无线射频识别技术在煤矿电雷管安全管理的应用

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1、0 0无线射频识别技术在煤矿电雷管安全管理的应用无线射频识别技术在煤矿电雷管安全管理的应用本项目是旨在通过对无线射频识别技术（RFID）功能的运用，来达到提高和 加强煤矿电雷管的安全管理水平的目的。为此，在进行有效实验的基础上，进行 可行性研究分析和系统设计，争取早日能将这 RFID 国际领先技术为我国煤矿安 全管理建设做出贡献。一、无线射频识别技术（一、无线射频识别技术（RFIDRFID）简介与应用分析）简介与应用分析 RFID 是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写。 射频识别技术是 20 世纪 90 年代开始兴起的一种自动识别技术。该技

2、术在世界范 围内正被广泛的应用，而在我国起步较晚，与先进国家相比存在很大的差距。今 年 1 月份，全球最大零售商沃尔玛公司向供应商发出要求所有出口到美国的商品 集装箱托盘都必须使用电子标签，我国现在研究和发展射频识别技术及其应用刻 不容缓，任务紧迫。 射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无 接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别系统通常由电 子标签(射频标签)和读写器组成。电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此 作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待 识别物品的电子标记。读写器与电子标签可按约定的通信协议互传信

3、息，通常的 情况是由读写器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的读写器的命令，将内 存的标识性数据回传给读写器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电 磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。 电子标签具有各种各样的形状，但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频 率的要求，必需根据系统的工作原理，即磁场耦合(变压器原理)还是电磁场耦合 (雷达原理)，设计合适的天线外形及尺寸。电子标签通常由标签天线(或线圈)及 标签芯片组成。标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系 统(SoC)。从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，读写器是根 据电子标签的设计而设计的。虽然

4、，在射频识别系统中电子标签的价格远比读写 器低，但通常情况下，在应用中电子标签的数量是很大的，尤其是物流应用中， 电子标签可能是海量并且是一次性使用的，而读写器的数量则相对要少的多。 射频识别系统主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远的 的距离上，读写器能够可靠地与电子标签交换信息，即读写器能读取标签中的数 据。实际系统这一指标取决于标签及读写器系统的设计、成本的要求和应用的需 求等，范围从 0100M 左右。典型的情况是，在低频 125kHz、13.56MHz 频点上 一般均采用无源标签，作用距离在 1030cm 左右，个别有到 1.5M 的系统。在高 频 UHF 频段，无源标

5、签的作用距离可达到 310M。更高频段的系统一般均采用 有源标签。采用有源标签的系统作用距离可达到 100M 左右。 射频识别技术以其独特的优势，逐渐的被广泛应用于工业自动化、商业自动 化和交通运输控制管理等广阔的领域。典型应用领域例如： 车辆自动识别管理-铁路车号自动识别是射频识别技术最普遍的应用。 高速公路收费及智能交通系统-在车辆高速通过收费站的同时完成缴费， 提高了收费结算效率。 货物的跟踪、管理及监控-射频识别技术为货物的跟踪、管理及监控提1 1供了快捷、准确、自动化的手段。以射频识别技术为核心的集装箱自动识别， 成为全球范围最大的货物跟踪管理应用。 仓储、配送等物流环节-射频识别技

6、术目前在仓储、配送等物流环节已 有许多成功的应用。物流业将成为射频识别技术最大的受益行业。 电子钱包、电子票证-射频识别卡是射频识别技术的一个主要应用。 射频识别卡的功能相当于电子钱包，实现非现金结算。目前主要的应用在交 通方面。 生产线产品加工过程自动控制-主要应用在大型工厂的自动化流水作业 线上，实现自动控制、监视，提高生产效率，节约成本。 动物跟踪和管理-射频识别技术可用于动物跟踪。在大型养殖厂，可通 过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等。 在 RFID 电磁波的安全性及与条形码相比的不同特性的方面：实践证明射频 识别识读器发射的电磁波比汽车内收音机的电磁辐射还要微弱，所以是非

7、常安全 的。而射频识别技术和条形码最大的不同是条形码必须通过扫描仪对扫描条形码 进行扫描才能读取它，这样，工作人员必须亲手扫描每件商品的条形码。另外如 果条形码被撕裂、污损或丢失，扫描仪将无法扫描识别商品。相反无线射频可以 在一定距离内自动的传输数据给读写器。标签可以动态存储比条形码多得多的数 据信息，所以 RFID 能对每个产品都有一个独立的标识，而条形码只能对同一类 产品赋予相同的标识。例如如果在每个电雷管上贴上条形码或标签，则在这一批 电雷管上条形码的标值是相同的，而贴在每个电雷管上的电子标签都是不同的。 另外将 RFID 标签如果与传感器一起使用，就能探测并记录温度、动量、热量等。 在

8、供应链上，当物品存储时温度等其他物理指标出现不在正常时，标签将发出警 报。二、矿井电雷管的使用要求及其规格性能二、矿井电雷管的使用要求及其规格性能矿井电雷管的使用要求矿井电雷管的使用要求 雷管是一种提供爆炸能、用来直接起爆炸药或导爆索的管状起爆材料。其管 壳过去多为铜质，现在绝大部分已改为纸质。管内装有引火装置，延期引爆元件、 正起爆药和副起爆药等。 各种雷管的区别仅在于引火装置和延期引爆元件的不同。直接用导火索火焰 引爆正起爆药而无延期引爆元件的雷管叫做火雷管。采用电引火装置的雷管叫做 电雷管。无延期引爆元件的电雷管，通电后瞬间就爆炸，叫做瞬发电雷管；有延 期引爆元件的电雷管，按其通电后延期

9、爆炸的时间多少，分为秒延期电雷管和毫 秒延期电雷管。 国产矿用电雷管种类较全，按适用条件区分为岩石电雷管、煤矿安全电雷管 和抗杂散电流电雷管；按延期时间区分有瞬发电雷管、秒和半秒延期电雷管、毫 秒延期电雷管。 地面仓库所有库房贮存爆破材料的总容量：炸药不得超过吨，雷管不得 超过万发。单个库房的炸药最大容量不得超过吨。地面仓库贮存各种爆 破材料的数量，还不得超过由该库所供应的矿井三个月的计划需要量。 井下贮存爆破材料必须在硐室或壁槽内，硐室之间或壁槽之间的距离，必须 依照爆破材料安全距离的规定计算。井下爆破材料库应包括库房、辅助硐室和通 向库房的巷道。辅助硐室中，应有电雷管全电阻检查、发放火药、

10、电雷管编号以2 2及保存放炮员的空炮药箱和放炮器等专用硐室内。 井下爆破材料库的布置，必须符合下列要求： （1）库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室以及影响全矿井或大部 分采区通风的风门的直线距离：硐室式的不得小于 100 米，壁槽式的不得小于 60 米；（2）库房距行人巷道的直线距离：硐室式的不得小于 25 米，壁槽式的 不得小于 20 米。（3）库房距地面或上下巷道的直线距离：硐室内式的不得小于 30 米，壁槽式的不得小于 15 米。（4）库房和外部巷道之间，应用三条互成直 角的连通巷道相连。连通巷道的相交处必须延长 2 米，断面积不得小于 4 平方米。 在尽头巷道内，还必须设置缓

11、冲砂箱隔墙，尽头巷道不得兼作辅助硐室使用，库 房两端的通道与库房连接处必须设置齿形阻波墙；（5）每个爆破材料库房必须 有两个出口：一个出口作为发放爆破材料及行人，出口的一端必须装有自动关闭 的抗冲击波活门；另一出口布置在爆破材料库回风侧，可铺设轨道运送爆破材料， 这个出口与库房连接处，必须装有一道抗冲击波密闭门；（6）库房地面必须高 于外部巷道的地面，库房和通道应设置水沟，以便排水防潮。 井下爆破材料库的最大贮存量，不得超过该矿井 3 天的炸药需用量和 10 天 的电雷管需要量。井下爆破材料库的炸药和电雷管必须分别贮存。每个硐室贮存 炸药量不得超过 2 吨，电雷管不得超过 10 天的需要量；每

12、个壁贮存炸药量不得 超过 400 千克，电雷管不得超过 2 天的需要量。 关于煤矿井存储、保管、领用、运输电雷管，必须按国家一系列的严格政策 法规执行。在此不进行描述了。电雷管的规格性能电雷管的规格性能 目前我国煤矿允许使用的电雷管的基本标准数据如下：电雷管3 3煤矿许用瞬发电雷管 煤矿许用毫秒延期电雷管煤矿许用瞬发电雷管煤矿许用毫秒延期电雷管使用范围用于有瓦斯、煤尘和矿尘爆炸危险的场合使用。品种规格No.8 有起爆药雷管和无起爆药雷管管壳材料纸、覆铜钢覆铜钢、钢长度46mm5868mm外径纸壳 8.08.2mm，金属壳 6.97.1mm金属壳 6.97.1mm脚线材料PVC铁、铜脚线长度2.

13、00.1m 或其它长度包装内包装：纸盒 100 发，外包装：木箱 1000 发发火电流标准感度型上限不小于 0.45A，安全型 0.80A安全电流标准感度型 0.18A，安全型 0.45A串联电流标准感度型（20 发）1.2A，安全型（5 发）1.5A4 4三、应用三、应用 RFIDRFID 技术管理煤矿电雷管的系统分析技术管理煤矿电雷管的系统分析用 RFID 技术来管理煤矿用的电雷管，是一个特殊的物流和库管系统的 RFID 技术的应用。无论从管理的科学性和实用高效性方面来看，都是最理想的一种技 术手段。 用用 RFIDRFID 技术来管理煤矿用的电雷管突出的优势在于：技术来管理煤矿用的电雷管

14、突出的优势在于：1.通过在电雷管的表面，粘贴电子标签，由于可以做到每个电雷管上的 电子标签的标识内容的独立而不重复的。所以可以做到对每个电雷管 的现状和存储位置实行在线的管理。达到万无一失的效果。 2.在安放在矿井内外的 RFID 读写器，可以通过网络连接起来。在任何 时间及时的将电雷管经过它们这些读写器时读到的信息传给控制器和 计算机，可以让在地面上的管理人员及时掌握电雷管保存的动态情况。3.由于应用了计算机和数据库网络管理系统。可以对所有的电雷管及其 他危险爆炸物的存储、运输和领用进行管理。 4.电雷管是非常危险的爆炸物。尤其要预防被私自携带和偷盗。在防止 偷盗零星电雷管的行为，使用 RF

15、ID 技术是最好的方法和手段。因为 有电子标签的电雷管，经过专用的读写器时。立刻会被识别出来，不 单是会发出报警信号，而且同时可以显示出是哪一批？哪一箱？编号 是多少的电雷管被盗了？具体责任人是谁？等等信息。 5.如果运用 RFID 技术对电雷管管理时能和其他传感器联系在一起。就 可以实现对保存爆炸品包括电雷管的库房的温度、湿度和许多物理指 标进行安全性监督。 系统设计中的几个重点问题系统设计中的几个重点问题 1.1.频率的选择问题频率的选择问题 在煤矿电雷管安全管理的无线射频识别技术应用时，所需要重点选择的 识别硬件是读写器和电子标签。考虑到贴在电雷管上的电子标签在通过 读些器时的距离不可能

16、很近，所以不适合使用低频的读写器，因为它只 适合于短距离使用。用高频 UHF 频段，无源标签的作用距离可达到 310M。但是可作用的距离是和成本成正比的，如果选择最佳的性能/价 格比，是本项目的关键。 2.2.特殊电子标签的选择特殊电子标签的选择 由于电雷管的直径比较小。长度也很短。所以如果在每个电雷管上粘贴 一个电子标签。就要求电子标签非常小。因为电子标签的芯片体积是非 常小的。而接受信号的天线需要比较大的面积。因此要生产特殊大小的 电子标签。 现在推荐下列读写器和电子标签，其规格标准如下：电子标签5 5读写器性能规格性能规格 外形尺寸 19 6 3 mm 本标签属于异性结构 读卡距离 01m 写卡距离 060cm 工作模式 R/W(可读写)存储容量 64 位 ID 号 216 字节用户存储空间 工作频率 902928MHz