【安防知識(shí)網(wǎng)】煤礦安全生產(chǎn)歷來(lái)為我國(guó)各級(jí)政府所重視。事故發(fā)生后如何實(shí)施安全救護(hù)、如何提高搜救工作效率，為煤礦各級(jí)主管部門(mén)所關(guān)注。在分析近期幾個(gè)煤礦發(fā)生的特大事故時(shí)發(fā)現(xiàn)：

　　1、地面與井下人員的信息溝通不及時(shí);

　　2、地面人員難以及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，進(jìn)行精確的人員定位;

　　3、煤礦事故一旦發(fā)生，搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的效率底，搜救效果差。

　　為此，如何正確處理安全與生產(chǎn)、安全與效益的關(guān)系，如何準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速履行煤礦安全監(jiān)測(cè)職能，有效進(jìn)行礦工管理，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的高速運(yùn)作顯得尤為重要和迫切。

　　一、目前我國(guó)煤礦所用的人員管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

　　我們知道，煤礦井下人員在巷道的位置是動(dòng)態(tài)的，有些巷道長(zhǎng)達(dá)幾十公里，因此，對(duì)人員的跟蹤定位是十分重要的。一旦發(fā)生突發(fā)事件，要求能夠迅速判斷險(xiǎn)區(qū)人員的數(shù)量、位置及身份，采取措施及時(shí)救助，把事故的損失和影響降到最低限度。

　　目前我國(guó)煤礦所采用的“人員管理系統(tǒng)”，其工作原理大致如下：在巷道的交叉口、入井口、進(jìn)入采掘面入口等安裝讀卡器;每位入井人員(如礦工及管理人員等)隨身攜帶身份識(shí)別卡;被檢人員通過(guò)讀卡器時(shí)其信息被記錄，并傳至地面監(jiān)控主機(jī)，從而達(dá)到確定入井人員位置的目的。

　　根據(jù)筆者的調(diào)查和已經(jīng)安裝井下人員定位系統(tǒng)的煤礦反映，目前我國(guó)煤礦所采用的井下人員管理系統(tǒng)，全部是基于高頻射頻識(shí)別技術(shù)或混頻射頻識(shí)別技術(shù)而設(shè)計(jì)的，在使用中普遍存在如下問(wèn)題：

　　1、漏卡現(xiàn)象嚴(yán)重，難以滿足精確定位的要求;

　　2、如果不采用光纖總線，系統(tǒng)安裝的安監(jiān)點(diǎn)數(shù)就會(huì)受到限制，覆蓋面有限，無(wú)法滿足大型、特大型煤礦的全礦井巷道監(jiān)測(cè)的要求;

　　3、不具備行進(jìn)方向的判斷識(shí)別能力，不具備人員是否完全通過(guò)識(shí)別區(qū)域的判斷能力。(假設(shè)某人從井口下井，進(jìn)入井口檢測(cè)分站的識(shí)別區(qū)域，此時(shí)，井口檢測(cè)分站將檢測(cè)到該人員并向地面監(jiān)控主機(jī)上報(bào)該人員的基本信息，系統(tǒng)則判斷該人員已下井，但此刻，由于某種原因，該人員又退出井口，該人員實(shí)際上并未下井，這時(shí)就出現(xiàn)了系統(tǒng)誤判情況)。

　　上述問(wèn)題都是由于高頻射頻識(shí)別技術(shù)本身的技術(shù)特點(diǎn)受限而致，難以根本突破。正因?yàn)槿绱?，?guó)際上有的煤炭生產(chǎn)大國(guó)(如俄羅斯)已開(kāi)始選擇用低頻射頻識(shí)別技術(shù)(30~300KHz)取代高頻技術(shù)，從安監(jiān)系統(tǒng)本身來(lái)提高礦井人員管理的可靠性。

　　二、煤礦人員安全管理系統(tǒng)的發(fā)展

　　國(guó)際上煤礦人員安全管理系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段：

　　第一階段：從上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始應(yīng)用礦井人員管理系統(tǒng)，但均限于高頻射頻識(shí)別技術(shù);

　　第二階段：從2001年以后，世界上部分煤礦開(kāi)始采用基于混頻射頻識(shí)別技術(shù)(高、低頻混合使用)的礦井人員管理系統(tǒng);

　　第三階段：從2005年開(kāi)始，基于遠(yuǎn)距離低頻射頻技術(shù)的礦井人員管理系統(tǒng)問(wèn)世，并迅速得到全球煤礦行業(yè)的推崇。目前該技術(shù)已日趨成熟，監(jiān)控性能已逐步穩(wěn)定，已在英國(guó)、伊朗、土耳其、西班牙、俄羅斯等10多個(gè)主要采煤國(guó)的煤礦運(yùn)行。由于其安裝方便、識(shí)別準(zhǔn)確率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、成本低等特點(diǎn)，大有完全取代高頻及混頻技術(shù)而實(shí)現(xiàn)“一統(tǒng)天下”的趨勢(shì)。

　　礦井人員管理系統(tǒng)每一次技術(shù)上的飛躍，都與煤礦安全生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而密不可分。2005年以前，由于低頻射頻識(shí)別技術(shù)在礦井中的應(yīng)用(尤其是在識(shí)別距離)尚欠成熟，而高頻射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)發(fā)達(dá)，所以，利用高頻技術(shù)來(lái)為煤礦的安全生產(chǎn)服務(wù)就顯得順理成章了。但是，由于2005年后，人們?cè)诘皖l技術(shù)上的研究取得重大突破，利用低頻射頻識(shí)別技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高頻技術(shù)在人員管理系統(tǒng)中的所有功能，而且可以克服高頻技術(shù)所存在的系統(tǒng)弊端，所以，低頻射頻識(shí)別技術(shù)在全世界煤礦行業(yè)迅速得到推廣也就不難理解了。[nextpage]

　　三、低頻射頻識(shí)別技術(shù)與高頻射頻識(shí)別技術(shù)的性能比較

　　通常讀卡器和識(shí)別卡進(jìn)行無(wú)線信號(hào)傳輸時(shí)所使用的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，根據(jù)其所使用的頻率范圍不同，可分為如下頻段：

　　頻率

　　頻率范圍

　　低頻

　　LF

　　30~300KHz

　　高頻

　　HF

　　3~30MHz

　　超高頻

　　UHF

　　30~968MHz

　　微波

　　UWF

　　2.45~5.8GHz

　　下面我們從低頻和高頻電磁波的傳輸特性來(lái)分析它們?cè)诘V井人員管理系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)：

　　1、高、低頻電磁波傳輸?shù)姆较蛐?/P>

　　低頻電磁波的傳播是全方位的，不具方向性;而高頻電磁波的傳播方向性極強(qiáng),可以講是定向的(就像是手電筒發(fā)出的光束)。因此，被監(jiān)測(cè)人員在經(jīng)過(guò)低頻讀卡器時(shí)，只要在其有效的識(shí)別范圍(直徑10米的范圍內(nèi))，就能被準(zhǔn)確識(shí)別到。而在經(jīng)過(guò)高頻讀卡器時(shí)，要求被監(jiān)測(cè)人員準(zhǔn)確行走到高頻電磁波傳播方向上，才能被讀卡器識(shí)別。

　　因此，在規(guī)定的識(shí)別區(qū)域內(nèi)，采用低頻識(shí)別比采用高頻識(shí)別要有更高的精度。

　　2、高、低頻電磁波的穿透性和抗干擾性

　　在巷道這種特區(qū)的環(huán)境里，低頻電磁波與高頻電磁波相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)—信號(hào)衰減小、凸顯出低頻電磁波的穿透能力強(qiáng)，所以采用低頻射頻識(shí)別技術(shù)的讀卡器和識(shí)別卡之間的無(wú)線電信號(hào)傳輸對(duì)其它物體(特別是水汽和金屬物體)的穿透性很強(qiáng);而高頻電磁波由于其本身的穿透性能較弱，讀卡器和識(shí)別卡之間的物體(如水汽、人體、尤其是金屬物體等)阻擋，很有可能導(dǎo)致讀卡器無(wú)法識(shí)別。

　　另外，巷道的一些特性也會(huì)對(duì)無(wú)線電信號(hào)的傳輸帶來(lái)不利的影響，以下兩組數(shù)據(jù)表明了巷道拐彎對(duì)無(wú)線電信號(hào)傳輸?shù)挠绊?表1)以及巷道傾斜對(duì)無(wú)線電信號(hào)傳輸?shù)挠绊?表2)。

　　表1

　　信號(hào)頻率(MHz)1002004151000200030004000

　　衰減(dB)5.5110.621.752.4105157210

　　頻率越高衰減越大

　　表2

　　頻率(MHz)2004151000200030004000

　　衰減(dB)47.357.767.674.177.680.2

　　隨著頻率的增高，由巷道傾斜所帶來(lái)的衰減變大，拐彎越急衰減越大。

　　3、由此可見(jiàn)，由于低頻、高頻電磁波本身的傳輸特性，決定了低頻射頻識(shí)別技術(shù)比高頻射頻識(shí)別技術(shù)的漏讀率要低得多。[nextpage]

　　4、人員行進(jìn)的方向判斷和巷道交叉口的人員定位

　　低頻電磁波與高頻電磁波相比，在同一范圍內(nèi)，磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，這表明低頻射頻識(shí)別技術(shù)從根本上說(shuō)更可靠，也更可預(yù)見(jiàn)。正是低頻電磁波的這種可預(yù)見(jiàn)性，使得識(shí)別卡可以被定位到更精確的范圍，并提供人員定位應(yīng)用的性能優(yōu)勢(shì)。

　　在礦井人員管理系統(tǒng)應(yīng)用中，人員移動(dòng)方向的識(shí)別是很重要的。在與安全相關(guān)的應(yīng)用中，需首先考慮人員移動(dòng)方向判斷的可靠性。低頻讀卡器可帶兩組天線，每組天線由多路天線組成。當(dāng)人員分別經(jīng)過(guò)兩組天線時(shí)，充分利用低頻電磁波磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義的特點(diǎn)，就能準(zhǔn)確判斷人員的移動(dòng)方向，這在所有的RFID技術(shù)中是處于領(lǐng)先地位的。

　　在巷道交叉口，特別需要知道人員的行進(jìn)方向，采用低頻技術(shù)的人員管理系統(tǒng)具有多天線技術(shù)，較好地解決了這個(gè)難題。而高頻技術(shù)產(chǎn)品，由于其電磁波的特性所限，難以解決這一問(wèn)題。

　　4、高、低頻電磁波的兼容性

　　我們知道，由于高頻電磁波的方向性極強(qiáng)，并且從高頻發(fā)射源發(fā)出的電磁波是逐漸擴(kuò)散的，很象從手電筒射出來(lái)的光束，需要達(dá)到一定距離才能覆蓋需要檢測(cè)的區(qū)域，否則，將出現(xiàn)嚴(yán)重的漏卡現(xiàn)象。

　　另一方面，從煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)看，井下會(huì)安裝越來(lái)越多的門(mén)禁系統(tǒng)，或其他需要感應(yīng)識(shí)別卡后才能開(kāi)啟的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)井下“一卡通”“智能化管理。由于高頻產(chǎn)品的發(fā)射功率很高，高頻電磁波傳播距離不易控制，讀卡區(qū)域難以界定，結(jié)果是，用于控制這些裝置的近距離讀卡器，要遠(yuǎn)離用于人員管理系統(tǒng)的高頻讀卡器，否則，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。如果礦井安裝的高頻讀卡器較多，勢(shì)必影響到識(shí)別卡在門(mén)禁等其他智能化領(lǐng)域的應(yīng)用，這就會(huì)產(chǎn)生不兼容問(wèn)題。還有，當(dāng)多個(gè)高頻讀卡器安裝得很近時(shí)，他們之間也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的交叉干擾，導(dǎo)致識(shí)別性能減弱，嚴(yán)重降低其識(shí)別的準(zhǔn)確率。

　　而低頻電磁波的傳播距離可以較容易的加以控制，所以可以準(zhǔn)確的設(shè)定其讀卡距離，使得在其有限的傳播范圍內(nèi)(10米)，一方面很好地利用其識(shí)別功能，另一方面又不至于影響其他智能化產(chǎn)品的利用，有效地規(guī)避系統(tǒng)干擾現(xiàn)象，很好地解決了兼容問(wèn)題。

　　因此，從煤礦其他智能化系統(tǒng)產(chǎn)品的擴(kuò)張和集成方面來(lái)講，要盡量選用低頻射頻識(shí)別技術(shù)。

　　5、低頻產(chǎn)品比高頻產(chǎn)品更環(huán)保

　　眾所周知，高頻電磁波對(duì)人體的輻射傷害遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低頻電磁波，加之高頻電磁波的傳播距離又比較遠(yuǎn)，工作區(qū)域難以界定，在一個(gè)較大型煤礦安裝人員定位系統(tǒng)，常常需要安裝數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)讀卡器，如果選用高頻技術(shù)，這上百個(gè)讀卡器就好比一個(gè)個(gè)大功率高頻輻射源，在礦內(nèi)會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的交叉輻射網(wǎng)，這對(duì)于長(zhǎng)期在井下工作的人員來(lái)講是極為有害的。尤其是在采掘工作面上工作的人員，如果他們距離采掘工作面附近的讀卡器較近(一般小于30米)，該讀卡器所發(fā)出的高頻率、強(qiáng)電磁波長(zhǎng)時(shí)間輻射到他們體內(nèi)，嚴(yán)重危害著他們的健康。而低頻技術(shù)由于其自身的發(fā)射功率很小，電磁波的傳播距離又可以控制(一般為10米)，不會(huì)對(duì)人員構(gòu)成傷害。

　　因此，從環(huán)保角度講，選用低頻技術(shù)比高頻技術(shù)更優(yōu)越。

　　四、低頻技術(shù)在煤礦人員管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　英國(guó)戴維斯德比公司已有200余年的煤礦專用設(shè)備研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始致力于煤礦人員管理系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)，在全球率先開(kāi)發(fā)出基于高頻技術(shù)、混頻技術(shù)的煤礦人員管理系統(tǒng)，并在世界各國(guó)煤礦實(shí)際運(yùn)行。自2005年起，該公司開(kāi)發(fā)成功礦井用低頻礦井人員管理系統(tǒng)，目前經(jīng)大量實(shí)際運(yùn)行，已日臻完善。

　　該管理系統(tǒng)將尖端的遠(yuǎn)距離多重射頻識(shí)別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，解決了該系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用于煤礦井下的設(shè)備安全運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口和信息處理等方面的技術(shù)難題，為煤礦井下人員監(jiān)測(cè)、控制和跟蹤管理，以及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理等方面提供有效的科技支撐。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

　　1、操作簡(jiǎn)單、使用要求底

　　整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)用戶要求極低，具有簡(jiǎn)易可調(diào)的功能、故障自動(dòng)巡檢功能等。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，并可對(duì)故障地點(diǎn)自動(dòng)報(bào)警，維護(hù)異常方便。

　　2、識(shí)別卡自動(dòng)識(shí)別，識(shí)別距離遠(yuǎn)

　　實(shí)行被動(dòng)式監(jiān)測(cè)方式，被測(cè)目標(biāo)無(wú)負(fù)擔(dān)，識(shí)別距離遠(yuǎn)。井下工作人員無(wú)須主動(dòng)進(jìn)行任何操作。

　　3、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，在惡劣環(huán)境下正常運(yùn)轉(zhuǎn)

　　系統(tǒng)的正常工作不受環(huán)境變化的影響，保證在惡劣環(huán)境下24小時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。并提供斷電后較長(zhǎng)時(shí)間的供電電源，采用UPS電源，能提供長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)以上的斷電保護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠、誤碼率幾乎為10-4。

　　4、具有信息防沖撞功能，可同時(shí)識(shí)別80張識(shí)別卡。

　　5、大容量，滿足特大型、超大型煤礦的需求

　　最大的卡容量數(shù)為65535張識(shí)別卡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他產(chǎn)品。

　　6、高速、高效的識(shí)別率

　　同高頻信號(hào)相反，低頻信號(hào)具有相對(duì)較強(qiáng)的穿透力和繞開(kāi)障礙物能力，使得系統(tǒng)具有極高的目標(biāo)識(shí)別率，系統(tǒng)識(shí)別卡可做到無(wú)方向性，確保了識(shí)別卡無(wú)漏的識(shí)別。[nextpage]

　　7、查詢當(dāng)前井下人員分布

　　根據(jù)各礦實(shí)際情況繪制井下巷道、工作面采區(qū)圖，并在該圖上顯示各個(gè)區(qū)域當(dāng)前人數(shù)。該圖是動(dòng)態(tài)的，隨著井下人員移動(dòng)，該圖顯示的各區(qū)域人數(shù)會(huì)隨時(shí)更新。在該圖上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，可以顯示某個(gè)選定區(qū)域的人員名單;進(jìn)一步點(diǎn)擊還可以顯示某個(gè)選定人員下井后的行蹤。

　　8、查找人員當(dāng)前位置(井下人員定位)

　　輸入任意人員的姓名和編號(hào)，可以立即以圖形方式顯示此人當(dāng)前所在區(qū)域;也可以同時(shí)輸入多個(gè)人員，以文字方式顯示這些人各自在井下的當(dāng)前位置?？梢远酱俸吐鋵?shí)重要巡查人員(如：瓦斯檢測(cè)員、溫度檢測(cè)員、測(cè)風(fēng)人員等)是否按時(shí)、到點(diǎn)的進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故。

　　9、統(tǒng)計(jì)查詢進(jìn)入特殊區(qū)域人員

　　對(duì)井下的某些特殊區(qū)域，例如不準(zhǔn)一般人員進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域，在行蹤保留時(shí)段內(nèi)可以隨時(shí)進(jìn)行查詢，列出進(jìn)入該區(qū)域的人員和出、入時(shí)間。

　　10、下井人員考勤管理

　　軟件可以從系統(tǒng)記錄的人員行蹤信息中自動(dòng)提取出每個(gè)下井人員的入、出井時(shí)間，從而形成考勤記錄，進(jìn)而形成各種考勤報(bào)表和查詢、統(tǒng)計(jì)功能。

　　11、強(qiáng)大的緊急處理機(jī)制

　　可以選擇Mercury系列廣播通訊系統(tǒng)，即時(shí)對(duì)特定或礦山范圍內(nèi)的緊急情況進(jìn)行通知。在監(jiān)控機(jī)房和管理人員對(duì)井下緊急情況進(jìn)行有效判斷后，可以通過(guò)系統(tǒng)的小區(qū)廣播選件對(duì)井下特定范圍或全部進(jìn)行廣播通知，有效告知和疏散井下人員。

　　12、系統(tǒng)的可擴(kuò)容性大，滿足國(guó)內(nèi)所有的煤礦企業(yè)

　　系統(tǒng)采用FSKSAP通訊方式，每條FSKSAP總線可連接15臺(tái)KJ270—F1傳輸分站，通訊距離可達(dá)15公里。從地面到地下KJ270—F1傳輸分站可以最多擴(kuò)展到8條FSKSAP總線，而每臺(tái)KJ270—F1傳輸分站又可以通過(guò)CAN總線連接7臺(tái)KJ270—F2—4讀卡器(通訊距離可達(dá)2KM)。由此，此系統(tǒng)最多可以支持8*15=120個(gè)分站;8*15*7=840個(gè)讀卡器，完全可以滿足煤礦的需要。

　　本文從煤礦人員安全系統(tǒng)的實(shí)際要求出發(fā)，介紹了其技術(shù)演變歷程及應(yīng)用特點(diǎn);從全球煤礦行業(yè)人員管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)得出最終結(jié)論，即低頻技術(shù)將不容置疑地取代高頻技術(shù)而在煤礦人員安全管理中發(fā)揮重要作用。當(dāng)然，我們?cè)诖藦?qiáng)調(diào)低頻的優(yōu)越性并無(wú)意貶低高頻技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)中的作用，高、低頻監(jiān)測(cè)技術(shù)各自有其科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域。比如，高頻技術(shù)在車(chē)輛跟蹤(如汽車(chē)、火車(chē)及地鐵等)以及高速公路收費(fèi)等領(lǐng)域就有著低頻技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。