信息化礦燈及調度管理系統在煤礦中的應用

張　玉

（山西晉煤集團金鼎公司，山西晉城048006）

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信息化礦燈及調度管理系統在煤礦中的應用

張玉

（山西晉煤集團金鼎公司，山西晉城048006）

摘要:針對舊式酸性蓄電池礦燈照明時間短，重量大，燈泡易壞，防爆性能低等問題，設計了一款本質安全型信息化礦燈，并將無線通信、緊急呼叫、語音調度、短信調度、拍照上傳、人員定位等現代最新的通信技術和信息化技術與礦燈結合在一起，基于GIS的人員管理和應急指揮系統軟件，構成調度管理系統，進一步提高了礦山安全裝備和防災應急水平。

關鍵詞：信息化礦燈；本質安全型；調度管理系統

礦山安全取決于管理和技術手段，如何把“六大安全避險系統”中的人員定位、通信聯絡有效組織結合起來，當預警發出后，能立刻把調度的撤離疏散指令通知到每一個井下工作人員，最大限度地減少人員傷亡，是我們一直在探索和努力要做到的事情[1]。

礦燈是下井人員必須佩戴的照明器具，和下井人員的人身安全密不可分，而無線通信、人員定位、語音、圖像數據傳輸的相關技術已經在煤礦井下應用多年，也是建立信息化礦井不可或缺的技術手段。煤礦多年應用的無線通信、人員定位、語音、圖像數據傳輸的相關技術已經是非常完善、可靠的礦井信息化技術平臺[2]。

如果把無線通信、緊急呼叫、語音調度、短信調度、拍照上傳、人員定位等現代最新的通信技術和信息化技術與每個礦工必須攜帶的礦燈結合在一起，設計一款本質安全型的信息化礦燈，將會完美地解決緊急時刻不能把調度指令快捷地下達給每一個井下工作人員的問題，以最大限度地保障井下工作人員的人身安全。

1　信息化礦燈及調度管理系統

本系統是以信息化礦燈為載體，實現了下井人員的井下照明、人員定位、調度語音指揮、調度短信調度，井下人員緊急報警呼叫調度、拍照上傳調度等應急調度功能。尤其是把六大系統（監測監控、人員定位、壓風自救、供水施救、通信聯絡和緊急避險系統）中的“人員定位”和“通信聯絡”無縫融合，從而實現當預警發出后，能立刻把調度的撤離疏散指令或其他應急響應指令通知到每一個井下工作人員，最大限度地減少人員傷亡，在緊急時刻發揮最大作用。

圖1為系統結構圖，主要由以下三個部分組成：本質安全型信息礦燈、本安型無線基站、基于GIS的人員定位和應急指揮系統軟件（以下簡稱系統軟件）、隔爆兼本安型直流穩壓電源、服務器和PC機等。

圖1　系統結構圖

1.2本質安全型信息礦燈

在我國，礦燈一直是作為一種特殊防爆型式的產品存在的,這類礦燈達不到本質安全型的要求，存在失爆的隱患。本系統中的本安型信息礦燈屬于Ia級安全級別的設備，能夠在任何場所安全使用[3]。圖2為信息化礦燈電氣原理框圖。

圖2　信息化礦燈電氣原理框圖

本安型信息化礦燈由燈頭、線纜和電池盒構成。燈頭內設有LED主、輔光源，可固定在礦用安全帽上，照射角度120°，大于傳統礦燈的80°。電池盒主要由本安錳酸鋰離子電池、RFID模塊、WIFI通信模塊、液晶顯示屏、按鍵、麥克、喇叭、攝像頭等部件構成，蓄電池與其它部件分腔放置，其它部件由錳酸鋰離子電池供電，通過通訊板控制供電。

礦燈電池盒上蓋上面板有液晶顯示屏和4個按鍵，4個按鍵分別為：向上鍵、向下鍵、對講鍵和拍照鍵；側面板有2個按鍵，分別為開關機鍵和復位鍵。開關機鍵用于打開或關閉通訊卡電源，復位鍵可以實現快速關機。USB通信接口用于實現與其他電子產品或PC機的USB有線通訊，以便實現數據的移動、存儲和相關程序的下載升級。

對麥克進行了防護處理，講話時，把防護罩打開，講完話再蓋上。對照相機的攝像頭進行了散光和和聚光處理，保證在井下照相時，不會出現白光。

礦燈能夠接收礦用本安型無線基站發送的不超過30個漢字的文字短信，文字在黑暗環境中0.5 m處清晰可見，可按“向上”或“向下”鍵查看接收到的信息。能夠接收礦用本安型無線基站發送來的不超過128 K大小的音頻文件，接收完畢后自動播放，播放音頻時距離礦燈1 m處的聲級強度應不小于70 dB（A）。

按電池盒蓋上任意鍵點亮屏幕，按住“對講”鍵，當聽見“滴”的一聲表示開始錄音，對著麥克講話，礦燈將會進行錄音，松開“對講”鍵表示錄音結束，錄音完畢后通過礦用本安型無線基站將信息發送到調度主機。

圖3為信息化礦燈結構示意圖。礦燈有手動拍照和接受指令拍照兩種模式。手動拍照：按任意鍵點亮屏幕，長按“拍照”鍵輔助照明燈亮起，之后伴隨照相“咔嚓”聲表示拍照完成，所拍圖像自動通過礦用本安型無線基站發送到調度主機。接受指令拍照：接受礦用本安型無線基站發送來的拍照指令，輔助照明燈亮，進行拍照，并自動將拍攝的圖片通過礦用本安型無線基站發送到調度主機。

圖3　信息化礦燈結構示意圖

為節省電量，開機后只允許累計拍照20張、累計播放語音文件10 min、累計錄音2 min。

信息化礦燈的具體技術參數如表1、2、3所示。

表1　礦燈主要技術參數

表2　標識卡主要技術參數

表3　通訊卡主要技術參數

1.3本安型無線基站

無線基站內置雙頻WIFI模塊、RFID讀卡模塊、工業交換機模塊，在井下變電所、膠帶機頭、車場、避險場所、工作面、大巷等安裝。基站最多可以布置4根定向天線指向4個不同的方向，這樣可以解決拐彎或三叉口無線信號無法覆蓋的問題。無線基站通過帶后備電源的隔爆兼本安型直流穩壓電源供電。無線基站之間通過光纜連接構成冗余環網，也可以接入礦上已安裝的工業以太網上。無線基站內置雙頻WIFI模塊、RFID讀卡模塊、工業交換機模塊，可以與礦燈等無線終端進行WIFI通信和RFID讀卡定位。本質安全型信息礦燈通過本安型無線基站實現與地面人員管理與應急指揮系統通信，實現人員定位和應急語音及短信指揮。

1.4系統軟件

地面基于GIS的人員管理和應急指揮系統軟件，綜合了RFID區域快速定位和WIFI輔助實時定位算法，可實現了人員的精確定位。系統可以在電子地圖上顯示下井人員某一時刻所處的位置以及某一時段內的活動蹤跡，從屏幕上監測整個采區或礦區范圍內井下人員實時分布情況，通過數據分析，根據需要迅速進行人員的合理調度，實現井下有限資源的優化配置。也可以對礦工個人基本情況進行設置和查詢；對下井人員的下井次數、井下停留時間等信息進行分類統計，進行考勤查詢。系統還可以進行相關中長期數據儲存和有關報表的打印輸出，為人員出勤和人事管理考核提供依據。

1.5隔爆兼本安型直流穩壓電源

隔爆兼本安型直流穩壓電源為無線基站進行供電，具體參數如表4所示。

表4　主要技術參數

2　本系統主要功能

調度管理系統主要功能如表5所示。

表5　調度管理系統主要功能

3　應用實效

目前，該系統已經在晉煤集團寺河礦二號井進行工業性試驗。通過該設備的應用，使得煤礦下井人員的管理控制更加直觀快捷，大大提高了管理水平和生產效率，節約了人力資源，減少了經濟投入，節約了成本，提高了經濟效益，同時充分發揮系統的安全保障作用，減少人身傷害，具有巨大的社會效益。

參考文獻：

[1]臧財運.新型多功能礦燈的探討[J].煤礦機電，2003（5）：64- 66.

[2]沈娟，劉水英.礦燈管理信息系統研究與應用[J].煤炭科技，2007（4）：37- 38.

[3]公文禮.本安型信息礦燈的研制與應用[J].電氣防爆，2014（4）: 37- 40.

（編輯：劉新光）

Application of Information Miner’s Lamp and Operation Management System in Mines

ZHANG Yu
(Jinding Co., Ltd., Shanxi Jincheng Coal Group, Jincheng 048006, China)

Abstract:An intrinsically safe information miner's lamp is proposed to solve the problems of acid battery miner's lamp, including short illumination time, heaviness, perishable bulbs, and poor explosion- proof performance. The new technology combines miner's lamp with advanced information and communication technology, such as wireless communication, emergency call, voice dispatching, SMS dispatching, photouploading, and personnel positioning. An operation management system is based on GIS personnel management software and emergency command system, which further improves the safety equipment and disaster prevention ofmines.

Keywords:information miner's lamp; intrinsicallysafe; operation management system

作者簡介：張玉（1983-），女，山西陵川人，碩士，助理工程師，從事煤機模式識別與智能系統研究與應用工作。

收稿日期：2015- 09- 30

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.002

文章編號：1672- 5050（2016）01- 0005- 04

中圖分類號：TD621

文獻標識碼：B