基于超宽带的人员精确定位系统在煤矿中的应用研究

＊崔佳佳 崔中和

（潞安化工集团王庄煤矿 山西 046031）

前言

通常情况下，井下采煤具有较大复杂性以及危险性，因此要想保证采矿工作的顺利进行，必须做好井下开采工作的安全性。其中实时了解井下工作人员的位置，进而可以实现安全调度。通常井下设置UWB精确定位技术，这样可以有效地定位井下人员的准确位置，从而可以有效地管理井下工作人员的安全性，当出现安全事故时可以以最快的速度进行营救。由此可以看出，煤矿井下人员定位系统对于井下安全生产起到非常重要的角色。

1.系统总体架构

通常KJ69J矿用人员管理系统主要包含如下几个方面：第一，地面中心站；第二，传输平台；第三，三维GIS一体化融合软件；第四，传输光缆；第五，WiFi通讯单元；第六，矿用本安型读卡器；第七，矿用隔爆兼本安不间断电源箱等。通过分析井下工作需要在该矿共计设置如下几个主要设备：第一，99台安装矿用本安型读卡器；第二，68台区域读卡器；第三，2878张精确定位识别卡；第四，限员管理屏16块；第五，报警箱16个等在该系统设置有无线WiFi功能，从而极大的满足通讯需要，与此同时能够有效地扩大井下无线网络的覆盖面积。为了能够保证设备的续航能力，在其中设置了备用电池，其可以使用8h以上，进而保证了信号的稳定性。

(1)区域定位方式

①能够实现对采掘工作面的精准定位，在该矿区采掘工作面都设置了精准定位读卡器。

②在八条运输巷道中都设置精准读卡器，这样可以实时查找工作人员的活动轨迹。

③在冲击电压矿井中，设置实时监测动态精准定位设备。

(2)传输方式

以万兆网进行信息的输送，同时在每一个采取选用环网的形式，从而可以有效地保证网络的安全性。设置在运输大巷中的精准定位读卡器可以选用光线进行传输，这样能够大大提高传输效率，进而能够缩短系统的监测的时长。对于采掘工作面顺槽巷道而言，其读卡器为PLC传输形式。与此同时，可以采用线缆进行接入，这样可以便于维护工作人员开展维护工作。

2.系统硬件组成

(1)地面中心站

对于地面机房而言，通常设置如下几个设备：第一，两台工业计算机；第二，一台GIS服务器；第三，调度室内配置打印机等。该系统可以通过地面中心站进行备份，其保存的时间可以达到1年以上，同时可以对读卡器的故障进行实施检测。

(2)传输平台

该定位系统可以选用环网传输，通常井下矿用本安型读卡器可以借助光缆将其与环网进行连接，再次借助光缆实现向下传输。

(3)读卡器

通常在矿用本安型读卡器中，核心的元器件为微处理器，能够借助通信技术识别定位标示卡中的信号，进而对其进行处理。这样能够准确的识别井下人员的位置信息，以及车辆信息等，并且在读卡器中设置了WiFi通信功能。

(4)不间断电源

其属于直流稳压型的范畴，可以在瓦斯与煤尘爆炸的环境中高效运行。与此同时，可以给矿用本质安全型设备提供电源。同时其设置有如下几个方面的功能：其一，电保护功能；其二，防止过充电；其三，过放电保护。

(5)本安型信息矿灯

将人员标识卡与矿灯安装在一起，这样能够最大限度的降低标识卡换电池的问题，从而不仅能够大大降低维护人员的工作量，而且可以降低不必要的维护成本。

3.软件功能实现

（1）实时监测功能。能够对当下矿井工作人员的数量进行实时监测，与此同时能够有效地检测井下各个单位的人员数量，以及重点检测特殊人员的工作情况。

（2）精确查询功能。可以对井下特殊岗位、部门人员某一时刻所处的位置以及对某一个工作人员所在位置进行精确地定位以及抽查某一个时刻的人员数量。

（3）安全报警功能。主要包括如下几个方面的功能：第一，双向呼叫功能；第二，区域超员报警；第三，工作异常报警；第四，门禁功能；第五，区域人限入报警功能等。

（4）统计考勤功能。能够对任一班次人员进行统计，同时可以单独审核某些特殊的工种与相应的职务。

（5）信息联网功能。该系统可以实现联网操作，主要可以查询如下几个方面的信息：第一，人员信息；第二，区域位置的信息；第三，设备运行状态；第四，报警信息等。

4.主要技术指标

（1）系统所具有的容量。其能够设置512个读卡器，6500个标识卡，同时读卡器可以识别200以上各识别卡。

（2）传输方式。对于系统主干网络可以选用以太环网，对于分站而言可以选用有线与无线相结合的形式。通常对于读卡器与分站点之间设置为有线传输形式，主要包括以太网、RS485、CAN等。

（3）无线传输距离。一般情况下，读卡器与标识卡之间能够实现信息的交互，两者之间距离需要设定在400m以内。

（4）实现精确定位。对于系统辅助大巷而言，通常能够定位30cm范围内的信息。而采煤工作面，其定位精度可以达到1km以内。

（5）传输误码率。应该控制在10-8以内。

（6）对于系统巡检频率而言。该系统巡航频率应该在0.24s-1以内。

（7）对于漏读率而言。该系统漏读率应该在10-4以内。一般可以采用充电电池实现标示卡的充电，一次充满电可以使用30天以上，而电池的使用寿命应该大于一年。

（8）存储时间。该读卡器储存数据的时间应该大于2h。假如初选通讯故障问题时，该读卡器依旧可以保存6000条人员位置信息，等到接通后将上传数据。

5.多系统融合

(1)设备级融合

通常在安全监测系统综合分析站中，设置对应的人员定位系统，这样可以借助原先的通信设备实现信号的传输，不仅可节约过多的资金投入，而且可以实现井下设备的融合。通常可以在人员定位读卡器上面设置WiFi单元、PLC单元。无线通讯单元与精确定位单元共同采用一个天线，可以实现设备高度集成。

(2)系统级融合/

该系统能够实现对系统融合，假如采掘工作面处于气体超标的状态，那么系统将会自发的触发联控，因此标识卡警示灯将会依据相应的条件闪烁，同时应急广播也会报警。

6.防冲限员管理

对于受到冲击低压影响的煤矿而言，往往需要在采煤工作面位置安装高精度的定位系统，同时需要在掘进头200m位置设置相应的限员工作站，同时在该站两侧设置高精度定位读卡器。一般的，需要在采煤工作面前方300m位置设置一个限员设备，一般包括如下几个单元组成：第一，精确定位分站；第二，本安显示牌；第三，通信广播装置等等，其可以实现对工作面人员数量的统计。

7.系统应用效果

经过实践发现该系统运行平稳，处于静态环境下定位系统可以达到30cm。对于采掘工作面而言，其能够实现精确定位与无线WiFi信号全覆盖。对于掘进工作面等相对复杂的工况条件下，其定位精度可以达到1m以内，这样可以实现几个功能：第一，对采掘工作面人员进行限员管理；第二，进行定位考勤；第三，实现人员的统计；第四，精确地查询人员的位置；第五，实现多系统联动工作等，从而可以极大地方便对矿井的管理，优化抗灾的能力，进而可以极大地优化井下安全作业性。

8.结束语

总之，将该系统运用到运输巷道以及采掘工作面实现人员的精确定位，以及设置井下全覆盖的无线WiFi，最大限度的提高了通讯的未定性。将来，不断对该系统进行完善，同时将安全监控、调度信息、通风与排水、车辆管理等融入其中，从而可以实现共享系统数据，进行报警联动等，最大限度的提高井下作业的安全性。