煤礦人員定位系統(tǒng)
煤礦人員定位系統(tǒng)是煤礦安全工作的眼睛，在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮源頭管理的作用，避免安全隱患，減少事故。20世紀(jì)80年代，煤礦人員定位系統(tǒng)開始在煤礦使用，特別是2005年以來，煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的全面推廣應(yīng)用，促進(jìn)了煤礦瓦斯、火災(zāi)等災(zāi)害的治理，有效遏制了煤礦重大事故，提高了煤礦的安全管理水平和能力，為保障煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。
煤礦定位系統(tǒng)升級(jí)的背景
經(jīng)過10多年的全面推廣應(yīng)用，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安裝、使用、維護(hù)和管理方面的不足逐漸暴露出來。
第一，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。由于井下工作環(huán)境較差，粉塵較多，井下工作環(huán)境空間較小，強(qiáng)電場(chǎng)和電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的影響，傳感器防止粉塵、水分、溫度變化和電磁干擾的能力等。，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，大量和誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。
人員定位系統(tǒng)可靠性低
第一，備用電源供電時(shí)間短，檢查周期長(zhǎng)，異地?cái)嚯姇r(shí)間長(zhǎng)。
第二，大多數(shù)傳感器只能檢測(cè)一個(gè)氣體參數(shù)或設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)采集過于單一，難以診斷傳感器的運(yùn)行狀態(tài)。
第三，系統(tǒng)兼容性差。專網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)互不兼容，預(yù)警弱，系統(tǒng)未充分利用，大量數(shù)據(jù)未充分利用，系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)不足，升級(jí)動(dòng)力不足。
第四，管理維護(hù)不方便。存在傳感器校準(zhǔn)周期短、系統(tǒng)無自檢功能、數(shù)據(jù)防篡改困難等問題。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，煤礦已經(jīng)開發(fā)并使用了許多系統(tǒng)，如人員定位、應(yīng)急廣播、礦壓監(jiān)測(cè)、運(yùn)輸調(diào)度、機(jī)電設(shè)備在線檢測(cè)和故障診斷等。但由于缺乏頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)間的集成，系統(tǒng)間的信息處于“信息孤島”狀態(tài)，無法共享。這些問題制約著信息技術(shù)更好地服務(wù)于煤礦安全生產(chǎn)。面對(duì)這些問題和不足，煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)勢(shì)在必行。因此，在2015年全國安全生產(chǎn)工作會(huì)議上，國家煤礦安全監(jiān)察局提出，計(jì)劃在“十三五”期間對(duì)煤礦人員定位系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，成立了領(lǐng)導(dǎo)小組和工作組，編制了《煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造工作方案》和《煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》(以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)方案》)，制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，召開了區(qū)級(jí)座談推介會(huì)，明確了目標(biāo)任務(wù)。
此后，《煤礦人員定位系統(tǒng)管理規(guī)定》于2015年7月1日經(jīng)國家煤礦安全監(jiān)察局局長(zhǎng)辦公會(huì)審議通過。8月19日，召開升級(jí)改造工作啟動(dòng)會(huì)，確定總體技術(shù)思路、原則和技術(shù)支撐。國家煤礦安全監(jiān)察局委托國家安全標(biāo)準(zhǔn)中心牽頭研究編制了《技術(shù)方案》，明確了傳輸數(shù)字化，提高了抗電磁干擾能力，向前推進(jìn)。提高傳感器保護(hù)水平，完善報(bào)警和斷電控制功能，支持多網(wǎng)多系統(tǒng)融合等13個(gè)方面的升級(jí)改造。之后，國家煤礦安全監(jiān)察局委托安標(biāo)國家中心開展“煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造產(chǎn)品檢測(cè)方案”專項(xiàng)研究，組織從事煤礦人員定位系統(tǒng)檢測(cè)的常州、撫順、重慶三地分別編制《煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造檢測(cè)實(shí)施細(xì)則》，細(xì)化檢測(cè)流程和考核方式，規(guī)范和完善升級(jí)改造產(chǎn)品檢測(cè)工作。
在此基礎(chǔ)上，國家煤礦安全監(jiān)察局研究制定了《煤礦人員定位系統(tǒng)管理規(guī)定》。自2017年8月國家安全標(biāo)準(zhǔn)中心正式受理升級(jí)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)以來，已有30多家生產(chǎn)企業(yè)提出申請(qǐng)，最終有12家生產(chǎn)企業(yè)獲得了新的安全標(biāo)志。同時(shí)，國家煤礦安全監(jiān)察局委托國家安全標(biāo)準(zhǔn)中心開展《煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造驗(yàn)收規(guī)則》研究，統(tǒng)一驗(yàn)收方式、驗(yàn)收規(guī)則和判別尺度，嚴(yán)格控制升級(jí)改造工作，形成閉環(huán)管理。
2018年4月1日、5月29日、6月15日，國家煤礦安全監(jiān)察局組織專題研討會(huì)，推進(jìn)華東東北、西北、西南煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造，掌握省級(jí)局的工作進(jìn)展和面臨的問題，并就相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施、設(shè)備安裝使用等進(jìn)行交流討論。2019年12月12日，國家煤炭監(jiān)督管理局正式發(fā)布《煤礦人員定位系統(tǒng)升級(jí)改造驗(yàn)收規(guī)范》。
升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的要點(diǎn)
(一)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過系統(tǒng)和數(shù)字信息傳感器的抗電磁干擾測(cè)試，提高了系統(tǒng)的防護(hù)等級(jí)，并對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密。系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)，模擬傳感器與變電站之間采用有線傳輸方式。總線和支線應(yīng)集成在一起，以確保有效的信號(hào)傳輸。
(二)提高系統(tǒng)的可靠性。通過改進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，提高系統(tǒng)性能，系統(tǒng)巡檢周期控制在20s以內(nèi)，非現(xiàn)場(chǎng)斷電時(shí)間控制在40秒以內(nèi)，備用電源可連續(xù)供電不低于8小時(shí)，確保本質(zhì)安全距離大于6公里。對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)報(bào)警和邏輯提升報(bào)警，實(shí)現(xiàn)有線傳輸和無線傳輸?shù)挠袡C(jī)結(jié)合，提高異常數(shù)據(jù)的分析能力，從而提高系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能和數(shù)據(jù)分析對(duì)接功能。通過這些數(shù)據(jù)變化，
(三)提高聯(lián)動(dòng)的有效性。如遇煤氣超限、停電等需要立即疏散人群的情況，可自動(dòng)與應(yīng)急廣播、人員定位、通訊等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
(四)增強(qiáng)數(shù)字傳輸。實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化，推動(dòng)智能傳感器發(fā)展。監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)后，匹配的模擬傳感器均具有數(shù)字傳輸功能，而智能模擬傳感器具有類型、狀態(tài)和故障的自識(shí)別、狀態(tài)調(diào)整和識(shí)別提醒功能，不按規(guī)定進(jìn)行調(diào)整。
(五)支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)的融合；將地下有線無線傳輸網(wǎng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控與GIS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其有機(jī)融合。可采用地面模式或井下模式。而地面平臺(tái)則需融合環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員定位、應(yīng)急廣播、供電監(jiān)控系統(tǒng)、無線通信、設(shè)備監(jiān)測(cè)、車輛監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等功能。
煤礦人員定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。
1)數(shù)字傳感器技術(shù)的新應(yīng)用。感測(cè)技術(shù)是影響傳感器性能的主要原因，利用激光感測(cè)可以實(shí)現(xiàn)電流控制波長(zhǎng)，完成對(duì)氣體的測(cè)量，感測(cè)本身抗干擾性強(qiáng)，不受其它氣體的影響，在粉塵較大和環(huán)境惡劣的情況下也能起到一定的作用。
多網(wǎng)多系統(tǒng)融合技術(shù)的應(yīng)用。利用多級(jí)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同板塊、不同模型之間的數(shù)據(jù)融合，提高了系統(tǒng)響應(yīng)能力和連通性，保證了對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行安全評(píng)估。
3)本地和異地?cái)嚯娂夹g(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)和異地控制技術(shù)能夠?qū)ΦV井不同環(huán)境中的參數(shù)及時(shí)作出反應(yīng)，提高系統(tǒng)的反饋速度，使反應(yīng)時(shí)間擺脫了原來的巡視周期限制，從而快速地達(dá)到異地控制的目的。
4)電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用。EMC技術(shù)具有自身的抗干擾能力，在抑制干擾的過程中，可以通過電氣隔離、屏蔽、接地、濾波和端口保護(hù)等技術(shù)來切斷干擾源。此外，電源短時(shí)自供電技術(shù)，通過對(duì)電池電容等設(shè)備采取防爆措施，有效提高了設(shè)備的抗干擾能力。
煤礦人員定位系統(tǒng)的發(fā)展前景。
我國一次能源中以煤為主，占70%左右，煤炭工業(yè)的安全、健康、可持續(xù)發(fā)展離不開煤監(jiān)機(jī)構(gòu)的定位，未來煤監(jiān)技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下幾點(diǎn)：
1.礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用。目前，雖然煤礦人員定位系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控、人員定位、應(yīng)急廣播三網(wǎng)融合，但是，煤礦人員定位系統(tǒng)的無線傳輸衰減大、電氣防爆等特點(diǎn)，制約了地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦中的直接應(yīng)用。所以，在未來實(shí)現(xiàn)井下各異構(gòu)系統(tǒng)集成開發(fā)和應(yīng)用“礦用物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，將是煤礦人員定位系統(tǒng)智能化發(fā)展的主要方向。
2.煤礦發(fā)生重大災(zāi)害時(shí)的預(yù)警技術(shù)研究。對(duì)煤礦重大災(zāi)害事故進(jìn)行預(yù)警，是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要措施。改進(jìn)后的煤礦人員定位系統(tǒng)增加了自評(píng)估功能，軟件系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下環(huán)境中的有毒有害氣體，利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行火災(zāi)等災(zāi)害的提示和數(shù)據(jù)反饋，但預(yù)警的準(zhǔn)確性不高，難以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。加強(qiáng)瓦斯、火災(zāi)、沖擊地壓等災(zāi)害的預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，是當(dāng)前和今后工作的發(fā)展方向。
3.高性能傳感器的研究和應(yīng)用。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，研制了性能高、可靠性強(qiáng)、品種多的礦用傳感器，實(shí)現(xiàn)了傳感器的自診斷、自校正和自控制。