基于智能傳感技術的人員安全感知與定位技術研究

李月月 王春森

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，煤礦機械化、自動化技術水平得到顯著提升，智能傳感技術在礦井的應用日趨廣泛，基于此，筆者以巴彥高勒礦為背景，對低頻接近感知的智能工作面人員安全感知與定位系統以及電液控制系統進行分析，結果表明：該技術在近距離范位內精度較高，在支架金屬半包裹環境中可正常工作，系統達到人員安全感知與定位的目的。最后并從經濟、社會等方面分析了該項技術對礦井的具體益處。

關鍵詞：智能傳感技術；綜采工作面；定位技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.104

當前煤礦井下越來越多自動化設備投入使用，如何為自動化采煤工作面操作人員提供安全保障成為迫切需要研究的課題，眾多學者開展了廣泛的研究，并取得了豐碩成果[1-3]。采煤工作面易發生采煤機、支架、轉載機、破碎機設備的傷人事故，要想避免上述事故發生首先需要部署安全感知器件，對人員、設備的未知位置、運行狀態進行監控。本項目主要研究智能傳感技術的人員安全感知與定位相關方法、技術及其在煤礦采掘工作面的應用，研制工作面安全感知與定位技術，保護人員的安全對于煤礦綜采工作面的安全運行具有重要意義。通過人員感知裝置實現工作面人員定位，控制系統根據人員精確位置數據閉鎖人員所在支架，從而實現人員安全保護，避免傷人事故發生。

1 試驗地點基本概況

巴彥高勒礦井是內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司下屬特大型煤礦，煤層甲烷含量在0.00～0.13ml/g之間，沖擊地壓嚴重。自2012年投產以來，開采的綜采工作面有311101、311201和311306，三個工作面分別位于巴彥高勒煤礦11盤區、12盤區、13盤區，均為實炭區，屬于厚煤層開采，煤厚在5.0～5.8米之間，煤層傾角在0～3°之間，工作面長度260米左右，推采長度約2550米。

2 試驗主要內容

2.1 主要研究內容

根據綜采工作面支架環境特征，選擇并設計適合金屬半包裹環境的人員接近感知方法及其實現系統。該系統在工作面支架上部署一定數量的定位傳感器，工作人員攜帶定位標簽進入工作面。定位傳感器定期通過其低頻天線發送定位幀，當人員進入特定傳感器作用范圍時，其攜帶標簽收到該數據，然后該標簽與基站通過射頻通信建立連接完成定位，系統將該定位數據通知電控系統實現特定支架閉鎖。

2.2 關鍵技術及創新點

針對工作面的復雜條件，主要研究了綜采工作面人員安全感知與定位關鍵技術，取得了以下成果：

（1）將低頻通信技術引入綜采工作面人員定位系統，利用其極強的穿透性和優良的RSSI與距離相關性，實現工作面人員感知定位，并實現亞米級定位精度；（2）基站采用同步技術，保證鄰近的幾個基站定位數據幀發送時間不會重合，從而實現基站的密集分布，保證定位精度；（3）用于距離計算的RSSI信息通過XYZ三個方向分量的電磁場計算所得，避免由于標簽不同姿態產生的誤差；（4）定位感知系統與電液控制系統相兼容，基站可通過控制器連接到電控系統，實現電控系統人員感知與自動閉鎖。

整套系統在內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司巴彥高勒煤礦已完成井下工業性試驗，現拓展應用于巴彥高勒煤礦在采工作面。試驗結果表明智能化的低頻定位技術在近距離范位內精度較高，在支架金屬半包裹環境該技術可正常工作，定位精度滿足1個支架的要求，該技術適用于井下采煤工作面應用。系統達到人員安全感知與定位的目的。

3 經濟效益

3.1 直接經濟效益

經過井下現場調試和運行，礦用感知傳感器、人員定位標識卡工作穩定，實現了人員感知定位的目標。通過該項目的實施，綜采工作面實現操作人員的自動感知與定位，對于一般工作面來說，系統可以避免由于誤操作帶來的傷人事故；對于自動化工作面來說，操作工人逐步向巡檢、維修人員轉化，在采面設備遠程遙控操作過程中，人員可以根據其權限進入工作面，且保證安全。該技術的應用為無人化采煤方式提供技術支撐，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監控中心，在提高生產作業安全性的同時，也節約了人工的投入，每個生產小班將節省2人，每個原班將節省人工1人，每年可節約人工總費用45萬元。

3.2 間接經濟效益

該項目成果的應用，可有效解決綜采工作面人員安全感知與精確定位問題，有效的減少采煤過程中的傷人事故發生和維修時間，增加每個工作日的工作時間，同時可減小綜采工作面工人的作業強度，降低作業的危險系數，經濟安全效益顯著。

3.3 社會效益分析

通過該項目的實施，取得了以下社會效益：

（1）將綜采工作面人員位置由原來的視覺、對話確定改進為自動識別，大大提高識別的準確性和自動化程度，結合電液控制系統自動實現所在支架閉鎖。提高了工人的安全系數，提升了礦井的安全級別。（2）該技術的應用可以保證工作面人員安全的前提下，大幅提高工作面推進速度，提高開采效率，增加礦井單位時間的產量。（3）該技術的實現為無人化開采技術提供了重要的技術支撐。

綜采工作面人員安全感知與定位技術包括低頻信號識別感知，高頻信號通信等相關技術，實現了綜采工作面操作人員的安全感知與自動定位，在工作面推進過程中一系列感知傳感器不停的監控進入工作面的人員識別標簽，對于識別到的操作人員自動閉鎖所在支架，保證該支架不會發生動作，避免因為誤操作或者誤動作導致的傷人事故，在高效采煤的同時，也保證工作面操作人員的人身安全。因此綜采工作面人員安全感知于定位技術具有良好的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]吳嘉林，辛德林，張建平.井工開采技術的創新與發展[J].煤炭工程，2014，46（01）：4-8.

[2]朱世松.煤礦瓦斯監測多傳感器信息融合與知識發現研究[D].中國礦業大學，2013.

[3]蘭天.煤礦智能紅外甲烷傳感系統的設計與實現[D].電子科技大學，2011.

作者簡介：李月月（1990-），男，山東聊城人，本科，助理工程師，綜采工區副區長，從事采煤工作。