本安型信息礦燈在煤礦“三網合一”系統中的應用

鄧金萍

（大同裕隆環保有限責任公司，大同 037024）

“三網合一”智能集成系統包括虹膜考勤系統、礦燈智能充電系統和礦井人員管理系統3 個子系統[1]。該系統以信息礦燈為載體，集虹膜識別技術、鋰電池充電管理技術、煤礦井下人員跟蹤定位技術、無線通信技術、計算機網絡技術以及數據庫技術等于一體，是一種新型計算機綜合管理系統[2-3]。

1 本安型信息礦燈的設計及功能實現

本安型信息礦燈除具有照明功能外，還集多種功能于一身。首先，它可以通過上位機控制中心的系統軟件，利用信息礦燈上的定位芯片，實時獲取井下人員的姓名、人數以及具體位置等信息。其次，礦燈的定位功能可以確保礦工在任何位置都能被追蹤[4-5]。最后，本安型信息礦燈采用本質安全型的鋰電池組作為動力來源，有效降低了使用風險。

1.1 本安型信息礦燈結構特點

1.1.1 產品殼體結構

本安型信息礦燈采用分體式結構設計，包括電池槽組件、燈頭組件以及電纜組件。

1.1.2 電池槽組件

電池槽分為上蓋和下蓋，一般采用ABS 工程塑料注塑工藝制成。零部件應能承受（50±5）℃和（-5±2）℃沖擊能量為7 J 重錘的沖擊試驗，沖擊后不破碎、無裂紋，不可引起可燃氣體起火風險。電池槽組件內部裝有錳酸鋰鋰離子蓄電池和人員定位芯片。鋰電池與電路之間需用隔板隔開，且不應裝在頭燈內。關聯式本安型信息礦燈的通信部分（天線部分除外）應安裝在礦燈蓄電池槽內部，通信部分和蓄電池不能安裝在同一腔體，應有獨立的腔體。非關聯式本安型信息礦燈的通信部分可以通過機械方式安裝在礦燈蓄電池槽的內部或外部。通信部分不應安裝在礦燈燈頭部分。

1.1.3 燈頭組件

本安型信息燈頭外殼應采用耐腐蝕、耐磨損且有足夠強度的材料制成，一般采用聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）或ABS 材料注塑工藝制成，且表面絕緣電阻不大于109Ω。外部裝有聯鎖裝置或特緊固件，防止人員未經許可接觸內部零件。燈頭內設置有光源組件，殼身外有控制開關按鈕。燈頭光源至少兩個光源，且至少有一個是主光源。它的設計應符合《礦燈第1 部分：通用要求》（1162.1—2011）、《礦燈用LED 及LED 光源組技術條件》（MTT 1092—2008）等標準要求。在有效工作時間結束時，燈頭主光源發光強度在正常照射方應發射出最少1 cd 的錐形光。該錐形光垂直向上不小于30°，垂直向下不小于60°，水平方向每邊不小于45°。

1.1.4 電纜組件

電纜組件至少采用三芯電纜，兩根電源線，其他為信號控制線。蓄電池槽蓋的進口處應設有電纜保護套，防止電纜轉動與拔脫的固定裝置，防止發生電纜拔脫、斷線機械變形和接頭松動現象的裝置。

1.2 電路特點

1.2.1 電池本安保護

本安型信息礦燈電池通過電池保護器、本安保護板兩組電路實現三級ia 保護。電池電源采用錳酸鋰電池和兩組本安保護電路，使用彈性硅橡膠澆封于蓄電池槽內實現本安輸出，膠封厚度不低于2 mm。鋰電池灌封膠的主要功能是密封電池，保護電池免受水分、氧氣等外界環境因素影響，起到絕緣和散熱的作用，同時有效緩沖電池受到的外部沖擊振動，提升電池的穩定性和安全性。密封膠還能隔離電池內部的化學反應產物，防止污染外部環境。鋰電池應符合《礦燈用鋰離子蓄電池》（MT/T 1051—2007）中第4.4 條的規定。本安型信息礦燈電池膠封，如圖1 所示。

圖1 本安電池膠封圖

1.2.2 LED 驅動板特點

發光二極管（Light-Emitting Diode，LED）恒流驅動電路模組除了實現照明功能外，還具有礦燈安全管理功能。電路額定電壓不大于5 V，正常使用狀態下電流值不大于1.5 A，光源的額定功率不大于6 W，有效工作時間不短于11 h。內部電路連接和印制線路板的電氣間隙和爬電距離應滿足空氣中電氣間不小于1.6 mm，穿過固體絕緣或涂層下爬電距離不小于0.5 mm。

1.2.3 主要功能

它主要的功能包括7 項，分別為礦燈的主輔燈轉換控制、礦燈的獨立電子編號設置與顯示、礦燈內置電池電量顯示、礦燈使用超時報警及解除功能、時鐘顯示功能、急救報警功能以及人員定位功能。

1.3 功能實現

本安型信息礦燈實現了礦燈、定位卡的二合一，有利于礦燈的信息化。它采用本質安全型結構，安全可靠，具有多重電源電路保護裝置。定位模塊供電直接從礦燈電池內供電，電量充足，為實現高精度提供強有力的保障。它的提示信號可以通過LED 礦燈不停閃爍、光信號或者語音信號方式通知，以提示人員撤離。它還可以設置采用數碼管或液晶顯示的顯示窗口，直觀顯示礦燈電量和定位卡的狀態信息。本安型信息礦燈照明功能連續工作11 h 后，定位卡應能至少繼續工作199 h。

2 本安型信息礦燈在“三網合一”系統中的應用

2.1 在智能充電系統中的實時監測功能

當本安型信息礦燈在充電架上充電時，它可以在充電過程中與智能充電管理系統實時通信，實現對本安電池的充電電流、充電電壓、電池故障、使用壽命以及充電過程中各種狀態的實時在線監測，更加直觀地將本安型信息礦燈的狀態數據反饋給管理人員，及時發現有故障或更換超保或存在安全隱患的信息礦燈，提升煤礦作業的安全性。該系統信息礦燈在充電架的實時狀態顯示，如圖2 所示。

圖2 信息礦燈在充電架實時狀態顯示

2.2 在人員管理系統中的定位管理

煤礦井下人員管理系統作為“三網合一”系統的一個子系統，對礦工的安全監控和應急救援至關重要。本安型礦燈采用定位標識卡的無線調制功能，可以在小型化和便于攜帶的同時實現定位。定位同步數據通信可以為礦工的安全作業提供保障。通過與控制中心的系統平臺軟件相連，本安型信息礦燈可以實時傳遞礦工的位置信息。當發生緊急情況時，救援人員可以根據這些信息迅速找到被困礦工，實時監控礦工的位置，為應急救援提供寶貴的時間，集中管理設備和人員。

2.3 在虹膜識別系統中的實時驗卡功能

為了加強煤礦井下人員管理，實現煤礦井下人員全方位管理，工人入井時必須手持本人的信息礦燈，通過虹膜識別授權和匹配標識卡才能打開閘機通過通道。系統由虹膜閘機考勤系統、閘機、LED 顯示屏以及配套信息礦燈組成，是將虹膜識別、計算機網絡、數據庫等技術集為一體的應用系統。它通過一個虹膜考勤程序和設備連接，完成虹膜注冊和虹膜識別。虹膜考勤軟件負責采集虹膜模板，經過編碼保存到數據庫，在后臺調用虹膜算法進行處理。智能通道閘用于管理人流并規范行人出入。最基本最核心的功能是實現一次只通過一人。LED 顯示屏用于同步顯示虹膜閘機的各種信息，方便管理人員管理出入井人員。系統采用先進的一機多屏顯示技術將虹膜信息同步顯示在虹膜閘機和LED顯示屏上，加強了對人員的考勤管理。系統可以實現答題、考勤、定位于一體的模式，即一答一通過、一考勤一通過、一人一燈一通過，實現精確考勤、嚴格把關、精準定位的功能，達到加強監督、提高生產率的目的。非本人或手執非本人信息礦燈不能打開閘機通道，這種一一對應通過閘機的方式杜絕了代人入井的安全隱患，可最大限度地杜絕冒名頂替他人下井的現象，確保煤礦井下人員數量的準確性。該系統虹膜驗卡通道示意圖，如圖3 所示。

圖3 虹膜驗卡通道

3 結語

本安型信息礦燈在“三網合一”系統中發揮著重要作用，實現了對設備的集中管理，改善了人員定位系統中對入井唯一性的驗證狀況。它不僅實現了井上井下信息的高效傳遞和互聯互動，而且實現了對煤礦下井人員井上井下的全程監控管理。煤礦人員的考勤以3 套系統的綜合記錄為依據，加強了對入井人員的精準管理，可有效杜絕不實入井，實現了對礦燈房礦燈收發的無人化管理、礦燈充電的智能化管理、入井人員考勤的精準管理，實現了全過程、全方位的計算機智能化、信息化管理。這對于保障礦工的安全和提高搶險救災的效率具有重要意義，可為煤礦的安全生產和應急救援提供有力支持。