煤矿井掘进工作面移动设备人员接近监测系统分析

曹豪

【摘要】    煤矿井掘进过程中涉及诸多设备，包括连采机、梭力、锚杆机等，在应用中也呈现出复杂性。并且煤矿井掘进工作面环境复杂，条件恶劣，在操作中具有极大的工作盲区，如果稍有不慎势必发生严重安全事故。据此，应用移动设备人员接近监测系统，将借助技术优势规避安全风险，通过系统探测达到安全控制的目的。该监测系统主要基于超宽带技术，将机载部分设置于移动设备机身，并设置一定的距离控制参数，规划为安全区域、报警区域、停机区域等，以实现具体的结构划分。在人员控制上则将终端部分集成于矿灯之上，通过位置感知探测技术，从而完成相应的控制操作，确保井下工作人员的安全。

【关键词】    煤矿井掘进工作面    移动设备    人员接近监测系统

引言：

纵观现代信息技术的快速发展，为保障煤矿开采等高危行业的作业安全，越来越多的新兴技术被开发应用。尤其是面对掘进工作面复杂的条件和工况，更需要依赖于全新的安全防护技术。目前，主要应用超宽带技术对井下作业人员进行定位，立足于进上综合控制与井下终端布局，构成全面覆盖的安全防护网络，利用信息通讯与信号控制，实现对移动设备的自动化感应启停。

一、人员接近监测系统构成及原理

1.1 系统构成

为适应煤矿井掘进工作面的需求，在大量的移动设备运行过程中，人员接近系统发挥着重要的作用。系统主要由机械部分及人员终端部分所构成，两种设备之间的衔接依赖电磁波实现通信与定位。机载部分供电以127 V交流电或24 V直流电为主，其中又包含众多的探测器、主控器、显示终端及报警器等，各设备之间利用通信电缆进行连接。其中的主控器与电控箱连接，并发挥取电及停机控制功能，人员终端供电则由充电锂电池组成。

1.2 系统工作原理

针对煤矿井掘进工作面安全控制要求，该系统主要应用于各类移动设备中。其工作原理主要为，通过控制系统设置相应的参数，将危险系数进行分级处理，即安全区域、报警区域、停机区域等，在各区域所覆盖的范围内，人员位置由便携式头灯进行信息交互，两种设备之间通过电磁波进行通信，主要是利用电磁波发射至接收时间，以及光速的乘积精确计算距离，并利用系统软件对所收集的信息进行处理，从而最终确定人员终端的位置，以此获得相应的管理坐标（如图1）。一旦当人员移动至所区分的区域内时，将触发相应的控制功能，以提醒人员注意安全，如果进入凶险区域时，则系统将自动控制断电，使设备停止作业以防止人员受伤。

二、人员接近监测系统应用方案

2.1 连采机应用方案

1.区域划分。在实际的系统布设中，应重点依据井下掘进作业面的现场条件，对各个区域进行科学细致划分，以确保监测系统作用区域的有效性，达到全面覆盖的要求。

2.设备布置与连线。依据井下掘进作业面的划分，合理设置各设备位置，确保在作业区域内无盲区、全覆盖，并使设备处于长期安全运行状态。针对各个设备位置的安装，应契合其功能特点，如显示终端应安装于驾驶室，控制器则应安装于平台下方，以避免外部对设备的影响和破坏，并且能够实现全域的有效覆盖。

3.供电与逻辑控制。基于实地考察分析的情况下，对设备的各单元进行测试，对连采机接近监测系统的逻辑单元、供电单元等进行配置和测试。1）取电电气连接，127v交流电瓦斯断电仪;2）停机电气连接，设置瓦斯断电仪启动回路;3）停机逻辑控制，监测系统在煤矿井下掘进工作面应用中，停机逻辑属于重要控制节点，系统一旦监测危险区域或者非设备操作人员处于制作危险区域时，系统将实施监测预警，控制器将启动设备回路，从而实现设备的控制;4）语音报警器控制，当操作区域无需报警时，系统的监测控制处于断开状态，若制作区域需要报警时，系统监测控制器开关处于闭合状态，语音报警器将播放“设备运转、请勿靠近”的语音提示。

2.2 梭车应用方案

1.区域划分。根据煤矿井掘进工作面移动设备的特点，针对梭车操作的具体要求确定区域划分状态，从而满足安全操作的要求。

2.设备布置与连线。监测系统应用于梭车设备时，需要将无线探测信号进行划分，并遵循信号全覆盖、设备不易受损、探测无盲区等原则。1）设备安装位置，其显示部分应安装于驾驶室内，外部探测设备则应安装在具有一定保护功能的区域，确保在设备移动运行中不受影响，同时能够有效的发射和回馈信号;2）设备连接，主要由车载通信电缆进行信号交互，对于裸露的线路应实施保护，避免在运行中受损，保证监测系统应用的有效性。

2.3 锚杆机应用方案

1.区域划分。在监测系统的应用中，需要综合考虑锚杆机的工况和特点，应基于现场情况实施监测系统的区域划分，以保障系统的有效应用。

2.设备布置与连线。监测系统在锚杆机的应用中，同样遵循信号的全覆盖、保障设备安全及监测无盲区原则，系统的显示终端应安装于操作台，系统控制器安装于显示设备下部，以确保设备在能够安全有效，避免在运行及撞击中失效，影响设备的功能。设备连线是以车载设备为基础，利用矿用通信电缆进行设备连接，并对相关线路进行保护。

3.供电逻辑控制。结合锚杆机作业的实际特点，在供电逻辑控制方面应做好三个方面。1）取电电器连接，应用127v瓦斯断电仪;2）停机电气连接，启用瓦斯断电仪回路;③停机逻辑控制，在监测系统应用中，如操作区域存在异常人员移动时，控制器将对周边探测结果进行分析，即探测到锚杆机周边存在移动信号，将认定为存在人员危险风险，控制器将啟动设备回路，控制设备将立即采取断电停机方式，以保证安全。

4.语音报警控制。当操作区域无需报警时，系统的监测控制处于断开状态，若制作区域需要报警时，系统监测控制器开关处于闭合状态，语音报警器将播放“设备运转、请勿靠近”的语音提示。另外，锚杆机在移动运行过程中，将自动发出“嘀，锚杆机倒车，请工作人员注意” 的语音提示，相关人员也应依据提示的内容，判断设备的工作状态，以避免靠近而导致探测系统报警或停机。

三、不同移动设备与人员接近监测系统的关联

人员接近监测系统的目标在于保证作业安全，而其所涉及的设备也存在较大差异，并通过不同设备的应用构成系统结构。因此，在不同移动设备与人员接近监测中，也应遵循相应的逻辑控制关系，如人员接近不同设备同时覆盖的区域时，系统应具备一定的判断能力，对正常作业与非正常作业进行细分，避免操作设备临近时导致的停机，而影响正常生产效率。比如，当梭车接近连采机进行煤时，连采机司机将处于梭车所规定的停机区域，而相应的梭车司机则也处于连采机的停机区域。此时的两种设备应进行信息的交互，传递和识别相关人员的信息，通过不同设备之间的识别，避免两种设备受到影响。根据上述控制特点，若将设备设置为A设备和B设备，两种人员接近系统的逻辑关系如表1所示。

四、监测系统参数配置的设计

监测系统设计属于顶层结构，针对用户的需求可进行参数的配置或者系统操作。在人员接近监测系统中，可在显示界面使用“功能选择”栏中的“参数配置”图标，选择数字“1”按键，用户根据提示输入登录密码（初始密码），随后按F1键取得配置权限并进入控制界面。

1.显示器参数配置。依据参数配置的要求，选择“本机配置”功能菜单，通过对应图标两侧所显示的数字按键，以进入相应的参数配置菜单。用户按照需要对新IP值进行配置，并按F1键进行切换，以及选择F2键确认。在“本机网关”及“子网掩码”的配置中，按照同样的步骤操作。

2.机型配置。在“参数配置”中选择“6”进入界面选择，显示终端将显示对内在指定路径下设备信息文化进行自动扫描，并将其结果添加至本界面。在F2键操作中显示出提示对话框，以提醒用户是否进行修改，在配置完成后再按F1进行确认，同时控制信息将经过后台发送到主数据控制器，此后系统将依据配置进行执行操作。

3.主控制器配置。在“参数配置”界面选择“2”，在主控制器界面进行联机，对各项参数进行分析显示和配置。若需要对各项配置等进行修改，则用F1键进行相应的切换，但包括MAC地址、当前日期、当前时间在内的信息不可修改。而按F2则为确认修改，通过界面设备参数的调整，以使主控制器按照配置执行。

4. 探测器配置。探测器的配置与系统的效果影响显著，因此在参数的配置中必须依据科学原则，在参数修改中按F2进入修改界面，F1用于选择选择和确认，以完成配置操作。

五、结束语

综上所述，基于超宽带信号测距技术的应用，为煤矿井掘进工作面人员接近监测提供了重要支撑。该系统具有较大的应用价值，具备反应灵敏、可行性高、功能强大、操作便捷等特点，能够适应复杂的煤矿井掘进工作面环境，通过利用矿灯双天线、锚点双收发器、多锚点多算法定位等创新技术，结合模块化设计优势，为井下安全提供了可靠保证。

参  考  文  献

[1]关丙火.矿井掘进工作面移动设备人员接近监测系统设计与分析[J].建筑工程技术与设计，2018（2）：296-297.

[2]田彦荣，刘怀江，蒋栋，等.单巷長距离综掘工作面供电系统布置优化升级[J].内蒙古煤炭经济，2020（5）：23，25.

[3]汪杰，王春华，李晓华.基于云平台的煤矿设备状态监测系统设计[J].煤矿机械，2020，41（11）：162-165.