人员定位监测技术在矿井限员工作中的应用

程文岭

摘要：煤矿井下生产是高危作业，由于劳动比较密集，对井下人员工作的管理较为困难。煤矿的安全生产是保障企业发展的基础，井下人员定位系统在煤矿企业的安全生产中起着重要的指导作用。文章首先介绍了井下人员定位系统的构成以及工作原理、其次分析了现阶段我国井下人员定位系统的发展现状、最后概述了井下人员定位系统在安全生产中的作用，通过在煤矿企业中运用井下人员定位系统，为更好指导井下工作人员的作业奠定一定的理论依据。

关键词：井下作業;人员定位系统;安全生产

在企业人文关怀不断凸显的当下，安全作业成为煤矿企业开展工作的主要方向。在科学技术不断兴起下，井下人员定位系统在煤矿企业安全生产中得到广泛的应用。为了更好的在煤矿井下进行安全生产、帮助煤矿企业提高抢险救灾的工作能力、保障安全作业的高效运行，井下人员定位系统越来越多的受到煤矿企业的关注。因为井下人员定位系统不仅能通过现代化的科技手段追踪定位，而且能有效的改变现阶段煤矿企业对井下作业人员管理落后的局面。所以为了减少安全事故、避免安全隐患等灾难的发生，煤矿企业可以充分利用井下人员定位系统，其在井下安全生产中的应用也有利于煤矿企业实现自身的健康稳定发展。

1 人员定位系统概述

1.1人员定位系统概念

人员定位系统是人员自动考勤、跟踪定位、灾后应急、日常管理等煤矿井下管理系统的综合集成。人员定位系统能够实现煤矿巷道远距离移动目标的非接触式信息采集，自动识别人员、车、物的不同运动状态，并将人员设备的状态实时传输给地面计算机管理系统，为煤矿管理人员提供决策依据。在煤矿企业中应用人员定位系统，可以方便管理人员更加直观的收集与整理井下作业人员的信息，掌握所有井下工作人员的活动轨迹和具体位置，从而在出现突发情况时第一时间了解井下的实际情况，快速制定科学合理的应急方案，减少井下作业的安全风险，进一步提高煤矿企业井下管理工作水平。

1.2人员定位系统的特点

（1）可靠性。系统服务器具备全功能软硬件热备和实时切换功能，能够保障系统安全可靠运行，系统具有断电后继续工作至少2h的能力。在系统设备发生故障时应及时监测故障点并向控制中心报警。可靠性还包括数据的正确性、一致性与完整性。（2）实时性。系统必须对各种突发事件及时反应、及时报警、及时记录事件信息，并配合其他避险系统做出反应。（3）安全性。系统遵守了HIPAA和PCI标准，基于MAC认证、入侵检测、AAA/Radiusserver （WPA/WPA2）和热点安全访客接入。状态包检测防火墙提供保护、防范服务攻击，同时优化了网络的流量。系统具有防止篡改实时数据和历史数据等存储内容（参数设置及页面编辑除外）功能。所有操作员必须在系统管理员允许下才能登陆系统，在界面上不能对任何数据进行编辑修改，数据库里的数据也受密码保护。系统具有良好的冗余、容错和故障自愈能力，无线信号具有良好的抗干扰能力。

1.3井下人员定位系统的组成

井下人员定位系统主要有以下的两个部分组成。第一：地面部分，它通常是由主控调度的服务器、液晶组合屏、主机组成。通过工业级别的以太网光纤路由器实现主机和主控调度的服务器之间的联系。视频线通常连接主机和液晶组合屏，主要作用是实现视频转换的功能，传播井下作业人员的实时视频的数据定位，以便更好的掌握井下作业人员的实际情况。第二：井下部分，主要的设置包括各分区的系统基站、无线射频读卡分站等，通过RS458标准的数据线实现各基站和无线射频读卡分站的有效连接。通过光纤将井下各分区基站和地面的主控室以太网的光纤路由器进行连接，这样能有效的将地面部分和井下部分进行紧密的联系。依据以上的连接方式，形成了完整的井下人员定位系统，保障了井下作业人员的安全[1]。

2.井下人员定位系统的工作原理

井下人员定位系统的工作原理主要是针对井下作业人员，在矿井的每个通道的岔口，在固定的距离、各工作的入口处、主要的施工区域、危险警示区内安装无线射频读卡分站。同时还必须要求每一位井下工作人员随身携带具有自己身份信息的识别卡，当工作人员通过安装有无线射频读卡分站区域时，随身携带的识别卡就会自动激活，这时无线射频读卡分站会将读取的工作人员的身份信息，传输到地面的人员定位服务器中。定位系统通过已经被后台处理过的数据，能准确的把该工作人员确切的位置信息显示在地图软件上，依据此种方式，地面调度室能准确的掌握井下作业人员的位置。

2.1系统原理

（1）硬件

无线射频读卡分站上安装有动态目标识别器，产生的低频编码电磁波信号可以激活一定区域内的身份标识卡，被电磁波激活的标识卡可以发射加密高频载波信号，系统的信号接收器接受高频载波信号之后进行解密和校验，分站嵌入式处理器进行信号处理之后，发送回执。系统显示屏幕上会显示出下井工作人员的相关信息，且发出声音提示，所有采集到的人员信息都存入通讯缓冲区等待通讯。

（2）软件

井下人员定位系统采用三层软件结构，分别实现数据的采集分析、存储、应用功能，三个层次之间相对独立但是联系密切，单一部分的改变不会对其他层次产生影响，因此系统的使用、升级维护工作都比较方便。软件运行在Windows环境，有良好的兼容性，并且使用优化算法解决了无网络局部刷新、智能合班、终端归并等难题。

（3）逻辑结构

煤矿井下人员定位系统主要有地面计算机、系统软件、网络、人员定位分站、动态识别器、人员标识卡等功能结构。监控中心的核心功能是收集全部定位数据、数据分析处理、存储、屏幕显示、人员查询、画面编辑。系统软件主要负责收集人员信息编码、识别/处理数据、显示数据、存储、查询以及打印报表。网络数据传输使用光纤通信，无线射频读卡分站连接的动态目标识别器用于获取人员定位信息，同时和定位主机完成数据传输。人员标识卡是井下工作人员唯一的身份认证编码信息，无线信号激活标识卡之后，将发送编码数据给动态目标识别器。现在常见的人员标识卡主要有矿灯式、矿帽式、卡片式等。

2.2功能实现

（1）监测

人员定位系统能够监测井下工作人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻，准确识别电机车等运输工具搭载的工作人员，一次性识别多个进入某一区域的识别卡，还能够识别标识卡是否工作正常以及工作人员是否携带唯一标识卡。系统还可以连续监测写卡人员的位置，当识别卡电量不足2.0V，目标动态识别器将会向系统发送低电量通知，系统将向操作员发出警报。

（2）管理

a.考勤

系统能够记录并统计携卡人员下井次数、出入井时刻以及下井时间，获得单个工作人员的班数、班次以及迟到早退情况，能够自动统计、存储、生成报表，为考勤工作提供详实的基础信息。

b.安全管理

系统能够使用不同的标识、模拟图形以及颜色动态监测超时人员/超员人员、重点区域出入人员/数量/时间、限制区域出入人员/数量/时间、滞留时间/工作异常人员/时间、人员井下路线，了解所有异常情况，判断是否存在安全风险并通知管理人员及时纠正。

3.现阶段我国井下定位系统发展存在的问题

井下人员定位系统凭借着自身的优势，被广泛的应用到矿井作业中。在应用的过程中可能会出现不同的问题，一方面，井下的环境不像地面的环境便于观察，它通常可视度较低、周围的地形条件复杂、再加上井下作业时机器噪音较大，即使在出现危机情况，地面调度人员向井下工作人员通过无线射频读卡分站发出的警示声音，也不容易被察觉。另一方面，多数的井下工作人员为了应付井下考勤系统，可能出现一人携带多卡、一个人员帮助多个工作人员打卡的现象，这样地面调度工作人员就不能对井下的作业人员进行准确的定位，一旦发生安全隐患不能及时发现，造成了事故灾难的发生。

4.井下人员定位系统在安全生产中的作用

4.1井下人员的查询和监控

煤矿企业给每位员工配备的识别卡，人员定位系统能够甄选井下工作人员的身份，身份的识别能帮助煤矿企业实现权限管理，能够有效的防止非该煤矿企业的人员进入。可以通过井下人员定位系统软件中的“所在部门”、以及“所在区域”查询到井下人员的实时工作信息。在井下人员定位系统的综合操作平台中，可以通过实时的动态监控准确的了解井下工作人员的信息，以及各工作区域人员的整体分布情况，对于井下工作人员的姓名、职位、下井时间等都能准确的掌握，严格规范井下作业的施工行为，避免安全事故的发生[2]。

4.2井下报警

在井下报警系统中，主要是系统的自动报警以及人员的报警。对于系统的自动报警来说，在人员定位报警中，按照矿区管理条例对井下作业超过八小时的工作人员，系统会进行自动的报警。工作人员在进行工作的过程会导致安全系数的不断攀升，这时候系统的超过工作时间就自动提示的超时警报，保证井下工作人员的人身安全。对于人员警报来说，如果井下的作业人员，在工作中遇到危险事故发生的时候，也可以在自己的识别卡上按“呼救”键进行报警求救。在煤矿企业生产中使用井下人员定位系统能帮助搜救人员准确的找到发出警报人员的地理位置信息，能更好的组织救援。

4.3井下人员考勤

在井下人员定位系统中，建立井下人员的考勤制度。将员工的姓名、年龄、工作岗位、岗位级别等基础信息全面的输入到考勤数据库中。建立井下员工基本信息数据库，是完善井下人员定位系统考勤制度的重要环节。井下工作的全部人员都要佩戴含有自身基础信息，且能被无线射频读卡分站读取的识别卡。实现人员信息的有效传输、监控、查询，更科学的连接信息网络和数据库。使用该系统的企业可以随时进行需选择和组合查询员工的考勤信息。井下员工的考勤表不仅仅能如实的反应员工上下班的真实情况，而且是作为员工考勤的重要内容依据，这些信息内容，企业可以直接的通过计算机打印、也能进行在Excel中导入。需要注意的是，考勤信息的内容主要包含识别卡的卡号、作业员工的工号、姓名、下井时间、位置、工作时长等信息。

4.4井下限制区域警示

在各个矿井中都存在着非常危险的限制区域，煤矿企业可以让有关部门对井下的区域进行危险系数的监测，帮助煤矿企业设定井下安全风险较高的区域，针对该区域，设置井下人员定位系统的限制区域报警系统，和上文提到的井下报警系统的工作原理较为相似。当工作人员误入限制区域时，警示系统会自动发出危险警报提示，对闯入限制区域的工作人员信息包括姓名、位置等准确的发送到系统，井下矿区的巡查人员接到报警提示人员的信息后，立刻按照井下作業的安全管理步骤，找到工作人员，并将其安全带离该危险区域，避免事故发生[3]。

4.5井下救灾

在矿井中进行救灾演习或者真实的事故发生时，这时井下人员定位系统的优势就显现出来，对于井下受到灾害影响的设施以及工作人员等，能够实现快速的查询，在搜救人员的帮助下，将人员带离事故危险区域。还可以使用井下人员定位系统进行确认，工作人员是否已经进行全部的安全撤离，能有效的避免事故的再次发生造成工作人员的二次伤害。在井下矿区发生水灾或者是遇到火灾事故时，可以通过地面人员定位系统显示可能危及的井下区域，制定科学的解决方案，高效率的开展井下工作人员的救援工作。在井下人员定位系统中不仅要进行人员定位而且还要对井下的工作的车辆等设施进行定位，形成完整的安全体系。

结语

井下人员定位系统的应用极大的提高了煤矿企业生产的安全调度工作效率、减少了传统的检查方式落后忽视的安全隐患问题、在根本上预防了由于井下工作人员超时引发的事故灾难，在科学技术手段的不断应用之下，全方位的提高了矿井的预防灾难事故发生的能力、帮助煤矿企业更好的发展、为其带来更高的经济效益。

参考文献：

[1]鲍捷，祝颖，欧仁侠.有色金属矿井下人员定位系统应用研究[J].世界有色金属，2017，（19）：28-28.

[2]徐刚，张坤，胡艳芳.有源RFID技术在大红山煤矿井下定位系统中的应用[J].现代煤矿企业，2015，（1）：207-209.

[3]向军.井下人员定位系统在安全生产中的应用[J].采矿技术，2015，15（5）：82，98.