基于人员精确定位的郭屯煤矿区域超员预警管理系统开发.pdf

现代矿业 MODERN MINING 总第64期 2020年8月第8期 Ser ia l No . 410 Au /u st . 2020 基于人员精确定位的郭屯煤矿区域超员 预警管理系统开发 刘小源王新华 临沂矿业集团荷泽煤电有限公司郭屯煤矿 摘 要 摘 要 郭屯煤矿为冲击地压严重矿井，对需要严格限制作业人数的危险区域的人数统计仅依 靠现场工作人员纸质登记,存在效率低下、准确性不高等问题，很大程度上也影响了工作人员的换班 效率。设计了一套基于人员定位的区域超员预警管理系统，对该系统的总体设计思路、硬件设计、功 能设计进行了详细阐述，并对系统的应用效果进行了归纳总结。实践证明该系统设计并运用后，矿 井作业人数得到了有效限制，井下工作人员的换班效率得以提升，矿井安全性得到了有效保证。 关键词 关键词 冲击地压 人员定位 区域超员预警管理系统 DOI12.3969/j. issn . 4746082.2222.08.255 郭屯煤矿为冲击地压严重矿井,一旦发生事故, 极易造成群死群伤事件,因此需要严格限制危险区域 的作业人数。目前该矿对于危险区域的人数统计仅 依靠现场工作人员的纸质登记,这种传统的工作方式 不仅存在漏记漏检的人为隐患，而且在换班高峰期 时,人员统计工作效率极低，容易出错,还会影响工作 人员的换班效率。为有效提高煤矿安全管理水 平⑴，加强煤矿作业人员安全保障，严格限制井下危 险区域的作业人数，需要在现有定位系统的架构下, 建立一套基于人员定位的区域超员预警管理系统,不 仅能实时统计井下各区域的工作人数,而且超员时能 够在井下和地面实现语音和信息告警。 1系统设计思路 结合煤矿实际情况，按照“实用、可靠、先进、经 济、安全”原则，在满足国家相关标准的基础上，通过 在地面监控中心部署区域超员监控客户端，利用精确 定位系统信息数据,并在井下巷区和工作面加装矿用 本安型LED显示屏，实时显示井下各区域人数。当 超出设定的人数时,LED屏显示超员告警信息,并播 放告警语音，同时在地面监控室安装的声光报警器发 出告警信息,及时提醒值班人员作出处理。 本研究系统设计覆盖范围为该矿井下3321工作 面,2325轨道顺槽、南翼运输胶带巷、南翼集中鬼导 航I段和II段。系统结构多样，组网灵活，支持光缆 组网、电缆组网以及接入工业以太网等多种组网方 式，根据郭屯煤矿的实际情况和用户的需要，在井下 布置精确基站的巷道口安装矿用LED显示屏，LED 刘小源1075男，助理工程师,472402山东省荷泽市。 显示屏和人员精确定位基站之间可通过CAN总线或 者网线进行连接。系统总体架构如图1所示。 图1系统总体架构 2系统详细设计 2.1系统硬件设计系统硬件设计 系统设计通过在井下工作面增加矿用本安显示 屏，通过人员定位基站实时检测相应位置的工作人 数，当超出限定人数时，矿用本安显示屏显示当前区 域的限定人数和超员人数，并发出告警提示音，提醒 即将进入该区域的工作人员以及地面管理人员及时 进行处理。 1 监控中心设计。在监控中心配置一台客户 端,安装区域超员联动告警软件，获取现有的定位服 务器内的数据信息，同时配置一台声光报警器,确保 区域超员时地面监控中心能够及时作出反映,提高煤 矿安全管理水平。 2 井下系统设备组成。①矿用本安型显示屏, 通过通信电缆进行数据传输，支持CAN通信协议，内 置扬声器，可以接受来自系统软件的指令，显示相应 的文字信息和提示告警音;②精确定位基站,本研究 在郭屯煤矿部署的基站为无线通信精确定位一体 183 总第616期现代矿业ZOZO年8月第8期 化本安基站，可实现对巷道的Wif i和精确定位信号 覆盖，矿上现在每人携带精确定位卡,当进入基站信 号范围内，会被基站读取信息，并获取具体位置信息。 （3）系统点位布置。在该矿3399工作面巷道入 口放置一台本安显示屏,用来提醒进入这一防冲区域 的工作人员；在2395轨道顺槽入口放置一台本安显 示屏,用来提醒进入这一防冲区域的工作人员；在南 翼运输胶带巷和集中轨道巷I段和II段等区域各放 置一台本安显示屏,用来提醒进入这一防冲区域的工 作人员。此外，为每个本安显示屏配置了一个后备电 源，确保巷道断电后，系统能正常运行不小于2 h。 2.2功能设计功能设计 2.2.2与定位系统数据连接与定位系统数据连接 告警管理软件自动连接定位数据库,获取定位系 统的基站信息,以及基站下工作人员的相关信息。 2.2.2区域与显示屏关联区域与显示屏关联 系统软件可设置区域，每个区域与相应的本安显 示屏关联，使显示屏只显示该区域的人员信息（图 2）o 图2显示屏管理 2.2.2超员人数设置超员人数设置 用户可以根据区域人数限制要求,合理调整各个 区域告警的人数上限（图3）o 编号1 名称防冲区域 限制人数50 新增 取消 图3管理设置 2.2.2区域人数统计显示区域人数统计显示 系统可以结合现有人员定位系统,统计指定区域 内的人数总量,并通过井下本安屏实时显示。 2.2.2区域超员告警区域超员告警 系统可以统计井下特殊作业区域的人数,当区域 内实际人员超过系统设定限额时，本安显示屏会发出 语音告警，声音一直持续到告警解除，同时显示屏会 显额定人数和超员人数信息。 2.2.2 LED显示管理显示管理 通过后台软件，可以批量调整LED显示屏的字 体滚动方向,字体颜色等信息,用户可以根据情况进 行设置，如图4所示。 图4显示管理 2.2.7区域信息搜索功能区域信息搜索功能 用户可以输入相应信息进行搜索，只要ID、区域 编号或者区域名称的其中一个字段包含有相关信息, 就会被查找出来，方便用户查找相关区域，便于使用 管理,系统界面如图5所示。 图5搜索功能界面 2.2.2声光报警功能声光报警功能 地面调度室通过声光报警器和软件设置可实现 区域超员时情况下，系统及时通过声、光方式提醒调 度管理人员进行快速响应（图7）o 图6声光报警器设置 3效果分析 3・ ・1安全性分析安全性分析 本研究系统的设计应用，满足山东省冲击地压 防治方法中第9条对限员管理的要求。能有效限 制采掘工作面总人数,避免灾害发生时造成人员大范 围伤亡，将潜在的煤矿重大安全事故隐患降至最低。 3.2技术分析技术分析 （1）人员精确定位技术。本研究系统采用的是 UWB精确定位技术,UWB是一种超宽带的通信传输 技术，利用纳秒至微纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数 据23。UWB在早期被应用在近距离高速数据传输 184 刘小源 王新华基于人员精确定位的郭屯煤矿区域超员预警管理系统开发2424年8月第8期 中，近年来随着UWB技术不断成熟、优势不断显现, 逐渐被应用于精确定位领域。UWB通过在宽频上发 送一系列非常窄的低功率脉冲与基站实现信息交互。 其较宽的频谱、较低的功率、脉冲化数据，意味着干扰 小于传统的窄带无线解决方案,并能够在无线环境中 提供与有线相媲美的性能，实现高精度定位。技术特 点有分辨率可达4.3 m、定位精度高于1 m、系统容 量大、传输速率高、设备功耗小、具有较强的抗干扰能 力，系统有效覆盖直径可达604 m以上。 2限员管理联动技术。本研究系统配置的矿 用LED显示屏可与地面定位软件相互通信，软件可 在后台将LED屏与巷道内的基站进行绑定，软件从 井下基站获取人员位置、人员姓名等信息,并统计当 前总人数,再将数据推送到井下LED屏，进行直观显 示。当软件识别到区域内的人数超出限制总人数时, 则联动LED屏显示红色文字告警，同时发出语音预 警声音，提醒人员及时撤出。 3.2环境分析环境分析 本研究设计的主要是精确定位基站、矿用LED 显示屏、定位卡、服务器等的采购和应用，设备在拆 解、运输、安装、应用过程不会产生废物、垃圾，不会造 上接第72页司家营采场在新测绘系统下获得的 局部地形图如图1所示。 - 157 m水平 “142 m水平卜 -127m水平 _82m水平 水平 图1 2019年底司家营采场局部地形特征 4.2施工放样施工放样 与测图作业类似，施工放样也是矿山测绘工作中 的主要内容之一，作业中使用的仪器与测图工作相 同,宜采用RTK进行放样。内业操作需要将放样点 坐标进行解析，并输入到RTK客户端系统中。在司 家营铁矿露天采场东帮征地过程中，在CORS系统 下，将GNSS技术应用到对计划征用区域的现场放 线、标示中，并对其中的宅基地、林地、山地等不同权 属进行了测量划分，汇编、整理成图文资料，为今后矿 山生产提供了准确的电子图件。在司家营尾矿管线、 回水管线与燃气管线建设项目中,CORS站为工程施 工设计优化与补充奠定了坚实基础,实现了地物按比 例缩放成电子图件。 4・ ・4采场边坡及辅助设施变形监测采场边坡及辅助设施变形监测 分别对司家营尾矿库42号库，研山凹陇山尾矿 库，采场边坡，排土场等重点位置进行了沉降及变形 监测。通过现场踏勘以及研究分析当前司家营铁矿 成环境污染。 3・ ・4经济效益分析经济效益分析 系统通过应用,有效解决了该矿以往对冲击地压 区域限员监督管理工作效率低下的问题，有效代替了 原先需要安排专人就地监督管理的工作模式,每个岗 位1 d 3班，共有9个工作地点,共节省24个人员,达 到了减人增效的目的。 4结语 为有效提升郭屯煤矿危险区域限员管理工作效 率,开发了一套基于人员精确定位的区域超员预警管 理系统。该系统投入应用后，对井下冲击地压区域限 员起到了良好的监督管理作用,有效达到了矿井减人 增效的目的。 参考文献 [1] 李长勇.RFID在煤矿井下安全管理中的运用研究[J].科技与 企业,241223 72,74. [2] 黄 擘多路串并转换在超宽带系统中的应用[J].信息技术, 2412,366 161-163. [3] 苏渊博，李 霞.基于UWB超宽带无线导航AGV机器人设计 [J].智能机器人,24175 59-61. 收稿日期2020-75-78 露天采矿场东西边坡存在的问题,结合不同区段踏勘 结果，确定监测区域、内容及具体观测线、测点布 置⑶。搭建的监测硬件体系架构包含数据采集子系 统如全站仪、气象传感器及其他传感器，数据传输 子系统有线通讯、无线通讯、防火墙系统，数据处 理与分析系统，辅助支持子系统供电系统、避雷系 统、综合布线系统和其他辅助系统等,以经济、实用 为原则完成了硬件型号优选并进行了现场组装、调 试。采集了监测数据并建立了沉降、位移数据库，分 析了边坡变形规律，形成了边坡分级预警体系，为司 家营铁矿安全生产保驾护航。 5结语 司家营铁矿测量信息化建设在CORS站的基础 上已初步实现，在整个矿区内控制点检核、沉降观测、 地形图测绘、施工放样等工程实践中获得验证，测量 成果达到精度要求，为司家营北区地表基础测绘工作 提供了有效的数据获取手段。 参考文献 [1] 方海鹏.CORS系统的构建及其在矿山测量中的应用[J].山西 化工，24172 lO-H. [2] 李承品.网络CORS平台下的矿山控制测量应用[J].世界有色 金属,24167 169-171. [3] 许文成，王文栋.CORS RTK测量技术在兴隆庄煤矿的应用[J]. 煤矿现代化,24155 87-68. 收稿日期2424-72-76 155