栗俊珉，陈 博

1山西三元福达煤业有限公司 山西长治 046300

2太原科技大学 山西太原 030024

随着煤炭需求量的增长，煤炭企业加速推进信息化、智能化建设。矿井水仓作为煤矿排水系统的重要设施，用来沉淀泥沙延长水泵使用寿命和正常排水，因此保证水仓的有效容水量意义重大。

水仓通常安装机械门锁，机械门锁存在开启费时、紧急情况下来不及找钥匙、工作时瓦斯监测不及时、风机响应慢瓦斯超限以及作业人员中毒伤亡等问题。

智能门禁技术成熟，广泛应用于楼宇与办公室等场合，目前只有少数煤炭企业采用智能水仓门禁。智能水仓门禁通过红外行人检测实现刷卡开门，远程开门，语音通信，同时检测瓦斯浓度，及时通风，保证人员安全。

1 智能水仓门禁的结构设计及功能实现

1.1 智能水仓门禁

智能门禁由 LED 屏、通信、电源、无线监控、射频读卡器、控制器以及电磁锁组成，上位机通过工业以太网、交换机与控制器进行数据通信，控制器对射频读卡器、电磁锁进行信息传递与控制，实现地面调度室远程控制电磁锁，从而启闭智能水仓门禁并显示其状态，设置通信设备以及视频监控[1-2]。

1.1.1 矿用智能门禁系统的工作原理

当瓦斯浓度正常时，风机处于停止状态，人员刷卡时风机启动运行 2 min，智能门禁打开。电磁锁关闭后风机延时 2 min 停止，人体热释探头探测硐室内有人员活动，则发送控制信号启动风机并让智能门禁保持开启状态。

当瓦斯浓度超标时，声光报警装置工作提醒人员离开硐室，风机自动启动运行。当红外检测装置检测到硐室无人时，智能门禁关闭，禁止人员入内，此时刷卡无效。瓦斯浓度正常才能刷卡进入，智能门禁打开后风机运行。

智能门禁系统还具有远程对讲控制与事件记录功能。井下作业人员可与地面监控室进行通信，信息确认发出指令远程开启智能门禁，同时记录此次操作信息。远程开启智能门禁后风机自动启动执行上述相同步骤。智能门禁系统工作流程如图 1 所示。

图1 智能门禁系统工作流程

1.1.2 智能门禁的数据传输

智能门禁由通信系统和远程控制系统两部分组成，通信系统是基于 TCP/IP 协议进行数据传输，实现控制器与地面调度室的数据交互实现网络控制；智能门禁系统依靠射频识别技术 (Radio Frequency Identification，RFID)，读卡器读取射频卡信息，识别权限决定是否打开电磁锁[3]。

交换机与工业以太网负责传感器与控制器之间的信息传递与交换、远程控制。控制器通过传感器的数字信号进行扩频调制、传输，控制电磁锁，并显示其工作状态。视频监控通过 DVR 由以太网直接与上位机互通。设备联网至以太网网络拓扑结构，通信设备直接就近接入网络交换机端口实现联网，其工作流程和系统如图 2 所示。

图2 智能门禁系统

1.2 智能监测

为实现水仓内有人员作业时风机可靠连续工作，采用红外探测对人体热量红外光进行收集成像，进行预处理和局部双阈值图像分割处理，利用一维 Haarlike 特征作为头部次级筛选，采用 HOG 作为行人复杂特征的描述算子，判断行人与识别[4]。

红外成像探测器下置俯仰角可调安装底座，便于监测区域调节，内部设计有温度保护电路，传感镜头前安装有红外窗口，红外窗口的前方设计有除尘雨刷和风扇，保证采集图像的质量和系统的正常运行。

1.3 智能门禁系统的防通风中断和智能控制

作业人员在水仓区域作业时，保证正常通风，设计中心处理器对各子模块的控制，采用四路继电器控制子模块的通断枢纽，输入 12 V 直流电压，内置过流和反接保护，控制电流不超过 10 A、功率 2 000 W电路。

2 应用效果

本项目以三元福达煤业有限公司的水仓安全管理为研究背景，采用智能控制设计与现场试验相结合的方法，提出了一种水仓智能安全管控系统，具有操作简单、反应灵敏、较高的可靠性，并取得了良好的应用效果。

(1) 系统刷卡风机启动 2 min 打开门锁保证了硐室内部含氧量。

(2) 自动开启智能门禁前采集瓦斯传感器状态信号，判断是否可以打开智能门禁，避免工作人员在瓦斯超限的工况下进入水仓。

(3) 正常情况由刷卡来控制风机的启停，能够避免非持卡工作人员误停风机的情况。

(4) 热释传感器保证硐室内部有人活动不会停止风机和门禁闭锁，当智能门禁关闭，操作人员需要等待 2 min 后确认硐室内部没有人员时，刷卡后才能停止风机。

(5) 未刷卡使用智能门禁时风机立即启动，智能门禁关闭 2 min 后，风机停止。

(6) 智能门禁系统还具有远程对讲控制与事件记录、就地端与地面视频对讲功能，确认准许进入后，可由地面控制中心远程开启智能门禁。

(7) 智能门禁系统配备有 LED 显示屏，便于判断当前系统正常状态和“瓦斯超限禁止进入”的故障工况。

3 结语

基于智慧矿山的发展理念，就矿业水仓作业安全问题提出一种矿用水仓智能安全管控系统，整体包括门禁与通风两个方面，实现二者的智能联动，充分保障了作业人员的环境安全，在便捷了作业人员出入方式的同时，又避免了其他人员误入的问题。该智能管理系统自动化程度高，在节省人员、预防和避免水仓安全事故上具有一定的借鉴和推广意义。