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RFID在煤矿井下安全管理中的应用
作者：刘贤锴
来源：RFID世界网
日期：2007-09-25 10:37:40
摘要：RFID在井下安全管理中的应用，主要是以煤矿计算机管理系统的子系统—— 井下管理系统为应用对象。通过建立一个完整、实时和灵活的井下管理系统，对井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作业工人资料、安全物资流动等进行管理，实现井下管理信息化和可视化，同时提高煤矿生产管理和作业安全水平。
我国很多煤矿还停留在人工开采水平上，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故时有发生。管理上仍以经验管理、人工管理为主。因此，加快采矿工业技术和管理的现代化任重而道远。
为了改变目前煤矿安全管理工作的落后状况，保障职工生命安全和身体健康，有必要运用安全管理系统分析的方法。因此，传统煤矿井下管理须和现代技术相结合。
我国煤炭工业科技发展总体思路是继续坚持“科技是第一生产力”的指导思想，适应人世的新形势，依靠科技进步，加大企业技术改造力度，促进产业结构调整，增强企业的技术创新能力、抗灾能力，提高企业竞争力，坚定不移地实施“科教兴煤”和可持续发展战略，促进煤炭工业向安全、高效、洁净、优质的方向发展。其中重点任务之一是运用计算机技术、网络技术和系统控制论，建立高效、安全的集约化煤矿安全生产系统，加快煤矿安全技术的重点建设[1] 。
国内矿区管理与计算机结合的程度目前主要限于井上部分，其中包括日常的企业流程管理、财会管理、运输管理。随着煤炭行业信息化和网络化的发展，我国大多数煤矿在生产过程中基本都采用了各种各样的煤矿管理系统，并在实际应用中发挥了重要的作用。随着RFID技术的引进，国内煤矿也开始使用RFID技术进行管理[2]。
1 RFID在井下管理应用的特点
RFID在井下管理上的应用，主要是以煤矿计算机管理系统的子系统——井下管理系统为对象。将射频识别技术应用于煤矿管理系统，通过建立一个具有完整性、实时陛和灵活性的井下管理系统，对包括井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作业工人资料、安全物资流动等进行管理，实现井下管理信息化和可视化，同时提高煤矿生产管理和作业安全水平。
与传统的地面作业不同，煤矿井下管理更强调其安全性，主要考虑人员安全，同时还要和巷道安全相结合。
RFID技术的井下应用可行性分为以下几种：
1)操作可行性。电子卡片携带方便、操作简单，读写器可在5 In以上的距离对卡片进行自动识别，符合井下作业设备力求简单、方便的要求。
2)安全可靠性。RFID采用射频技术，理论上不会对井下作业产生危险。该技术已经在国外金属矿中得到应用。
3)设置可行性。矿井一般深度在地下500 m以下，在具体操作中，阅读器与后台操作可采用现场总线方式连接，模仿区域布网模式，阅读器与后台间距离可达2 000 m以上，把阅读器设在井下工作车场平台，经过后台进行各项操作，可解决设备布置问题。
4)技术可行性。针对巷道布点，安装阅读器，通过阅读器的自动分组和自动识别，实现人员管理和巷道管理的功能。
2 RFID煤矿井下安全管理系统结构
RFID矿井管理以井下安全管理为依据，按照人员安全管理、巷道安全管理和安全物资管理等方面进行分类。
2．1 人员安全管理
人员安全管理强调井下作业过程中人员的安全，通过计算机查询等功能，了解人员的具体位置分布，可通过图形突出显示。发生事故时，可有效地进行抢险救灾工作，最大限度地保障人员安全。人员作业管理是利用RFID的识别功能进行的。系统首先要生成阅读器和卡片等相关信息，通过系统软件对识别后的数据进行处理。人员作业系统按照功能划分为4个模块：卡片管理、阅读器管理、作业计划管理和人员出入管理，如图1所示。
带有编号的卡片贴在安全帽上，下井人员必须携带安全帽通过系统检测，满足条件后才能进入相关巷道。根据煤矿作业的实际情况，下井人员分为长期职工和临时人员2类。其中长期职工为基本作业人员，临时人员包括参观、学习、检查人员等，属非作业人员，有流动性、变化性大的特点。另外，为了满足不同人员的下井需求，在卡片分发上，可分职工卡和临时卡2类。
1)职工卡。职工卡存储长期职工的信息，操作员可对职工的相关信息进行修改或删除。信息录入后自动生成编号，并在数据库中进行相应的操作处理。在后台数据库中，实现历史数据、实时数据的选择查询。
2)临时卡。根据临时人员的特点，临时卡设计思路略有不同。系统独立开辟供临时人员使用的标签，存储信息与长期卡不同。由于临时卡具有信息更新快、使用时间短等特点，临时卡可重复使用，因此系统可以设置临时卡的发放和回收功能。同样，操作员可对人员的相关信息进行修改、删除、查询和补卡，并在数据库中进行相应的更新，实现历史数 据、实时数据的选择查询。系统通过综合查询，自动生成报表。由于卡片使用量大，存在破损的可能，系统还应专门设置补卡制度，通过更换卡片标签，不需改变数据库中人员信息即可方便地完成数据的更新。
2．1．2 阅读器管理
1)巷道阅读器。安装在巷道的阅读器信息中除了填写巷道相关信息外，还记录巷道中采掘面数目，操作员可对信息进行修改、添加、删除、查询及报表的生成等操作。同时，由于巷道编号采用层次码的编码规则[3]，信息录入后系统自动生成与阅读器相对应的巷道编号，操作者可通过编码规则方便地了解到巷道的相关信息。
2)采掘面阅读器。安装在采掘面的阅读器信息中填写与采掘面相关的信息。由于巷道信息中记录了采掘面数目，因此采掘面编号可自动生成，并通过目录形式在采掘界面中显示。
2．1．3 作业计划管理
1)功能描述。采掘面信息生成后，即可对其进行计划安排。通过相关的公式计算，分别算出各班点所需人员数目。按工种分类(打眼工、放炮工、采煤工、打密柱工、回柱工、班长、送水饭工、列车员等8个工种)，生成新计划，同时自动选出符合要求的各工种人员，实现整个项目的时间、人员安排和参数设置。
2)作业安排。操作人员对要进行计划的采掘面进行计划操作，作业计划安排流程如图2所示。
a．操作者选择默认参数设置或者修改参数设置的模式。
b．系统通过所设置的参数计算新计划所需的各工种人员的数目。
c．系统搜索数据库[4]表中最新的人员记录，同时搜索数据库表中在上次计划和当前计划已结束的项目所含人员数目。
d．当计划生成时，检查表中上次计划和本次计划结束的项目，在人员数据库中，自动删除满足该项目编号的人员，并添加到剩余人员中。
e ． 系统自动选择符合工种要求的人员，直到满足人数要求。
f．把所选人员添加到计划表中，同时删除剩余人员表中该人员的记录。
2．1．4 人员出入管理
1)出入记录。当人员进出时，通过RFID技术的识别功能，安装在巷道或采掘面上的阅读器可读取卡片信息，并作如下处理：
a．检索人员计划数据库中计划人员的安排，当所来人数在计划内时，则旋转门打开放行；允许进入的人员所对应的信息将在人员进出记录数据库中保存下来，可查询、打印。
b．如果人员不属于计划内，系统则检索卡上人员信息数据库中非计划人员的权限，满足权限要求的人员即可进入，并作记录。
2)查询、打印。显示巷道的所有进出记录，对进出记录查询打印、滞留人员的查询等。尤其是查询滞留人员的数量、位置等详细信息。
3)巷道图示查询。只要单击煤矿布局图中巷道的位置，系统就会自动显示该位置的详细人员信息，包括出入时间、滞留时间等。
2．2 巷道安全管理
巷道安全管理是针对有特殊要求的巷道进行的，通过设置巷道权限，限制特定人员的进出，比如：
根据矿含量分级，满足权限要求的人员才能进入富矿区域开采。系统使用时，持卡者持合法卡信号通过控制器处理后，人员可合法进入巷道，非法卡无法进入，并在后台计算机留档。出门时再次将卡片通过阅读器，通过信号处理完成对巷道人员的进出管理。
不同级别的人员可以进入的巷道权限各不相同。通过安装在巷道出人口处的阅读器对人员佩戴的电子标签进行自动识别；根据数据库中设置的信息对巷道的旋转门进行相应的控制。对于来巷道的人员记录都自动进行保存，以便查询和生成报表。
2．3 安全物资管理
将射频标签安装到需要跟踪的物资上，通过RFID技术及时跟踪物资的流动。
安全物资管理系统用于管理煤矿中的危险物资，如炸药、甘油、脂等。该系统主要有库存管理、物料跟踪2个功能模块。库存管理主要管理煤矿中危险物资的出入库情况；物料跟踪用于详细记录井下物资的使用情况。
3 结束语
从可靠性考虑，每个人员最好安装2个RFID卡片，虽然成本会上升一些，但是对于事故的快速处理、减少事故损失还是有必要的。
参考文献：
[1]范维唐．实施科教兴煤战略促进煤炭工业现代化发展[Z]．北京：第五次全国煤炭科技工作会议，2001．
[2]游战清，李苏剑．无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]．北京：电子工业出版社，2OO4．
[3]席庆．计算机编制列车运行图分布式数据库系统规划与设计[J]．西南交通大学学报：自然科学版，2000(3)．
[4]张晓辉，李祥胜．SQL Server2000管理及应用系统开发[M]．北京：人民邮电出版社，2002．
为了改变目前煤矿安全管理工作的落后状况，保障职工生命安全和身体健康，有必要运用安全管理系统分析的方法。因此，传统煤矿井下管理须和现代技术相结合。
我国煤炭工业科技发展总体思路是继续坚持“科技是第一生产力”的指导思想，适应人世的新形势，依靠科技进步，加大企业技术改造力度，促进产业结构调整，增强企业的技术创新能力、抗灾能力，提高企业竞争力，坚定不移地实施“科教兴煤”和可持续发展战略，促进煤炭工业向安全、高效、洁净、优质的方向发展。其中重点任务之一是运用计算机技术、网络技术和系统控制论，建立高效、安全的集约化煤矿安全生产系统，加快煤矿安全技术的重点建设[1] 。
国内矿区管理与计算机结合的程度目前主要限于井上部分，其中包括日常的企业流程管理、财会管理、运输管理。随着煤炭行业信息化和网络化的发展，我国大多数煤矿在生产过程中基本都采用了各种各样的煤矿管理系统，并在实际应用中发挥了重要的作用。随着RFID技术的引进，国内煤矿也开始使用RFID技术进行管理[2]。
1 RFID在井下管理应用的特点
RFID在井下管理上的应用，主要是以煤矿计算机管理系统的子系统——井下管理系统为对象。将射频识别技术应用于煤矿管理系统，通过建立一个具有完整性、实时陛和灵活性的井下管理系统，对包括井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作业工人资料、安全物资流动等进行管理，实现井下管理信息化和可视化，同时提高煤矿生产管理和作业安全水平。
与传统的地面作业不同，煤矿井下管理更强调其安全性，主要考虑人员安全，同时还要和巷道安全相结合。
RFID技术的井下应用可行性分为以下几种：
1)操作可行性。电子卡片携带方便、操作简单，读写器可在5 In以上的距离对卡片进行自动识别，符合井下作业设备力求简单、方便的要求。
2)安全可靠性。RFID采用射频技术，理论上不会对井下作业产生危险。该技术已经在国外金属矿中得到应用。
3)设置可行性。矿井一般深度在地下500 m以下，在具体操作中，阅读器与后台操作可采用现场总线方式连接，模仿区域布网模式，阅读器与后台间距离可达2 000 m以上，把阅读器设在井下工作车场平台，经过后台进行各项操作，可解决设备布置问题。
4)技术可行性。针对巷道布点，安装阅读器，通过阅读器的自动分组和自动识别，实现人员管理和巷道管理的功能。
2 RFID煤矿井下安全管理系统结构
RFID矿井管理以井下安全管理为依据，按照人员安全管理、巷道安全管理和安全物资管理等方面进行分类。
2．1 人员安全管理
人员安全管理强调井下作业过程中人员的安全，通过计算机查询等功能，了解人员的具体位置分布，可通过图形突出显示。发生事故时，可有效地进行抢险救灾工作，最大限度地保障人员安全。人员作业管理是利用RFID的识别功能进行的。系统首先要生成阅读器和卡片等相关信息，通过系统软件对识别后的数据进行处理。人员作业系统按照功能划分为4个模块：卡片管理、阅读器管理、作业计划管理和人员出入管理，如图1所示。
带有编号的卡片贴在安全帽上，下井人员必须携带安全帽通过系统检测，满足条件后才能进入相关巷道。根据煤矿作业的实际情况，下井人员分为长期职工和临时人员2类。其中长期职工为基本作业人员，临时人员包括参观、学习、检查人员等，属非作业人员，有流动性、变化性大的特点。另外，为了满足不同人员的下井需求，在卡片分发上，可分职工卡和临时卡2类。
1)职工卡。职工卡存储长期职工的信息，操作员可对职工的相关信息进行修改或删除。信息录入后自动生成编号，并在数据库中进行相应的操作处理。在后台数据库中，实现历史数据、实时数据的选择查询。
2)临时卡。根据临时人员的特点，临时卡设计思路略有不同。系统独立开辟供临时人员使用的标签，存储信息与长期卡不同。由于临时卡具有信息更新快、使用时间短等特点，临时卡可重复使用，因此系统可以设置临时卡的发放和回收功能。同样，操作员可对人员的相关信息进行修改、删除、查询和补卡，并在数据库中进行相应的更新，实现历史数 据、实时数据的选择查询。系统通过综合查询，自动生成报表。由于卡片使用量大，存在破损的可能，系统还应专门设置补卡制度，通过更换卡片标签，不需改变数据库中人员信息即可方便地完成数据的更新。
2．1．2 阅读器管理
1)巷道阅读器。安装在巷道的阅读器信息中除了填写巷道相关信息外，还记录巷道中采掘面数目，操作员可对信息进行修改、添加、删除、查询及报表的生成等操作。同时，由于巷道编号采用层次码的编码规则[3]，信息录入后系统自动生成与阅读器相对应的巷道编号，操作者可通过编码规则方便地了解到巷道的相关信息。
2)采掘面阅读器。安装在采掘面的阅读器信息中填写与采掘面相关的信息。由于巷道信息中记录了采掘面数目，因此采掘面编号可自动生成，并通过目录形式在采掘界面中显示。
2．1．3 作业计划管理
1)功能描述。采掘面信息生成后，即可对其进行计划安排。通过相关的公式计算，分别算出各班点所需人员数目。按工种分类(打眼工、放炮工、采煤工、打密柱工、回柱工、班长、送水饭工、列车员等8个工种)，生成新计划，同时自动选出符合要求的各工种人员，实现整个项目的时间、人员安排和参数设置。
2)作业安排。操作人员对要进行计划的采掘面进行计划操作，作业计划安排流程如图2所示。
a．操作者选择默认参数设置或者修改参数设置的模式。
b．系统通过所设置的参数计算新计划所需的各工种人员的数目。
c．系统搜索数据库[4]表中最新的人员记录，同时搜索数据库表中在上次计划和当前计划已结束的项目所含人员数目。
d．当计划生成时，检查表中上次计划和本次计划结束的项目，在人员数据库中，自动删除满足该项目编号的人员，并添加到剩余人员中。
e ． 系统自动选择符合工种要求的人员，直到满足人数要求。
f．把所选人员添加到计划表中，同时删除剩余人员表中该人员的记录。
2．1．4 人员出入管理
1)出入记录。当人员进出时，通过RFID技术的识别功能，安装在巷道或采掘面上的阅读器可读取卡片信息，并作如下处理：
a．检索人员计划数据库中计划人员的安排，当所来人数在计划内时，则旋转门打开放行；允许进入的人员所对应的信息将在人员进出记录数据库中保存下来，可查询、打印。
b．如果人员不属于计划内，系统则检索卡上人员信息数据库中非计划人员的权限，满足权限要求的人员即可进入，并作记录。
2)查询、打印。显示巷道的所有进出记录，对进出记录查询打印、滞留人员的查询等。尤其是查询滞留人员的数量、位置等详细信息。
3)巷道图示查询。只要单击煤矿布局图中巷道的位置，系统就会自动显示该位置的详细人员信息，包括出入时间、滞留时间等。
2．2 巷道安全管理
巷道安全管理是针对有特殊要求的巷道进行的，通过设置巷道权限，限制特定人员的进出，比如：
根据矿含量分级，满足权限要求的人员才能进入富矿区域开采。系统使用时，持卡者持合法卡信号通过控制器处理后，人员可合法进入巷道，非法卡无法进入，并在后台计算机留档。出门时再次将卡片通过阅读器，通过信号处理完成对巷道人员的进出管理。
不同级别的人员可以进入的巷道权限各不相同。通过安装在巷道出人口处的阅读器对人员佩戴的电子标签进行自动识别；根据数据库中设置的信息对巷道的旋转门进行相应的控制。对于来巷道的人员记录都自动进行保存，以便查询和生成报表。
2．3 安全物资管理
将射频标签安装到需要跟踪的物资上，通过RFID技术及时跟踪物资的流动。
安全物资管理系统用于管理煤矿中的危险物资，如炸药、甘油、脂等。该系统主要有库存管理、物料跟踪2个功能模块。库存管理主要管理煤矿中危险物资的出入库情况；物料跟踪用于详细记录井下物资的使用情况。
3 结束语
从可靠性考虑，每个人员最好安装2个RFID卡片，虽然成本会上升一些，但是对于事故的快速处理、减少事故损失还是有必要的。
参考文献：
[1]范维唐．实施科教兴煤战略促进煤炭工业现代化发展[Z]．北京：第五次全国煤炭科技工作会议，2001．
[2]游战清，李苏剑．无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]．北京：电子工业出版社，2OO4．
[3]席庆．计算机编制列车运行图分布式数据库系统规划与设计[J]．西南交通大学学报：自然科学版，2000(3)．
[4]张晓辉，李祥胜．SQL Server2000管理及应用系统开发[M]．北京：人民邮电出版社，2002．
