技術(shù)資料要定期保存。按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的要求和有關(guān)規(guī)定建立健全以下帳卡和報表：（1）設(shè)備、儀表臺賬；（2）設(shè)備故障登記表；（3）檢修記錄；（4）巡檢記錄；（5）中心站運行日志；（6）監(jiān)測日（班）報表；（7）設(shè)備使用情況月報表。

7.礦山應(yīng)繪制人員定位設(shè)備布置圖，圖上標(biāo)明分站、電源、中心站等設(shè)備的位置、接線、傳輸電纜、供電電纜等，根據(jù)實際布置及時修改，并報礦技術(shù)負責(zé)人審批。

8.中心站應(yīng)每3個月對數(shù)據(jù)進行備份，備份數(shù)據(jù)應(yīng)保存6個月以上；圖紙、技術(shù)資料應(yīng)歸檔保存。

5 結(jié) 論

1.依據(jù)井下生產(chǎn)系統(tǒng)惡劣環(huán)境的特點，選取井下人員定位系統(tǒng)的無線通信技術(shù)。

2.在對該礦山井下工作人員分布狀態(tài)了解的基礎(chǔ)上，對井下人員定位系統(tǒng)的井下分站、識別卡、系統(tǒng)主機站進行布設(shè)。

3.為保障井下人員定位系統(tǒng)正常運行，充分發(fā)揮其在礦井安全生產(chǎn)動態(tài)管理過程中的安全保障功能，制定相關(guān)管理及維護措施。

［1］ 王雪莉，盧才武，顧清華.無線定位技術(shù)及其在地下礦山中的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2009（394）：121－124.

［2］ 賈智平，靳松魁.礦山井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.長沙：湖南大學(xué)，2009.

［3］ 阮德修，胡建華，周科平.某礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究［A］.阮德修，胡建華，周科平.采礦科學(xué)技術(shù)前沿論壇論文集［C］.長沙：中南大學(xué)，2011.1－4.

［4］ 盛占石，陳亞平，董國貴.基于Zigbee和CAN技術(shù)的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)［J］.金屬礦山，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

唐飛（1974－），男，工程師，主要從事采礦技術(shù)研究。