张　玉

（山西晋煤集团金鼎公司，山西晋城048006）



信息化矿灯及调度管理系统在煤矿中的应用

张玉

（山西晋煤集团金鼎公司，山西晋城048006）

摘要:针对旧式酸性蓄电池矿灯照明时间短，重量大，灯泡易坏，防爆性能低等问题，设计了一款本质安全型信息化矿灯，并将无线通信、紧急呼叫、语音调度、短信调度、拍照上传、人员定位等现代最新的通信技术和信息化技术与矿灯结合在一起，基于GIS的人员管理和应急指挥系统软件，构成调度管理系统，进一步提高了矿山安全装备和防灾应急水平。

关键词：信息化矿灯；本质安全型；调度管理系统

矿山安全取决于管理和技术手段，如何把“六大安全避险系统”中的人员定位、通信联络有效组织结合起来，当预警发出后，能立刻把调度的撤离疏散指令通知到每一个井下工作人员，最大限度地减少人员伤亡，是我们一直在探索和努力要做到的事情[1]。

矿灯是下井人员必须佩戴的照明器具，和下井人员的人身安全密不可分，而无线通信、人员定位、语音、图像数据传输的相关技术已经在煤矿井下应用多年，也是建立信息化矿井不可或缺的技术手段。煤矿多年应用的无线通信、人员定位、语音、图像数据传输的相关技术已经是非常完善、可靠的矿井信息化技术平台[2]。

如果把无线通信、紧急呼叫、语音调度、短信调度、拍照上传、人员定位等现代最新的通信技术和信息化技术与每个矿工必须携带的矿灯结合在一起，设计一款本质安全型的信息化矿灯，将会完美地解决紧急时刻不能把调度指令快捷地下达给每一个井下工作人员的问题，以最大限度地保障井下工作人员的人身安全。

1　信息化矿灯及调度管理系统

本系统是以信息化矿灯为载体，实现了下井人员的井下照明、人员定位、调度语音指挥、调度短信调度，井下人员紧急报警呼叫调度、拍照上传调度等应急调度功能。尤其是把六大系统（监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通信联络和紧急避险系统）中的“人员定位”和“通信联络”无缝融合，从而实现当预警发出后，能立刻把调度的撤离疏散指令或其他应急响应指令通知到每一个井下工作人员，最大限度地减少人员伤亡，在紧急时刻发挥最大作用。

图1为系统结构图，主要由以下三个部分组成：本质安全型信息矿灯、本安型无线基站、基于GIS的人员定位和应急指挥系统软件（以下简称系统软件）、隔爆兼本安型直流稳压电源、服务器和PC机等。

图1　系统结构图

1.2本质安全型信息矿灯

在我国，矿灯一直是作为一种特殊防爆型式的产品存在的,这类矿灯达不到本质安全型的要求，存在失爆的隐患。本系统中的本安型信息矿灯属于Ia级安全级别的设备，能够在任何场所安全使用[3]。图2为信息化矿灯电气原理框图。

图2　信息化矿灯电气原理框图

本安型信息化矿灯由灯头、线缆和电池盒构成。灯头内设有LED主、辅光源，可固定在矿用安全帽上，照射角度120°，大于传统矿灯的80°。电池盒主要由本安锰酸锂离子电池、RFID模块、WIFI通信模块、液晶显示屏、按键、麦克、喇叭、摄像头等部件构成，蓄电池与其它部件分腔放置，其它部件由锰酸锂离子电池供电，通过通讯板控制供电。

矿灯电池盒上盖上面板有液晶显示屏和4个按键，4个按键分别为：向上键、向下键、对讲键和拍照键；侧面板有2个按键，分别为开关机键和复位键。开关机键用于打开或关闭通讯卡电源，复位键可以实现快速关机。USB通信接口用于实现与其他电子产品或PC机的USB有线通讯，以便实现数据的移动、存储和相关程序的下载升级。

对麦克进行了防护处理，讲话时，把防护罩打开，讲完话再盖上。对照相机的摄像头进行了散光和和聚光处理，保证在井下照相时，不会出现白光。

矿灯能够接收矿用本安型无线基站发送的不超过30个汉字的文字短信，文字在黑暗环境中0.5 m处清晰可见，可按“向上”或“向下”键查看接收到的信息。能够接收矿用本安型无线基站发送来的不超过128 K大小的音频文件，接收完毕后自动播放，播放音频时距离矿灯1 m处的声级强度应不小于70 dB（A）。

按电池盒盖上任意键点亮屏幕，按住“对讲”键，当听见“滴”的一声表示开始录音，对着麦克讲话，矿灯将会进行录音，松开“对讲”键表示录音结束，录音完毕后通过矿用本安型无线基站将信息发送到调度主机。

图3为信息化矿灯结构示意图。矿灯有手动拍照和接受指令拍照两种模式。手动拍照：按任意键点亮屏幕，长按“拍照”键辅助照明灯亮起，之后伴随照相“咔嚓”声表示拍照完成，所拍图像自动通过矿用本安型无线基站发送到调度主机。接受指令拍照：接受矿用本安型无线基站发送来的拍照指令，辅助照明灯亮，进行拍照，并自动将拍摄的图片通过矿用本安型无线基站发送到调度主机。

图3　信息化矿灯结构示意图

为节省电量，开机后只允许累计拍照20张、累计播放语音文件10 min、累计录音2 min。

信息化矿灯的具体技术参数如表1、2、3所示。

表1　矿灯主要技术参数

表2　标识卡主要技术参数

表3　通讯卡主要技术参数

1.3本安型无线基站

无线基站内置双频WIFI模块、RFID读卡模块、工业交换机模块，在井下变电所、胶带机头、车场、避险场所、工作面、大巷等安装。基站最多可以布置4根定向天线指向4个不同的方向，这样可以解决拐弯或三叉口无线信号无法覆盖的问题。无线基站通过带后备电源的隔爆兼本安型直流稳压电源供电。无线基站之间通过光缆连接构成冗余环网，也可以接入矿上已安装的工业以太网上。无线基站内置双频WIFI模块、RFID读卡模块、工业交换机模块，可以与矿灯等无线终端进行WIFI通信和RFID读卡定位。本质安全型信息矿灯通过本安型无线基站实现与地面人员管理与应急指挥系统通信，实现人员定位和应急语音及短信指挥。

1.4系统软件

地面基于GIS的人员管理和应急指挥系统软件，综合了RFID区域快速定位和WIFI辅助实时定位算法，可实现了人员的精确定位。系统可以在电子地图上显示下井人员某一时刻所处的位置以及某一时段内的活动踪迹，从屏幕上监测整个采区或矿区范围内井下人员实时分布情况，通过数据分析，根据需要迅速进行人员的合理调度，实现井下有限资源的优化配置。也可以对矿工个人基本情况进行设置和查询；对下井人员的下井次数、井下停留时间等信息进行分类统计，进行考勤查询。系统还可以进行相关中长期数据储存和有关报表的打印输出，为人员出勤和人事管理考核提供依据。

1.5隔爆兼本安型直流稳压电源

隔爆兼本安型直流稳压电源为无线基站进行供电，具体参数如表4所示。

表4　主要技术参数

2　本系统主要功能

调度管理系统主要功能如表5所示。

表5　调度管理系统主要功能

3　应用实效

目前，该系统已经在晋煤集团寺河矿二号井进行工业性试验。通过该设备的应用，使得煤矿下井人员的管理控制更加直观快捷，大大提高了管理水平和生产效率，节约了人力资源，减少了经济投入，节约了成本，提高了经济效益，同时充分发挥系统的安全保障作用，减少人身伤害，具有巨大的社会效益。

参考文献：

[1]臧财运.新型多功能矿灯的探讨[J].煤矿机电，2003（5）：64- 66.

[2]沈娟，刘水英.矿灯管理信息系统研究与应用[J].煤炭科技，2007（4）：37- 38.

[3]公文礼.本安型信息矿灯的研制与应用[J].电气防爆，2014（4）: 37- 40.

（编辑：刘新光）

Application of Information Miner’s Lamp and Operation Management System in Mines

ZHANG Yu
(Jinding Co., Ltd., Shanxi Jincheng Coal Group, Jincheng 048006, China)

Abstract:An intrinsically safe information miner's lamp is proposed to solve the problems of acid battery miner's lamp, including short illumination time, heaviness, perishable bulbs, and poor explosion- proof performance. The new technology combines miner's lamp with advanced information and communication technology, such as wireless communication, emergency call, voice dispatching, SMS dispatching, photouploading, and personnel positioning. An operation management system is based on GIS personnel management software and emergency command system, which further improves the safety equipment and disaster prevention ofmines.

Keywords:information miner's lamp; intrinsicallysafe; operation management system

作者简介：张玉（1983-），女，山西陵川人，硕士，助理工程师，从事煤机模式识别与智能系统研究与应用工作。

收稿日期：2015- 09- 30

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.002

文章编号：1672- 5050（2016）01- 0005- 04

中图分类号：TD621

文献标识码：B