智能科技评职论文浅析林南仓矿井智能联锁放炮监控系统

　　摘要：KJ387型本质安全型智能联锁放炮监控系统(简称：放炮监控系统)是针对放炮是矿山“第一杀手”、放炮引起的重特大事故占60%左右、放炮事故每年造成大量人员伤亡而研发。遵循矿井监控系统“三级智能，两级通讯”的结构，沿人机数据信息采集、收集、传输与处理的流程，并针对林南仓矿井实际提出设计方案，通过具体应用，结果表明设计方案正确、可行，智能联锁放炮监控系统在林南仓矿井得到了应用。安装该系统能够实现“本质安全，不安全就不能放炮”。

　　关键词：智能科技评职论文,期刊投稿,KJ387,智能联锁,本质安全,放炮监控

　　一、前言：

　　林南仓矿为加强井下放炮过程中的安全，减少放炮崩人事故和放炮时发生瓦斯爆炸概率，2010年设计、安装放炮监控系统，系统采用KJ387型本质安全型智能联锁放炮监控系统。

　　该系统型由放炮监控终端(FD-200LS)、放炮监控卡(KJ225-k)、放炮监控数据传输装置(KJ225-J简称传输接口)、安全位置定位器、数据传输电缆、地表主机、避雷器等组成，其主要特点如下：

　　1.全面监测监控放炮的功能：

　　1)中心管理功能

　　井下所有的放炮地点均由放炮管理中心统一管理。地面可以对放炮实施过程进行全面监测、监控。

　　2)不安全就不能放炮功能

　　放炮监控终端中预先设定允许放炮的环境条件(三人联锁、安全距离、网络电阻、安全区域是否有人、瓦斯浓度、煤尘浓度、风速、风电闭锁等)当需要放炮时，管理中心工作人员将现场监控系统的环境参数通过网络传到现场放炮监控终端中，与放炮监控终端中的预设参数作比较，条件符合时，允许放炮，否则终止操作。

　　3)信息管理功能

　　管理中心通过网络将信息采集到管理主机，对放炮信息数据进行集中管理，并可以对数据进行分析，以便于制定更有效、更具有针对性的措施，保证放炮的安全。

　　4)放炮监控终端集中管理功能

　　管理中心对每一台合法的放炮监控终端进行备案(每一台放炮监控终端都具有唯一的识别号)，可以对每一个放炮地点进行查询。矿务局等相关单位也可以通过网络，对每一个放炮地点进行查询。

　　2. 安全可靠：

　　本系统井下传输信号采用本安信号, 低电压、功耗低、地表井下信号传输采取光电隔离措施，所有井下设备均为本安设备，确保煤矿井下安全使用;井上采取防雷电措施，确保系统各设备的安全。

　　3. 集成度高：

　　本系统采用了高度功能集成，用较少的设备使系统具有了数据采集、存储、巡检、远程传输等多种功能。

　　二、智能联锁放炮监控系统监控原理

　　煤矿井下智能联锁放炮监控系统是由地面监控中心站主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，放炮前对井下安装的无线数据传感器进行数据巡检和信息采集，无线数据传感器将自动采集有效识别距离内的标识卡的信息，通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将井下放炮点附近人员动态、放炮迎头瓦斯浓度、粉尘情况、语音信息在主计算机程序界面中得以实时反映，并对井下发爆器下达指令，从而实现井下安全安全放炮在井上数字化管理的目的。

　　(一) 系统实现的基本原理为：

　　放炮安全距离不够，就不能放炮，从而确保放炮的安全距离。

　　定位功能是通过放炮监控终端(FD200LS)和安全距离定位器综合作用实现的，使用时要在规程规定的安全距离外10米位置处设定一个安全距离定位器，放炮监控终端(FD200LS)与安全定位器的通讯的有效距离为3-5米，只有当放炮监控终端接收到设定的安全距离定位器发出的信号时，才能启动进入工作状态，否则，不工作。以此来确定安全距离不够就不能放炮。

　　(二) 不三人联锁，就不能放炮，确保放炮时，责任人必须到现场完成自己的职责。

　　系统通过语音识别和射频识别两种途径实现三人联锁放炮的。

　　音频设别技术，是基于每个人的音频不同这一事实完成的。系统首先需要对有关放炮责任人(例如放炮员、班组长、瓦检员、安全员等)的音频信息分类录入，并对录入信息进行训练，确保系统的设别。系统工作时，依次识别有关责任人的音频信息，当发现你不是对应类别人员、或者不是设定人员时，拒绝下一步操作，从而实现联锁目的。

　　射频识别作为一个辅助识别技术，每次人员操作，首先刷卡(安刷卡按钮)，刷卡通过后，才进行语音识别，防止感冒等特殊条件下语音失真影响辨别。语音识别的流程如下图。

　　(三) 网络电阻超限就不能放炮

　　放炮监控终端本身具有电阻测量功能，放炮前按照程序要求对母线电阻和网络电阻进行测量，发现不合格时，系统自动终止操作。

　　不合格状态有下列五种情况：

　　1) 网络电阻值小于2欧姆，说明系统就近短路，不能放炮。

　　2) 母线电阻大于20欧姆，母线不合格，不能充电放炮。

　　3) 当网络电阻超过标准值时(1220欧姆)，放炮监控终端自动闭锁，不能充电放炮;

　　4) 当电阻值小于标准值，但是一直在波动，说明接线不牢，不能放炮!

　　5) 网络电阻虽然没有超限，但是，阻值不断增加，说明母线或者脚线落水，容易出现瞎炮，放炮监控终端自动闭锁，不能放炮。

　　(四) 瓦斯超限，就不能放炮

　　智能联锁放炮监测监控系统直接读取安全监控系统中的设定位置的瓦斯数据，超标时，放炮监控终端将终止作业。系统也可以直接读取现场专用瓦斯便携仪的数据，实现对系统的控制。

　　(五)煤尘超限，就不能放炮

　　智能联锁放炮监测监控系统直接读取安全监控系统中的设定位置的煤尘数据，超标时，放炮监控终端将终止作业。

　　2.6 喷雾设施没有打开，就不能放炮

　　智能联锁放炮监测监控系统直接读取安全监控系统中的设定位置的喷雾开关数据，超标 时，放炮监控终端将终止作业。

　　2.7 有人在危险区域，就不能放炮

　　就是在警戒区域放炮监控器，进入区域的人员必须携带放炮监控卡，系统以此判断危险区域是否有人，如果有人，放炮监控终端就不能充电、不能放炮。

　　人员监控的方式可以为门禁式也可以是全境监控式。

　　2.8 无风，就不能放炮

　　系统接收安全监控系统风速传感器的数据，风速小于规定或者无风，系统自动闭锁，不能放炮。

　　2.9 工作面动力电源没有停电，就不能放炮

　　系统自动接收安全监控系统电源开关是否关闭的信号数据，如果没有停止供电，系统自动闭锁，不能放炮。

　　2.10 放炮监控终端本身电量不足，就不能放炮

　　系统开机自动检测放炮监控终端电量，电量不足，不能放炮，以免出现瞎炮。

　　对于瓦斯、煤尘、喷雾、供电、风速等数据，系统可以无线接收有关传感器(经过无线传输改良的)的数据，并实现监控目的。

　　系统可以增加或者减少具体矿井的控制因素数量，满足具体矿山要求。例如，为了控制突出区域的放炮作业，可以采用微震传感器的数据，实现对放炮的控制。

　　2.11 “一个监控”实现的原理是

　　KJ387系统是一个完整的监测监控系统，井下数据通过有线传输到达地面指中心，地面指挥中心的数据和命令通过线路传输到井下，从而实现地面的监控。地面指挥中心可以监控井下放炮的全部过程，也可以实时控制放炮作业。

　　三、系统数据传输与安全放炮的实现

　　设计按照大型监控系统传感器—分站—中心站三级智能，传感器与分站、分站与中心站两级通讯”的结构，并针对林南仓矿井的实际沿人机数据信息的采集、收集、传输与处理展开设计。

　　本系统适应能力强，原来的设计有232\485\CAN\TP\IP等数据接口，可以使用光纤或环网。

　　3.1 232\485\CAN\TP\IP等数据接口与放炮监控终端的传输：

　　1) 地面主机与传输接口间的数据传输

　　a)传输接口： RS232;

　　b)传输信号方式： 半双工、串行异步传输;

　　c)传输电缆： 标准计算机通讯电缆;

　　d)传输速率： 4800 bps;

　　e)最大数据传输距离： 15 m;

　　2) 放炮监控终端与传输接口间的数据传输

　　a)传输信号方式： 串行、异步传输;

　　b)传输电缆： 矿用通讯电缆(MHYVR1×2×7/0.52);

　　c)数据传输通道： 1 路;

　　d)传输速率： 9600 bps;

　　e)误码率： ≤ 10-8;

　　f)最大通讯距离： ≥ 10 Km;

　　g)最大通讯电流： ≤ 30 mA。

　　3.2 放炮监控终端与光纤或环网间数据传输：

　　3.3 其中放炮截人系统的原理详见下图：

　　图3-2为我矿二水平轨道平石门附近的局部俯视图，从图上可以看出各个截人点的位置，信号接收装置安放位置，以及允许炮工响炮的位置。每个下井的员工都佩戴有一个专门的人员识别卡，当响炮时，一旦放炮截人区域内有人，发爆器就会提示炮工“放炮区域内有人，请确认”，并且发爆器无法充电响炮。

　　瓦斯检查系统可以读取我矿的瓦斯监控数据，当响炮所在的迎头瓦斯超限时发爆器同样会有提示且无法充电响炮。声音控制系统是把在各迎头的爆破工、瓦斯工(或者安全员)和现场班组长的声音信息提前采集并储存在发爆器内，当响炮时，三者必须同时在场，并且向着发爆器说出自己的名字才能响炮。声控系统确保了“三人连锁放炮”制度的执行。

　　当然，在这套系统的安装过程中我也发现了该系统存在的许多问题，如人员定位接收器安装后需要转移时特别麻烦，几乎要和安装时消耗同样的人力;各种接收器内的线路板容易损坏;当周围环境噪音过大时声控系统不好用;几十人佩戴“人员识别卡”同时路过同一接收器时，偶尔存在个别人员因为被其他工友遮挡无法被检测到的问题。

　　四、结论

　　⑴ 通过实际应用，该系统设计方案正确、可行。

　　⑵ 数据信息上传使用现有光环网采用光纤传输，克服了监测分站485传输方式传输距离短，实际应有较为困难、成本高的的问题。同时光纤传输速度快、抗干扰能力强、防雷性能好等优点更适用于矿井应用。

　　⑶ KJ387型本质安全型智能联锁放炮监控系统监测分站的工作电压为12v，工作电压底、工作电流高，线路压降大，从而造成与为其供电的分站之间距离短。影响其设置位置。

　　参考文献：

　　1.孙继平.矿井安全监控系统. 煤炭工业出版社.2006.5: 7-15

　　2.王路.基于RFID技术的井下人员跟踪与管理系统(硕士学位论文).安徽理工大学.2004.4: 1-20

　　3.北京龙德时代科技发展有限公司.KJ387型本质安全型智能联锁放炮监控系统使用说明书 2010.4