煤礦井掘進工作面移動設備人員接近監測系統分析

曹豪

【摘要】? ? 煤礦井掘進過程中涉及諸多設備，包括連采機、梭力、錨桿機等，在應用中也呈現出復雜性。并且煤礦井掘進工作面環境復雜，條件惡劣，在操作中具有極大的工作盲區，如果稍有不慎勢必發生嚴重安全事故。據此，應用移動設備人員接近監測系統，將借助技術優勢規避安全風險，通過系統探測達到安全控制的目的。該監測系統主要基于超寬帶技術，將機載部分設置于移動設備機身，并設置一定的距離控制參數，規劃為安全區域、報警區域、停機區域等，以實現具體的結構劃分。在人員控制上則將終端部分集成于礦燈之上，通過位置感知探測技術，從而完成相應的控制操作，確保井下工作人員的安全。

【關鍵詞】? ? 煤礦井掘進工作面? ? 移動設備? ? 人員接近監測系統

引言：

縱觀現代信息技術的快速發展，為保障煤礦開采等高危行業的作業安全，越來越多的新興技術被開發應用。尤其是面對掘進工作面復雜的條件和工況，更需要依賴于全新的安全防護技術。目前，主要應用超寬帶技術對井下作業人員進行定位，立足于進上綜合控制與井下終端布局，構成全面覆蓋的安全防護網絡，利用信息通訊與信號控制，實現對移動設備的自動化感應啟停。

一、人員接近監測系統構成及原理

1.1 系統構成

為適應煤礦井掘進工作面的需求，在大量的移動設備運行過程中，人員接近系統發揮著重要的作用。系統主要由機械部分及人員終端部分所構成，兩種設備之間的銜接依賴電磁波實現通信與定位。機載部分供電以127 V交流電或24 V直流電為主，其中又包含眾多的探測器、主控器、顯示終端及報警器等，各設備之間利用通信電纜進行連接。其中的主控器與電控箱連接，并發揮取電及停機控制功能，人員終端供電則由充電鋰電池組成。

1.2 系統工作原理

針對煤礦井掘進工作面安全控制要求，該系統主要應用于各類移動設備中。其工作原理主要為，通過控制系統設置相應的參數，將危險系數進行分級處理，即安全區域、報警區域、停機區域等，在各區域所覆蓋的范圍內，人員位置由便攜式頭燈進行信息交互，兩種設備之間通過電磁波進行通信，主要是利用電磁波發射至接收時間，以及光速的乘積精確計算距離，并利用系統軟件對所收集的信息進行處理，從而最終確定人員終端的位置，以此獲得相應的管理坐標（如圖1）。一旦當人員移動至所區分的區域內時，將觸發相應的控制功能，以提醒人員注意安全，如果進入兇險區域時，則系統將自動控制斷電，使設備停止作業以防止人員受傷。

二、人員接近監測系統應用方案

2.1 連采機應用方案

1.區域劃分。在實際的系統布設中，應重點依據井下掘進作業面的現場條件，對各個區域進行科學細致劃分，以確保監測系統作用區域的有效性，達到全面覆蓋的要求。

2.設備布置與連線。依據井下掘進作業面的劃分，合理設置各設備位置，確保在作業區域內無盲區、全覆蓋，并使設備處于長期安全運行狀態。針對各個設備位置的安裝，應契合其功能特點，如顯示終端應安裝于駕駛室，控制器則應安裝于平臺下方，以避免外部對設備的影響和破壞，并且能夠實現全域的有效覆蓋。

3.供電與邏輯控制?；趯嵉乜疾旆治龅那闆r下，對設備的各單元進行測試，對連采機接近監測系統的邏輯單元、供電單元等進行配置和測試。1）取電電氣連接，127v交流電瓦斯斷電儀;2）停機電氣連接，設置瓦斯斷電儀啟動回路;3）停機邏輯控制，監測系統在煤礦井下掘進工作面應用中，停機邏輯屬于重要控制節點，系統一旦監測危險區域或者非設備操作人員處于制作危險區域時，系統將實施監測預警，控制器將啟動設備回路，從而實現設備的控制;4）語音報警器控制，當操作區域無需報警時，系統的監測控制處于斷開狀態，若制作區域需要報警時，系統監測控制器開關處于閉合狀態，語音報警器將播放“設備運轉、請勿靠近”的語音提示。

2.2 梭車應用方案

1.區域劃分。根據煤礦井掘進工作面移動設備的特點，針對梭車操作的具體要求確定區域劃分狀態，從而滿足安全操作的要求。

2.設備布置與連線。監測系統應用于梭車設備時，需要將無線探測信號進行劃分，并遵循信號全覆蓋、設備不易受損、探測無盲區等原則。1）設備安裝位置，其顯示部分應安裝于駕駛室內，外部探測設備則應安裝在具有一定保護功能的區域，確保在設備移動運行中不受影響，同時能夠有效的發射和回饋信號;2）設備連接，主要由車載通信電纜進行信號交互，對于裸露的線路應實施保護，避免在運行中受損，保證監測系統應用的有效性。

2.3 錨桿機應用方案

1.區域劃分。在監測系統的應用中，需要綜合考慮錨桿機的工況和特點，應基于現場情況實施監測系統的區域劃分，以保障系統的有效應用。

2.設備布置與連線。監測系統在錨桿機的應用中，同樣遵循信號的全覆蓋、保障設備安全及監測無盲區原則，系統的顯示終端應安裝于操作臺，系統控制器安裝于顯示設備下部，以確保設備在能夠安全有效，避免在運行及撞擊中失效，影響設備的功能。設備連線是以車載設備為基礎，利用礦用通信電纜進行設備連接，并對相關線路進行保護。

3.供電邏輯控制。結合錨桿機作業的實際特點，在供電邏輯控制方面應做好三個方面。1）取電電器連接，應用127v瓦斯斷電儀;2）停機電氣連接，啟用瓦斯斷電儀回路;③停機邏輯控制，在監測系統應用中，如操作區域存在異常人員移動時，控制器將對周邊探測結果進行分析，即探測到錨桿機周邊存在移動信號，將認定為存在人員危險風險，控制器將啟動設備回路，控制設備將立即采取斷電停機方式，以保證安全。

4.語音報警控制。當操作區域無需報警時，系統的監測控制處于斷開狀態，若制作區域需要報警時，系統監測控制器開關處于閉合狀態，語音報警器將播放“設備運轉、請勿靠近”的語音提示。另外，錨桿機在移動運行過程中，將自動發出“嘀，錨桿機倒車，請工作人員注意” 的語音提示，相關人員也應依據提示的內容，判斷設備的工作狀態，以避免靠近而導致探測系統報警或停機。

三、不同移動設備與人員接近監測系統的關聯

人員接近監測系統的目標在于保證作業安全，而其所涉及的設備也存在較大差異，并通過不同設備的應用構成系統結構。因此，在不同移動設備與人員接近監測中，也應遵循相應的邏輯控制關系，如人員接近不同設備同時覆蓋的區域時，系統應具備一定的判斷能力，對正常作業與非正常作業進行細分，避免操作設備臨近時導致的停機，而影響正常生產效率。比如，當梭車接近連采機進行煤時，連采機司機將處于梭車所規定的停機區域，而相應的梭車司機則也處于連采機的停機區域。此時的兩種設備應進行信息的交互，傳遞和識別相關人員的信息，通過不同設備之間的識別，避免兩種設備受到影響。根據上述控制特點，若將設備設置為A設備和B設備，兩種人員接近系統的邏輯關系如表1所示。

四、監測系統參數配置的設計

監測系統設計屬于頂層結構，針對用戶的需求可進行參數的配置或者系統操作。在人員接近監測系統中，可在顯示界面使用“功能選擇”欄中的“參數配置”圖標，選擇數字“1”按鍵，用戶根據提示輸入登錄密碼（初始密碼），隨后按F1鍵取得配置權限并進入控制界面。

1.顯示器參數配置。依據參數配置的要求，選擇“本機配置”功能菜單，通過對應圖標兩側所顯示的數字按鍵，以進入相應的參數配置菜單。用戶按照需要對新IP值進行配置，并按F1鍵進行切換，以及選擇F2鍵確認。在“本機網關”及“子網掩碼”的配置中，按照同樣的步驟操作。

2.機型配置。在“參數配置”中選擇“6”進入界面選擇，顯示終端將顯示對內在指定路徑下設備信息文化進行自動掃描，并將其結果添加至本界面。在F2鍵操作中顯示出提示對話框，以提醒用戶是否進行修改，在配置完成后再按F1進行確認，同時控制信息將經過后臺發送到主數據控制器，此后系統將依據配置進行執行操作。

3.主控制器配置。在“參數配置”界面選擇“2”，在主控制器界面進行聯機，對各項參數進行分析顯示和配置。若需要對各項配置等進行修改，則用F1鍵進行相應的切換，但包括MAC地址、當前日期、當前時間在內的信息不可修改。而按F2則為確認修改，通過界面設備參數的調整，以使主控制器按照配置執行。

4. 探測器配置。探測器的配置與系統的效果影響顯著，因此在參數的配置中必須依據科學原則，在參數修改中按F2進入修改界面，F1用于選擇選擇和確認，以完成配置操作。

五、結束語

綜上所述，基于超寬帶信號測距技術的應用，為煤礦井掘進工作面人員接近監測提供了重要支撐。該系統具有較大的應用價值，具備反應靈敏、可行性高、功能強大、操作便捷等特點，能夠適應復雜的煤礦井掘進工作面環境，通過利用礦燈雙天線、錨點雙收發器、多錨點多算法定位等創新技術，結合模塊化設計優勢，為井下安全提供了可靠保證。

參? 考? 文? 獻

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