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1、井下人员定位系统与 通信联络系统 孙继平 博士 教授 博士生导师 中国矿业大学（北京）副校长,1 引言 2 井下人员定位系统 3 矿井通信联络系统 4 煤矿电气安全 5 煤矿物联网及其在煤矿安全生产中的应用,1 引言 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发201023号）要求煤矿和非煤矿山要安装 监测监控系统 井下人员定位系统 紧急避险系统 压风自救系统 供水施救系统 通信联络系统等技术装备,我在国家安监总局2010年第9期视频专题讲座上，与大家共同研究了煤矿井下安全避险“六大系统”中的第1个系统-矿井监测监控系统。受到好评，谢谢大家的支持。 今天我与大家共同研究煤矿井下安全避险“六
2、大系统”中的另外两个系统-井下人员定位系统和矿井通信联络系统。 然后介绍煤矿电气安全。 最后介绍一下煤矿物联网及其在煤矿安全生产中的应用。,煤矿井下具有瓦斯等易燃易爆气体和煤尘，煤矿用井下人员定位系统和矿井通信联络系统，有电气防爆等特殊要求。 因此，下面我重点介绍煤矿用井下人员定位系统和矿井通信联络系统。,2 矿井通信联络系统 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求煤矿要按照在灾变期间能够通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求，进一步建设完善矿井通信联络系统。 矿井通信联络系统又称矿井通信系统，是煤矿安全生产调
3、度、安全避险和应急救援的重要工具。,2.1 特点 煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此矿井通信系统不同于一般地面通信系统，具有如下特点： （1）电气防爆； （2）传输衰耗大； （3）设备体积小； （4）发射功率小； （5）抗干扰能力强； （6）防护性能好； （7）电源电压波动适应能力强； （8）抗故障能力强； （9）服务半径大； （10）信道容量大； （11）移动速度慢。,2.2 分类 矿井通信系统包括: (1)矿用调度通信系统； (2)矿井广播通信系统； (3)矿井移动通信系统； (4)矿井救灾通信系统等。,2.3 矿用调度通信系统 矿用调度通信系统一般由矿用本质安全型防爆调度电话、矿用程控调
4、度交换机（含安全栅）、调度台、电源、电缆等组成，如图1所示。 矿用本质安全型防爆调度电话实现声音信号与电信号转换，同时具有来电提示、拨号等功能。 程控调度交换机控制和管理整个系统，具有交换、接续、控制和管理功能。,矿用程控调度交换机,调度台,广播控制设备,矿用本安电话,防爆广播设备,防爆广播设备,矿用本安电话,矿用本安电话,录音设备,防爆显示屏,防爆显示屏,图1 矿用调度通信系统和矿井广播通信系统,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、来电声光提示、录音等功能。 矿用调度通信系统不需要煤矿井下供电，因此，系统抗灾变能力强。 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，不会影响系统正常工作。 当发生顶板冒落
5、、水灾、瓦斯爆炸等事故时，只要电话和电缆不被破坏，就可与地面通信联络。 矿用调度通信系统抗灾变能力优于其他矿井通信系统。,2.4 矿井广播通信系统 矿井广播通信系统一般由地面广播录音及控制设备、井下防爆广播设备、防爆显示屏、电缆等组成，如图1所示。 地面广播录音及控制设备具有广播、录音、控制等功能，一般由矿用程控调度交换机和调度台承担。 防爆广播设备将电信号转换为大功率声音信号，及时广播事故地点、类别、逃生路线等。 防爆显示屏显示事故地点、类别、逃生路线等信息。,2.5 矿井移动通信系统 矿井移动通信系统一般由矿用本质安全型防爆手机、矿用防爆基站、系统控制器、调度台、电源、电缆（或光缆）等组成
6、，如图2所示。,系统控制器,基站,调度台,图2 矿井移动通信系统,矿用本质安全型防爆手机实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、来电提示、拨号、短信等功能，部分本安防爆手机还具有图像功能。 矿用防爆基站实现有线/无线转换、并具有一定的交换、接续、控制和管理功能。 系统控制器控制和管理整个矿井移动通信系统的设备，具有交换、接续、控制和管理等功能。,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、广播、来电声光提示等功能。 矿用防爆基站和防爆电源设置在井下，矿用本质安全型防爆手机主要用于井下。 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，会影响系统正常工作。 因此，严禁矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统。,2.6 矿
7、井救灾通信系统 矿井救灾通信系统一般由矿用本质安全型防爆移动台、矿用防爆基站（含话机）、矿用防爆基站电源（可与基站一体化）、地面基站通信终端、电缆（或光缆）等组成，如图3所示。 矿用本质安全型防爆移动台实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、呼叫、来电提示等功能。,地面基站通信终端,防爆基站,矿用防爆基站实现有线/无线转换、具有交换、接续、控制、管理、通话、呼叫、来电提示等功能。 地面基站通信终端具有通话、呼叫、来电提示等功能。,图3 矿井救灾通信系统,2.7 矿用IP电话通信系统 矿用IP电话通信系统一般由矿用本质安全型防爆IP电话、矿用防爆交换机、矿用防爆电源（一般有维持系统工作2小时的备
8、用电源，可与矿用防爆交换机一体化）、调度台、地面普通交换机、光缆等组成。 调度台和地面普通交换机设置在地面。 矿用本质安全型防爆IP电话和矿用防爆交换机设置在井下。当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，会影响系统正常工作。 因此，严禁用矿用IP电话通信系统替代矿用调度通信系统。,2.8 系统作用 矿井通信系统的作用是： （1）煤矿井下作业人员可通过通信系统汇报安全生产隐患、事故情况、人员情况等，并请求救援等。 （2）调度室值班人员及领导通过通信系统通知井下作业人员撤人、逃生路线等。 （3）日常生产调度通信联络等。 （4）矿井救灾通信系统主要用于灾后救援。,2.9 救援案例 2007年7月29日河
9、南省陕县支建煤矿发生透水事故，共有69人被困。 被困人员通过电话及时将被困人数、位置和状况向地面汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救援时间。 同时通过该电话安抚被困人员，增强了被困人员生还信心。 最终被困69人成功获救。,2.10 现存问题 矿井通信系统是煤矿安全生产、紧急避险、应急救援的重要工具。 但部分煤矿没有按照煤矿安全规程等有关要求，装备矿井通信系统； 矿用本质安全型防爆电话装备数量和地点均不符合煤矿安全规程等有关要求； 许多煤矿没有装备防爆语音广播设备。,2.11 技术及装备要求 煤矿必须装备矿用调度通信系统；积极推广使用矿井移动通信系统和矿井广播通信系统。矿山救护队应装备矿井救灾通
10、信系统。 （1）矿井通信系统应符合有关标准要求，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证。 （2）用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。用于煤矿井下的电话必须是矿用本质安全型防爆电话。,（3）煤矿必须装备矿用调度通信系统。 用于煤矿井下的调度电话必须是矿用本质安全型防爆电话。 调度电话应直接连接设置在地面的地面一般兼本质安全型调度交换机（含安全栅），并由调度交换机远程供电。 为防止煤矿井下因事故停电，影响系统正常工作，严禁调度电话由井下就地供电，或经有源中继器接调度交换机。 调度电话至调度交换机应采用矿用电缆连接。 调度电话至调度交换机的无中继
11、通信距离应不小于10km。,（4）矿井地面变电所、地面通风机房、主副井绞车房、压风机房、井下主要水泵房、井下中央变电所、井底车场、运输调度室、采区变电所、上下山绞车房、水泵房、带式输送机集中控制硐室等主要机电设备硐室、采掘工作面、突出煤层采掘工作面附近、爆破时撤离人员集中地点、采区和水平最高点、井下避难硐室（或救生舱）等必须设有直通矿调度室的调度电话。,（5）积极推广应用矿井广播通信系统，当发生险情时，及时通知井下人员撤离。 用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。 系统应具有扩音广播功能，宜具有显示功能。发生险情时，系统应能通过广播和显示牌，
12、通知事故地点、类别、撤离路线等。 井下各行人巷道和作业地点应设置广播设备，宜设置显示牌。,（6）积极推广应用矿井移动通信系统，以提高通信的及时性和有效性。 但需要注意的是，矿井移动通信系统和矿用IP电话通信系统均不能替代矿用调度通信系统，这是因为矿井移动通信系统的基站和矿用IP电话通信系统的井下网络交换等设备均需井下供电，其抗灾变能力远远低于不需井下供电的矿用调度通信系统。,（7）矿井移动通信系统具有通信及时和便捷的优点，特别适合煤矿井下移动的作业环境和流动作业人员。 煤矿井下带班领导、技术人员、区队长、班组长、瓦斯检查员、安全检查员、电钳工等流动作业人员，宜配备矿用移动电话，以便及时通报安全
13、隐患、紧急避险和调度指挥。 （8）救护队应装备矿井救灾通信系统。 （9）完善管理制度，制定事故应急预案，在发生灾变时迅速通知井下人员撤离避险。,3 井下人员定位系统 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。 煤矿井下人员定位系统又称煤矿井下人员位置监测系统和煤矿井下作业人员管理系统。,煤矿井下人员位置监测系统具有:人员位置、 携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、 限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路
14、线等监测、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。 在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。,3.1 特点 煤矿井下是一个特殊而又恶劣的环境，无线电信号传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道、有甲烷等易燃易爆气体。 因此，GPS不能用于煤矿井下。 目前煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID技术。 部分系统采用漏泄电缆，还可采用WIFI、ZigBee等技术，除具有人员位置监测功能外，还具有单向或双向紧急呼叫等功能 。,3.2 系统组成及工作原理 煤矿井下人员位置监测系统一般由识别卡、位置监测分站、电源箱（可与
15、分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成，如图4所示。,矿务局（集团公司）,服务器,电视墙或投影,用户,重点产煤县、市,打印机,打印机,主机,主机,交换机,防火墙,传输接口,分站,识别卡,识别卡,分站,识别卡,识别卡,用户,服务器,路由器,图4 煤矿井下人员位置监测系统,识别卡由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。 位置监测分站通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信息，并发送至地面传输接口。 电源箱将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直
16、流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。,传输接口接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。 主机主要用来接收监测信号、报警判别、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、控制打印输出、与管理网络联接等。,3.3 系统作用 煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。 （1）遏制超定员生产。通过监控入井人数，进入采区、采煤工作面、掘进工作面等重点区域人数，遏制超定员生产。 （2）防止人员进入危险区域。通过对进入盲巷、采空区等危险区域人员监控，及时发现误入危险区域人员，防
