本安型信息矿灯在煤矿“三网合一”系统中的应用

邓金萍

（大同裕隆环保有限责任公司，大同 037024）

“三网合一”智能集成系统包括虹膜考勤系统、矿灯智能充电系统和矿井人员管理系统3 个子系统[1]。该系统以信息矿灯为载体，集虹膜识别技术、锂电池充电管理技术、煤矿井下人员跟踪定位技术、无线通信技术、计算机网络技术以及数据库技术等于一体，是一种新型计算机综合管理系统[2-3]。

1 本安型信息矿灯的设计及功能实现

本安型信息矿灯除具有照明功能外，还集多种功能于一身。首先，它可以通过上位机控制中心的系统软件，利用信息矿灯上的定位芯片，实时获取井下人员的姓名、人数以及具体位置等信息。其次，矿灯的定位功能可以确保矿工在任何位置都能被追踪[4-5]。最后，本安型信息矿灯采用本质安全型的锂电池组作为动力来源，有效降低了使用风险。

1.1 本安型信息矿灯结构特点

1.1.1 产品壳体结构

本安型信息矿灯采用分体式结构设计，包括电池槽组件、灯头组件以及电缆组件。

1.1.2 电池槽组件

电池槽分为上盖和下盖，一般采用ABS 工程塑料注塑工艺制成。零部件应能承受（50±5）℃和（-5±2）℃冲击能量为7 J 重锤的冲击试验，冲击后不破碎、无裂纹，不可引起可燃气体起火风险。电池槽组件内部装有锰酸锂锂离子蓄电池和人员定位芯片。锂电池与电路之间需用隔板隔开，且不应装在头灯内。关联式本安型信息矿灯的通信部分（天线部分除外）应安装在矿灯蓄电池槽内部，通信部分和蓄电池不能安装在同一腔体，应有独立的腔体。非关联式本安型信息矿灯的通信部分可以通过机械方式安装在矿灯蓄电池槽的内部或外部。通信部分不应安装在矿灯灯头部分。

1.1.3 灯头组件

本安型信息灯头外壳应采用耐腐蚀、耐磨损且有足够强度的材料制成，一般采用聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）或ABS 材料注塑工艺制成，且表面绝缘电阻不大于109Ω。外部装有联锁装置或特紧固件，防止人员未经许可接触内部零件。灯头内设置有光源组件，壳身外有控制开关按钮。灯头光源至少两个光源，且至少有一个是主光源。它的设计应符合《矿灯第1 部分：通用要求》（1162.1—2011）、《矿灯用LED 及LED 光源组技术条件》（MTT 1092—2008）等标准要求。在有效工作时间结束时，灯头主光源发光强度在正常照射方应发射出最少1 cd 的锥形光。该锥形光垂直向上不小于30°，垂直向下不小于60°，水平方向每边不小于45°。

1.1.4 电缆组件

电缆组件至少采用三芯电缆，两根电源线，其他为信号控制线。蓄电池槽盖的进口处应设有电缆保护套，防止电缆转动与拔脱的固定装置，防止发生电缆拔脱、断线机械变形和接头松动现象的装置。

1.2 电路特点

1.2.1 电池本安保护

本安型信息矿灯电池通过电池保护器、本安保护板两组电路实现三级ia 保护。电池电源采用锰酸锂电池和两组本安保护电路，使用弹性硅橡胶浇封于蓄电池槽内实现本安输出，胶封厚度不低于2 mm。锂电池灌封胶的主要功能是密封电池，保护电池免受水分、氧气等外界环境因素影响，起到绝缘和散热的作用，同时有效缓冲电池受到的外部冲击振动，提升电池的稳定性和安全性。密封胶还能隔离电池内部的化学反应产物，防止污染外部环境。锂电池应符合《矿灯用锂离子蓄电池》（MT/T 1051—2007）中第4.4 条的规定。本安型信息矿灯电池胶封，如图1 所示。

图1 本安电池胶封图

1.2.2 LED 驱动板特点

发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）恒流驱动电路模组除了实现照明功能外，还具有矿灯安全管理功能。电路额定电压不大于5 V，正常使用状态下电流值不大于1.5 A，光源的额定功率不大于6 W，有效工作时间不短于11 h。内部电路连接和印制线路板的电气间隙和爬电距离应满足空气中电气间不小于1.6 mm，穿过固体绝缘或涂层下爬电距离不小于0.5 mm。

1.2.3 主要功能

它主要的功能包括7 项，分别为矿灯的主辅灯转换控制、矿灯的独立电子编号设置与显示、矿灯内置电池电量显示、矿灯使用超时报警及解除功能、时钟显示功能、急救报警功能以及人员定位功能。

1.3 功能实现

本安型信息矿灯实现了矿灯、定位卡的二合一，有利于矿灯的信息化。它采用本质安全型结构，安全可靠，具有多重电源电路保护装置。定位模块供电直接从矿灯电池内供电，电量充足，为实现高精度提供强有力的保障。它的提示信号可以通过LED 矿灯不停闪烁、光信号或者语音信号方式通知，以提示人员撤离。它还可以设置采用数码管或液晶显示的显示窗口，直观显示矿灯电量和定位卡的状态信息。本安型信息矿灯照明功能连续工作11 h 后，定位卡应能至少继续工作199 h。

2 本安型信息矿灯在“三网合一”系统中的应用

2.1 在智能充电系统中的实时监测功能

当本安型信息矿灯在充电架上充电时，它可以在充电过程中与智能充电管理系统实时通信，实现对本安电池的充电电流、充电电压、电池故障、使用寿命以及充电过程中各种状态的实时在线监测，更加直观地将本安型信息矿灯的状态数据反馈给管理人员，及时发现有故障或更换超保或存在安全隐患的信息矿灯，提升煤矿作业的安全性。该系统信息矿灯在充电架的实时状态显示，如图2 所示。

图2 信息矿灯在充电架实时状态显示

2.2 在人员管理系统中的定位管理

煤矿井下人员管理系统作为“三网合一”系统的一个子系统，对矿工的安全监控和应急救援至关重要。本安型矿灯采用定位标识卡的无线调制功能，可以在小型化和便于携带的同时实现定位。定位同步数据通信可以为矿工的安全作业提供保障。通过与控制中心的系统平台软件相连，本安型信息矿灯可以实时传递矿工的位置信息。当发生紧急情况时，救援人员可以根据这些信息迅速找到被困矿工，实时监控矿工的位置，为应急救援提供宝贵的时间，集中管理设备和人员。

2.3 在虹膜识别系统中的实时验卡功能

为了加强煤矿井下人员管理，实现煤矿井下人员全方位管理，工人入井时必须手持本人的信息矿灯，通过虹膜识别授权和匹配标识卡才能打开闸机通过通道。系统由虹膜闸机考勤系统、闸机、LED 显示屏以及配套信息矿灯组成，是将虹膜识别、计算机网络、数据库等技术集为一体的应用系统。它通过一个虹膜考勤程序和设备连接，完成虹膜注册和虹膜识别。虹膜考勤软件负责采集虹膜模板，经过编码保存到数据库，在后台调用虹膜算法进行处理。智能通道闸用于管理人流并规范行人出入。最基本最核心的功能是实现一次只通过一人。LED 显示屏用于同步显示虹膜闸机的各种信息，方便管理人员管理出入井人员。系统采用先进的一机多屏显示技术将虹膜信息同步显示在虹膜闸机和LED显示屏上，加强了对人员的考勤管理。系统可以实现答题、考勤、定位于一体的模式，即一答一通过、一考勤一通过、一人一灯一通过，实现精确考勤、严格把关、精准定位的功能，达到加强监督、提高生产率的目的。非本人或手执非本人信息矿灯不能打开闸机通道，这种一一对应通过闸机的方式杜绝了代人入井的安全隐患，可最大限度地杜绝冒名顶替他人下井的现象，确保煤矿井下人员数量的准确性。该系统虹膜验卡通道示意图，如图3 所示。

图3 虹膜验卡通道

3 结语

本安型信息矿灯在“三网合一”系统中发挥着重要作用，实现了对设备的集中管理，改善了人员定位系统中对入井唯一性的验证状况。它不仅实现了井上井下信息的高效传递和互联互动，而且实现了对煤矿下井人员井上井下的全程监控管理。煤矿人员的考勤以3 套系统的综合记录为依据，加强了对入井人员的精准管理，可有效杜绝不实入井，实现了对矿灯房矿灯收发的无人化管理、矿灯充电的智能化管理、入井人员考勤的精准管理，实现了全过程、全方位的计算机智能化、信息化管理。这对于保障矿工的安全和提高抢险救灾的效率具有重要意义，可为煤矿的安全生产和应急救援提供有力支持。