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1、有色金属矿井下人员定位系统应用研究 鲍捷 祝颖 欧仁侠 吉林医药学院 摘 要： 近年来随着电子技术的不断发展进步, 井下无线通信和气体监测领域应用效果显著, 借助于井下监测系统和无线通信设备, 避免了井下很多重大事故的发生, 同时也为救援抢险工作的开展提供了有力保障, 本文介绍了井下人员定位系统的现状和存在问题, 对几种井下无线定位技术进行了分析比较, 希望对有色金属矿井下的安全生产和人员营救提供借鉴。关键词： 人员定位; 井下救援; 安全; 作者简介：鲍捷, 生于 1981 年, 女, 吉林人, 硕士, 讲师, 研究方向:物理电子学研究。收稿日期：2017-09基金：吉林省教育科学“十三五”
2、一般规划课题“模拟电子技术课程互联网+交互学习模式与资源共享构建研究” (GH170528) ;吉林省教育科学“十三五”一般规划课题“基于医学仪器技能实验平台理论教学与知识体系构建研究”(GH170527) Research on application of personnel positioning system in underground nonferrous MineBAO Jie ZHU Ying OU Ren-xia Jilin Medical College; Abstract： In recent years, with the continuous development
3、of electronic technology, the underground wireless communication and gas monitoring application effect is remarkable, with the aid of underground monitoring system and wireless communication equipment, avoids a lot of underground accidents, as well as provides a powerful guarantee for the rescue wor
4、k.This article introduces the current situation and existing problems of underground personnel positioning system, several underground wireless location technology has carried on the analysis and comparison, hope for provide references to safety production and personnel rescue in nonferrous mine.Key
5、word： personnel location; underground rescue; safety; Received： 2017-09我国有色金属储备量居世界前列, 但并未大量开采, 目前有色金属矿山主要以地面开采为主, 对于有色金属的井下开采还在陆续进行中, 我国有着丰富的煤矿井下开采经验, 可以借鉴煤矿的井下安全生产模式, 来对有色金属矿井进行综合的自动化系统建设, 井下安全生产主要以人的安全为首位, 近年来矿井安全事故多发, 大中型矿安全配套设施完善, 自动化水平较高, 绝大多数都装备了井下安全监控系统, 但一些乡镇的小型矿井资金缺乏, 相关部门监管不到位, 在没有安全监控系统的
6、情况下, 工作人员也下井工作, 一但发生事故, 在应急救援方面显得尤为被动, 对于井下人员分布和井下情况不了解, 给救援抢险工作带来难度, 所以相关领导在国家的一些遏制煤矿重特大事故现场会上, 要求在 2011 年底全面建立井下人员定位系统1, 为抢险救援工作提供尽可能大的支持和便利。1 研究井下人员定位系统的必要性虽然近年来国内外的矿井挖掘、开采、井下监控监测、自动化系统和建造技术都在不断提高, 但井下事故时有发生, 给下井工作人员的人身安全和企业财产带来很大的威胁, 要想完全避免井下事故的发生在短期的技术水平上是很难达到的, 矿井事故不可避免但我们可以利用现代化的、具有高科技含量的管理模式
7、尽量减小事故发生率或降低灾后的损失。我国大部分煤矿都配备了井下监控设备, 可以满足日常生产管理和考勤需要, 在监测易燃易爆等有毒气体方面, 也可以最大程度上的减少矿井爆炸和人员中毒事件的发生, 但有些矿井没有配备井下人员定位系统, 无法对下井工作人员进行定位跟踪, 一旦发生事故, 即使在无线通信不间断的情况下, 地面人员也很难确定井下受困人员的具体位置, 错失了救援的最佳时机, 给地面营救工作增加了困难, 为此在井下能够实时跟踪工作人员的具体位置, 配备稳定可靠的井下人员定位系统是非常有必要的, 安全生产的核心是人员安全。2 井下人员定位系统的现状和存在问题目前, 煤矿企业高速发展, 但有色金
8、属矿的开发还处于瓶颈阶段, 很多有色金属矿山仍处于停滞状态, 主要原因是资金和开采技术的缺乏, 很多中小型矿都存在着安全生产技术和生产水平相脱节的问题, 有色金属矿山井下开采比煤矿开采难度更大, 在井下的无线通信系统、监控监测系统中信号在穿过岩石壁和金属壁的传输特性是不同的, 衰减程度也不同, 因此对于有色金属矿井下的无线通信系统要有更先进的技术支撑, 研究人员投入的精力和研究成本要更高。井下人员定位系统要借助于井下无线通信系统才能发挥作用2, 才可以把定位信息发送到地面控制中心, 它属于井下无线通信系统的一个组成部分。目前国内外普遍使用的井下人员定位系统主要有 RFID 定位技术、RSSI
9、定位技术、Zig Bee 定位技术和 GPS 定位技术等, 利用这些井下定位技术, 可以实现井下人员的自动跟踪定位和考勤管理, 由于在井下发生事故时受困人员有了相对具体的位置信息, 使地面工作人员可以及时准确的掌握井下情况, 为救援工作争取宝贵的时间和人员信息。结合目前我国所安装的井下人员定位系统, 还存在下列问题尚待改进:定位精度不够;由于井下巷道错综复杂, 岩石和金属干扰较大, 使得信号传输有延迟, 并且信号衰减较严重。整个人员定位系统利用率较低, 有的矿井只作为考勤管理系统使用, 并没有真正发挥定位功能;安装定位系统价格较贵, 政府应当鼓励并出资金扶持中小型矿配备该系统;井下人员佩戴的标
10、识卡和井下分布的读卡器之间、地面控制中心只能实现单向通信, 只限于地面可确定人员位置信息, 而不能直接对标识卡发布信息, 功能比较局限, 要实现双向通信可使用井下无线通信系统。3 井下人员定位系统比较分析3.1 无线射频技术利用无线射频技术组建的井下人员定位系统, 包括应用射频技术和无线通信技术, 一般的定位系统都要有无线通信设备的辅助。无线射频技术的工作原理是下井工作人员携带标识卡, 每个标识卡唯一确定一个 ID, 读卡分站遍布于井下各大巷道, 各工作区域, 读卡器可主动或被动识别标识卡里的信息, 再通过无线通信系统传输人员信息回地面控制站。该项技术是目前井下人员定位和考勤管理普遍使用的定位
11、技术, 但铺设成本偏高, 系统抗干扰能力较差, 而且标识卡和读卡器的有效通信距离较短。用于井下人员考勤可以满足, 但对于人员定位的精度还需进一步完善。3.2 Zig Bee 定位技术Zig Bee 定位技术属于全双工的无线信号强度检测技术, 由 Zig Bee 网络协议支持, 包含定位卡、接收器和定位器几部分, 定位处理器分布于井下不同位置用于接收检测信号, 有三个工作频段, 每个频段的传输速率不同, 通常采用2.4GHz 频段无线传输数据, 而且有效传输距离较短, 在百米范围内, 距离 30米时传输效果相对较好。其最大优点是成本低、功耗低, 但传输速率较慢, 可根据接收器个数和定位器间的距离
12、调节定位精度。3.3 RSSI 定位技术RSSI 技术是用来表示节点无线信号强弱的技术, 通过测量移动节点和固定接收器发射信号的强弱, 获得该信号的电压和电流值, 进而计算出信号的功率, 根据比对功率不同可得到相应的距离。这项定位技术在国外应用较多, 对于我国井下巷道环境恶劣狭窄、错综复杂、长短不一, 在无线通信设备不稳定的前提下, 定位效果不理想, 无法达到准确定位。4 结语随着现代农业、化工和科技的飞速发展, 有色金属在国民生产和国防建设中的作用越来越重要, 在机械制造、电力电子、航空、航天、汽车制造、建筑和核能源利用等方面都少不了有色金属的存在, 它俨然已经成为国民经济发展的基础材料, 我国有色金属产量近年来稳居世界首位, 但资源缺乏和经济发展需求间的矛盾却日益显著, 对于矿山和井下开采的力度也在逐步加大, 因此提高生产效率和生产安全要有机结合, 充分利用先进的无线通信技术把井下人员定位系统和现代化的管理模式融为一体, 为井下安全生产、事故预防和应急救援提供可靠保障。参考文献1付靖波.浅谈井下人员定位系统J.同煤科技, 2010 (12) :1-2. 2魏煜欣.矿山井下人员定位系统中无线通信技术研究与开发D.长沙:湖南大学.2015.
