O 前言 

近年來我國礦難事故頻發，除礦主的安全法制意識淡薄外，安全設施的落后以及礦井人員和設備管理不善也是重要的原因之一。在分析近期幾個煤礦發生的特大事故時發現幾個共性問題：地面與井下人員的信息溝通不及時；地面人員難以及時動態掌握井下人員的分布及作業情況，進行精確人員定位；一旦煤礦事故發生，搶險救災、安全救護的效率低，搜救效果差。為此，如何準確、實時、快速履行煤礦安全監測職能，有效進行礦工管理，保證搶險救災、安全救護的高效運作顯得尤為重要和緊迫。 

本文提出的基于RFID的煤礦井下人車智能安全管理系統，可對煤礦井下人員和車輛進行實時跟蹤監測和定位，可為工作人員提供礦井巷道網絡、人員位置、車輛動態、危險區域及相應提示的動態信息。如果發生災情，還可立即從監控計算機上查詢事故現場的人員位置分布情況、被困人員數量、遇險人員撤退線路等信息，為事故搶險提供科學依據。同時，也可利用系統的日常考勤管理功能，對礦井人員進行考勤管理。  

1 系統的構成及工作原理 

系統包括硬件系統和軟件系統。軟件系統包括應用軟件和嵌人式軟件兩部分。用于完成信息采集、識別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個系統的運行；硬件系統由井下分站設備、天線、Tag、數據傳輸接口和地面設備組成。用于完成信息采集和識別，從而實現預設的系統功能和信息化管理目標。 

1．1 系統硬件 
(1)井下分站設備 井下分站設備由信息采集處理板、信息傳輸處理板、隔爆電源、備用電池、漢字液晶顯示模塊、嵌人式軟件以及礦用阻燃電源電纜、礦用阻燃雙絞線通信電纜、接線盒等組成。信息處理采集板是完成對分站區域內的Tag信息的采集、處理；信息傳輸處理板是將RS232信號轉換為RS485信號和自動存儲監測數據，傳輸距離可達l0km，同時將重碼的信息進行判定和過濾，接受上位機的輪循訪問并向上位機傳送所采集到的人員編碼信息；備用電源是停電后能提供2 h的供電電源；漢字液晶顯示模塊主要顯示人員編碼和時鐘功能，可用遙控器查詢歷史記錄。 

(2)天線實現與Tag之間的數據通信。 

(3)Tag Tag鑲嵌在安全帽或車輛上，通常當RFID的Tag天線結構發生彎曲時，天線的方向系數與輸人阻抗都會改變，相應地，RFID系統的工作距離必定產生變化。經過仿真處理和實驗證明，鑲嵌在安全帽上的Tag天線發生的彎曲對系統的性能影響可以忽略不計。 

Tag平時處于睡眠狀態，當Tag進入系統工作區時，天線能接收到特定的電磁波，線圈就會產生感應電流。再經過整流電路，就會激活電路上的微型開關，給Tag 供電。從而Tag發送出的自身信息被Reader讀取并解碼后送至數據交換、管理系統處理。 

(4)數傳接口 主要由電源板、信號轉換板及安全栓組成，完成通訊信號的轉換和本安與非本安運行環境的隔離。 

(5)地面設備地面人員監測管理部分由數據通信接口、HUB、監控計算機、管理計算機、服務器、UPS電源、打印機、網絡終端、防雷設備等組成。監控計算機實現對信息的自動化管理，在計算機屏幕上直觀動態顯示井下人員的分布情況，使管理者一目了然；UPS電源主要是為了在交流電源停電后繼 
續維持系統設備正常運行；打印機主要用來打印人員監測管理報表；網絡終端主要是人員監測信息的網上共享。 

管理計算機主要是完成人員和機車信息資料的錄入，分類存人計算機以備隨時檢索使用；對原始數據進行統計并輸出各種文字和文字報表；通過對原始數據及圖像進行多條件復合查詢并匯總；進行標識卡的發行、回收、掛失、恢復操作；對系統進行各種初始設置等功能。 

網絡服務器完成整個管理系統局域網絡的管理及作為數據庫服務器進行原始數據及圖像的存儲、備份工作。 

1．2 系統軟件系統 
本系統的軟件部分包括單片機運行程序、信息讀取發送程序、信息接收程序、前端服務器數據采集軟件和后臺數據庫。該系統采用VC開發的集數據采集和信息處理的管理系統，具有射頻識別卡地址碼設置和標簽信息管理、數據統計、實時顯示、歷史數據查詢、活動軌跡圖形模擬、系統更新維護等功能，另外數據庫系統還能提供基于web的網絡發布和查詢功能。 

2 系統在井下安全生產中的應用 

完成井下移動人員和車輛位置信息的跟蹤和管理，將有助于加強安全生產和提高工作效率，更有利于安全隱患的預報和搶險救災的順利實施。系統的設計要充分考慮井下環境特點和使用人員的要求。 

2．1 系統的主要特點 
(1)實行“統一地址編碼、統一管理、一人一卡”的原則。 
(2)具有本質安全型的防爆、防塵、防磁、防水性能，無需人工操作，便于攜帶。 
(3)采用無源識別卡，無電磁污染，免維護，使用安全可靠。 
(4)射頻信號穿透障礙物的通信能力強，工作靈敏可靠。 
(5)提供井下人員實時跟蹤、顯示、查詢、考勤、日常管理、災后急救等功能。 
(6)光纜／電纜混合網絡，配置靈活方便，傳輸帶寬(9 600 bps以上，最高可達2 Mbps)，系統容量高。 
(7)標準的通信端口便于利用井下通信系統完成井上、井下各種信息的傳遞和交換。 

2．2 系統射頻頻率的選擇 
射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術。它是一種非接觸式的自動識別技術，可通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，反應速度快，抗干擾能力強，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽。具有快速自動掃描、體積小、信息容量大、耐久性強、可重復使用、安全保密性高、便于攜帶等特點。 

常見的RFID射頻頻率基本上有4個：低頻(135kHz)、高頻(13．65 MHz)、超高頻(900 MHz)和微波(2．45 GHz)，考慮到礦井巷道是空間受限的非自由傳播空間，同時受到礦井巷道的截面大小、彎曲程度、巷道壁的煤巖層結構、巷道內障礙物以及巷道中現有的電纜、動力線、軌道等給無線傳輸帶來的影響，并結合識別距離和速度、天線尺寸、穿透能力、環境干擾、抗沖撞能力等綜合因素，選擇適用于井下的9O0 MHz頻段。 

3 結語 

基于RFID的煤礦井下人車智能安全管理系統可實現對井下人員和車輛進行實時跟蹤定位，可快速指導礦井突發性事故的救護工作；可使管理人員及時準確地查詢各種信息，方便作業人員和設備的調度和優化煤礦的整體管理水平。實現井下管理信息化、規范化和可視化，最大限度地保障人員和設備的安全。 

參考文獻 
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[2]張瑞峰．RFID技術在煤礦安全生產管理中的應用[j]．山西煤炭，2004，24(4)：56—58． 
[3]張宏福，肖耀猛，趙廣黨，等．RF1D技術在煤礦安全生產中的應用[J]．煤礦安全，2006(8)：48—49． 
作者簡介：郭宏強(1967一)，河南新密人，工程師，現任鄭煤集團裴溝煤礦安全副總，電話：0371—69731351