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1、煤矿井下安全避险煤矿井下安全避险“六大系统六大系统” ” 煤矿井下安全避险煤矿井下安全避险“六大系统六大系统”技术建设与完善管理培训班技术建设与完善管理培训班全国煤矿生产能力高级核查员全国煤矿生产能力高级核查员国家注册安全工程师、安全评价师国家注册安全工程师、安全评价师国家煤炭工业协会培训中心特聘高级培训师国家煤炭工业协会培训中心特聘高级培训师煤矿井下安全避险煤矿井下安全避险 “六大系统六大系统”之之人员定位系统1 1，概述，概述 煤矿安全普遍存在着以下隐患煤矿安全普遍存在着以下隐患: 1）井井上上管管理理人人员员不不能能及及时时与与井井下下工工作作人人员员进行即时通信进行即时通信, 2）不不
2、能能实实时时掌掌握握井井下下人人员员的的分分布布及及作作业业情情况况, 难以进行人员的精确定位。难以进行人员的精确定位。1.1 1.1 六大系统建设要求六大系统建设要求 2010年年5月月19-20日日，国国家家安安全全监监管管总总局局、国国家家煤煤矿矿安安监监局局在在山山西西省省潞潞安安矿矿业业（集集团团）公公司司召召开开全全国国煤煤矿矿坚坚决决遏遏制制重重特特大大事事故故、推推广广井井下下救救生生舱舱等等避避险险设设施施现现场场会会。国国家家安安全全监监管管总总局局副副局局长长、国国家家煤煤矿矿安安监监局局局局长长赵赵铁铁锤锤出出席席会会议议并并讲讲话话，并并强强调调要要推推进进煤煤矿矿井
3、井下下救救生生舱舱等等避避险险设设施施建建设设，建建立立完完善善煤煤矿矿监监测测监监控控、人人员员定定位位、紧紧急急避避险险、压压风风自自救救、供供水水施施救救和和通通信信联联络络系系统统等等安安全全避避险险“六六大大系系统统”，提提高高煤矿安全保障能力。煤矿安全保障能力。 1.21.2系统建设作用和意义系统建设作用和意义v实时掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹 v紧急情况下的双向呼叫v实现依据井下作业位置和实践的严格考勤v灾变情况下能根据井下人员位置准确施救v提升企业管理水平2 2、系统的、系统的AQAQ标准定义标准定义v煤煤矿矿井井下下作作业业人人员员管管理理系系统统 management
4、 system for the underground personnel in a coal mine 监监测测井井下下人人员员位位置置，具具有有携携卡卡人人员员出出/入入井井时时刻刻、重重点点区区域域出出/入入时时刻刻、限限制制区区域域出出/入入时时刻刻、工工作作时时间间、井井下下和和重重点点区区域域人人员员数数量量、井井下下人人员员活活动动路路线线等等监监测测、显显示示、打打印印、储储存存、查查询询、报报警警、管管理理等等功能。功能。2 2、系统的、系统的AQAQ标准标准 定义定义v主机主机 host 主主要要用用来来接接收收监监测测信信号号、报报警警判判别别、数数据据统统计计及及处处理
5、理、磁磁盘盘存存储储、显显示示、声声光光报报警警、人人机机对对话话、控制打印输出、与管理网络联接等。控制打印输出、与管理网络联接等。 v传输接口传输接口 transmission interface 接接收收分分站站发发送送的的信信号号，并并送送主主机机处处理理；接接收收主主机机信信号号、并并送送相相应应分分站站；控控制制分分站站的的发发送送与与接接收收，多多路路复复用用信信号号的的调调制制与与解解调调，并并具具有有系系统统自自检检等等功功能。能。 2 2、系统的、系统的AQAQ标准标准 定义定义v位置监测分站位置监测分站 location monitoring substation 通通过过
6、无无线线方方式式读读取取识识别别卡卡内内用用于于人人员员识识别别的的信信息，并发送至地面传输接口。息，并发送至地面传输接口。 v识别卡识别卡 identification card 由由下下井井人人员员携携带带，保保存存有有约约定定格格式式的的电电子子数数据据，当当进进入入位位置置监监测测分分站站的的识识别别范范围围时时，将将用用于于人人员员识识别的数据发送给分站。别的数据发送给分站。 3 3、系统的通用技术介绍、系统的通用技术介绍系统采用的无线通信技术：系统采用的无线通信技术： 1、射频识别技术、射频识别技术 2、2.4G无线通讯技术无线通讯技术3、2.4G直序扩频通讯技术直序扩频通讯技术3
7、.1 3.1 射频识别技术射频识别技术射频识别技术：射频识别技术：v定定义义：RFID (射频识别)是20世纪90年代兴起的一种非接触式的新型自动识别技术, 它利用无线传输方式进行双向数据通信, 进而达到自动识别并交换信息。3.1 3.1 射频识别技术射频识别技术v组组成成：射频识别系统主要由Tag(标签)、读写器、天线等组成。 (1) 电子标签( T ag ) : 又称智能标签或称射频卡; (2) 读写器( Reader ) : 有时也被称为阅读器、通讯器或称为读出装置, 用以产生发射无线电射频信号并通过天线接收由电子标签反射回的无线电射频信号, 经处理后获取标签数据信息, 有时还可以写入标
8、签信息的设备, 可设计为手持式或固定式; (3) 天线( Antenna) : 在标签和阅读器间传递射频信号。3.1 3.1 射频识别技术射频识别技术vRFID 有以下特点有以下特点: (1)操作简单方便, 可以实现高速移动目标的识别。 (2)无硬件接触, 避免了因机械接触而产生的各种故障, 使用寿命长。 (3)射频识别卡完全密封, 具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能, 适合在井下恶劣环境中工作。 (4)对无线传输的数据都经过随机序列的加密, 并有完善、保密的通信协议。 (5)通信协议具有防碰撞机制, 可实现同时对多个移动目标进行识别。 (6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣
9、物、人等), 数据传输量小, 抗干扰能力强, 感应灵敏, 易于维护和操作。 3.2 3.2 2.4G2.4G无线通讯技术无线通讯技术 煤煤矿矿井井下下使使用用的的人人员员管管理理系系统统无无线线通通讯讯频频率率采用最多的是采用最多的是2.4GHz。属于微波频段。属于微波频段。 2.4GHz微波的主要特点是：微波的主要特点是： 传播距离远传播距离远 数据传输速率高数据传输速率高 超功耗低超功耗低 传播路径主要为反射方式传播路径主要为反射方式 存在多径效应存在多径效应 电波穿透力较差电波穿透力较差3.2 3.2 2.4G2.4G直序扩频技术直序扩频技术 性能更优越的无线通讯技术：性能更优越的无线通
10、讯技术： 2.4G直序扩频无线技术直序扩频无线技术 采用直序扩频无线的技术：采用直序扩频无线的技术： WiFi通讯：主要用于无线以太网通讯：主要用于无线以太网 Zigbee通讯：主要用于无线传感器网络通讯：主要用于无线传感器网络 专用通讯芯片技术：使用于各种特殊应用专用通讯芯片技术：使用于各种特殊应用3.2 3.2 2.4G2.4G直序扩频技术直序扩频技术v技术原理技术原理 直直接接序序列列扩扩频频（DSSS）是是直直接接利利用用具具有有高高码码率率的的扩扩频频码码系系列列采采用用各各种种调调制制方方式式在在发发端端与与扩扩展展信信号号的的频频谱谱，而而在在收收端端，用用相相同同的的扩扩频频码
11、码序序去去进进行行解解码码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息 。 3.2 3.2 2.4G2.4G直序扩频技术直序扩频技术 在在发发射射信信号号前前引引入入相相应应的的伪伪随随机机扩扩频频码码的的过过程程称称为为扩扩频频处处理理；在在接接收收时时从从信信号号中中移移去去扩扩频频码码，恢恢复复原始数据的过程称为解扩。原始数据的过程称为解扩。 3.2 3.2 2.4G2.4G直序扩频技术直序扩频技术技术特点：技术特点： （1 1）抗干扰性强抗干扰性强 因因为为干干扰扰信信号号不不带带有有扩扩频频因因子子，所所以以被被过过滤滤掉掉。只只有有包包含括频因子的、有用的
12、信号才能接收到。含括频因子的、有用的信号才能接收到。 （2 2）直扩通信速率高直扩通信速率高 直扩通信速率可达直扩通信速率可达 2M，8M，11M。 （3 3）安全性好安全性好 没没有有授授权权的的用用户户不不知知道道扩扩展展原原始始信信号号的的扩扩频频因因子子，所所以以他们无法解码。他们无法解码。 （4 4）抗多径干扰抗多径干扰 多多方方向向的的反反射射信信号号对对无无线线通通讯讯的的影影响响很很大大，尤尤其其是是2.4G微微波波频频段段。这这些些折折射射波波到到达达接接收收端端的的时时间间不不同同而而形形成成多多径径干扰。干扰。 4 4、 人员管理系统网络结构人员管理系统网络结构 网络结构
13、主要有三种：网络结构主要有三种： （1 1）总线式电缆独立组网结构总线式电缆独立组网结构 （2 2）总线式光纤专网组网结构总线式光纤专网组网结构 （3 3）工业以太环网组网结构工业以太环网组网结构4.14.1总线式电缆独立组网结构总线式电缆独立组网结构4.2 4.2 总线式光纤专网组网结构总线式光纤专网组网结构4.34.3工业以太环网组网结构工业以太环网组网结构4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介绍 矿矿井井人人员员管管理理系系统统能能融融合合井井下下人人员员定定位位管管理理和和矿矿井井机机车车管管理理系系统统为为一一体体，做做到到对对下下井工作人员及车辆的有效监测与科学管理。井工作人员及车
14、辆的有效监测与科学管理。系统构成：系统构成： 地面监控中心：包括监控主机，系统软件等地面监控中心：包括监控主机，系统软件等 传输平台：包括数据接口，以太网交换机等传输平台：包括数据接口，以太网交换机等 无线信号及数据采集设备无线信号及数据采集设备 移动目标标识卡移动目标标识卡4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介绍v地面监控中心地面监控中心 负负责责整整个个系系统统设设备备及及人人员员检检测测数数据据的的管管理理、分分站站实实时时数数据据通通讯讯、统统计计存存储储、屏屏幕幕显显示示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。 4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介
15、绍矿井人员管理系统矿井人员管理系统 完完成成人人员员信信息息编编码码采采集集、识识别别、编编辑辑、远远程程数数据据联联网网上传、上传、WEB发布等功能。发布等功能。 数据传输接口数据传输接口 数数据据传传输输接接口口是是人人员员管管理理系系统统井井上上的的组组成成部部分分，与与井井下设备进行通讯。下设备进行通讯。 4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介绍v井下无线信号及数据采集设备井下无线信号及数据采集设备 包包括括人人员员定定位位分分站站、动动态态目目标标识识别别器器、人人员员标标识识卡卡、矿矿用用电电源源箱箱等等作作为为井井下下人人员员信信息息无无线线检检测测处处理理的的基基本本单单元元。
16、在在井井下下主主巷巷道道、分分支支巷巷道道和和监监测测点点等等区区域域采采用用人人员员定定位位分分站站+矿矿用用本本安安电电源源+动动态态目目标识别器等连接方式监测井下人员的情况。标识别器等连接方式监测井下人员的情况。4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介绍读卡分站读卡分站v 收收集集识识别别器器的的采采集集数数据据，上上传传至至中中心心站站，与与中中心心站站采采用用两两芯芯电电缆缆相相连连，与与识识别别器器采采用四芯电缆相连。用四芯电缆相连。 隔爆兼本质安全型电源箱隔爆兼本质安全型电源箱 v 隔隔爆爆兼兼本本质质安安全全型型电电源源箱箱是是为为煤煤矿矿井井下下本本质质安安全全型型设设备备提提供供本本质质安安全全电电源源，具具有有备备用电源功能的稳压电源。用电源功能的稳压电源。4.4 4.4 整体结构介绍整体结构介绍动态目标识别器动态目标识别器 v采采用用2.4G无无线线通通讯讯技技术术，抗抗干干扰扰能力强能力强人员标识卡人员标识卡 ：v采采用用DSSS直直序序扩扩频频通通讯讯方方式式，抗干扰能力、抗多径效应能力强抗干扰能力、抗多径效应能力强 具备双向呼叫功能具备双向呼叫功能4.5 4
