【安防知識網(wǎng)】煤礦安全生產(chǎn)歷來為我國各級政府所重視。事故發(fā)生后如何實施安全救護、如何提高搜救工作效率，為煤礦各級主管部門所關注。在分析近期幾個煤礦發(fā)生的特大事故時發(fā)現(xiàn)：

　　1、地面與井下人員的信息溝通不及時;

　　2、地面人員難以及時動態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，進行精確的人員定位;

　　3、煤礦事故一旦發(fā)生，搶險救災、安全救護的效率底，搜救效果差。

　　為此，如何正確處理安全與生產(chǎn)、安全與效益的關系，如何準確、實時、快速履行煤礦安全監(jiān)測職能，有效進行礦工管理，保證搶險救災、安全救護的高速運作顯得尤為重要和迫切。

　　一、目前我國煤礦所用的人員管理系統(tǒng)存在的問題

　　我們知道，煤礦井下人員在巷道的位置是動態(tài)的，有些巷道長達幾十公里，因此，對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區(qū)人員的數(shù)量、位置及身份，采取措施及時救助，把事故的損失和影響降到最低限度。

　　目前我國煤礦所采用的“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)隨身攜帶身份識別卡;被檢人員通過讀卡器時其信息被記錄，并傳至地面監(jiān)控主機，從而達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別技術或混頻射頻識別技術而設計的，在使用中普遍存在如下問題：

　　1、漏卡現(xiàn)象嚴重，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)點數(shù)就會受到限制，覆蓋面有限，無法滿足大型、特大型煤礦的全礦井巷道監(jiān)測的要求;

　　3、不具備行進方向的判斷識別能力，不具備人員是否完全通過識別區(qū)域的判斷能力。(假設某人從井口下井，進入井口檢測分站的識別區(qū)域，此時，井口檢測分站將檢測到該人員并向地面監(jiān)控主機上報該人員的基本信息，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，該人員實際上并未下井，這時就出現(xiàn)了系統(tǒng)誤判情況)。

　　上述問題都是由于高頻射頻識別技術本身的技術特點受限而致，難以根本突破。正因為如此，國際上有的煤炭生產(chǎn)大國(如俄羅斯)已開始選擇用低頻射頻識別技術(30~300KHz)取代高頻技術，從安監(jiān)系統(tǒng)本身來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

　　國際上煤礦人員安全管理系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過了三個階段：

　　第一階段：從上世紀九十年代初開始應用礦井人員管理系統(tǒng)，但均限于高頻射頻識別技術;

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

　　第三階段：從2005年開始，基于遠距離低頻射頻技術的礦井人員管理系統(tǒng)問世，并迅速得到全球煤礦行業(yè)的推崇。目前該技術已日趨成熟，監(jiān)控性能已逐步穩(wěn)定，已在英國、伊朗、土耳其、西班牙、俄羅斯等10多個主要采煤國的煤礦運行。由于其安裝方便、識別準確率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、成本低等特點，大有完全取代高頻及混頻技術而實現(xiàn)“一統(tǒng)天下”的趨勢。

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

　　三、低頻射頻識別技術與高頻射頻識別技術的性能比較

　　通常讀卡器和識別卡進行無線信號傳輸時所使用的頻率稱為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分析它們在礦井人員管理系統(tǒng)中的應用特點：

　　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,可以講是定向的(就像是手電筒發(fā)出的光束)。因此，被監(jiān)測人員在經(jīng)過低頻讀卡器時，只要在其有效的識別范圍(直徑10米的范圍內(nèi))，就能被準確識別到。而在經(jīng)過高頻讀卡器時，要求被監(jiān)測人員準確行走到高頻電磁波傳播方向上，才能被讀卡器識別。

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

　　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—信號衰減小、凸顯出低頻電磁波的穿透能力強，所以采用低頻射頻識別技術的讀卡器和識別卡之間的無線電信號傳輸對其它物體(特別是水汽和金屬物體)的穿透性很強;而高頻電磁波由于其本身的穿透性能較弱，讀卡器和識別卡之間的物體(如水汽、人體、尤其是金屬物體等)阻擋，很有可能導致讀卡器無法識別。

　　另外，巷道的一些特性也會對無線電信號的傳輸帶來不利的影響，以下兩組數(shù)據(jù)表明了巷道拐彎對無線電信號傳輸?shù)挠绊?表1)以及巷道傾斜對無線電信號傳輸?shù)挠绊?表2)。

　　表1

　　信號頻率(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，由巷道傾斜所帶來的衰減變大，拐彎越急衰減越大。

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

　　4、人員行進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)，磁場區(qū)域能夠很好的被定義，這表明低頻射頻識別技術從根本上說更可靠，也更可預見。正是低頻電磁波的這種可預見性，使得識別卡可以被定位到更精確的范圍，并提供人員定位應用的性能優(yōu)勢。

　　在礦井人員管理系統(tǒng)應用中，人員移動方向的識別是很重要的。在與安全相關的應用中，需首先考慮人員移動方向判斷的可靠性。低頻讀卡器可帶兩組天線，每組天線由多路天線組成。當人員分別經(jīng)過兩組天線時，充分利用低頻電磁波磁場區(qū)域能夠很好的被定義的特點，就能準確判斷人員的移動方向，這在所有的RFID技術中是處于領先地位的。

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

　　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，并且從高頻發(fā)射源發(fā)出的電磁波是逐漸擴散的，很象從手電筒射出來的光束，需要達到一定距離才能覆蓋需要檢測的區(qū)域，否則，將出現(xiàn)嚴重的漏卡現(xiàn)象。

　　另一方面，從煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢看，井下會安裝越來越多的門禁系統(tǒng)，或其他需要感應識別卡后才能開啟的設備，實現(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，要遠離用于人員管理系統(tǒng)的高頻讀卡器，否則，會產(chǎn)生嚴重的干涉現(xiàn)象，導致系統(tǒng)癱瘓。如果礦井安裝的高頻讀卡器較多，勢必影響到識別卡在門禁等其他智能化領域的應用，這就會產(chǎn)生不兼容問題。還有，當多個高頻讀卡器安裝得很近時，他們之間也會產(chǎn)生嚴重的交叉干擾，導致識別性能減弱，嚴重降低其識別的準確率。

　　而低頻電磁波的傳播距離可以較容易的加以控制，所以可以準確的設定其讀卡距離，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題。

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

　　5、低頻產(chǎn)品比高頻產(chǎn)品更環(huán)保

　　眾所周知，高頻電磁波對人體的輻射傷害遠遠高于低頻電磁波，加之高頻電磁波的傳播距離又比較遠，工作區(qū)域難以界定，在一個較大型煤礦安裝人員定位系統(tǒng)，常常需要安裝數(shù)十個甚至上百個讀卡器，如果選用高頻技術，這上百個讀卡器就好比一個個大功率高頻輻射源，在礦內(nèi)會形成一個強大的交叉輻射網(wǎng)，這對于長期在井下工作的人員來講是極為有害的。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、強電磁波長時間輻射到他們體內(nèi)，嚴重危害著他們的健康。而低頻技術由于其自身的發(fā)射功率很小，電磁波的傳播距離又可以控制(一般為10米)，不會對人員構(gòu)成傷害。

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

　　四、低頻技術在煤礦人員管理系統(tǒng)中的應用

　　英國戴維斯德比公司已有200余年的煤礦專用設備研發(fā)和制造經(jīng)驗，上世紀九十年代初開始致力于煤礦人員管理系統(tǒng)的研制與開發(fā)，在全球率先開發(fā)出基于高頻技術、混頻技術的煤礦人員管理系統(tǒng)，并在世界各國煤礦實際運行。自2005年起，該公司開發(fā)成功礦井用低頻礦井人員管理系統(tǒng)，目前經(jīng)大量實際運行，已日臻完善。

　　該管理系統(tǒng)將尖端的遠距離多重射頻識別技術、網(wǎng)絡通信技術、自動控制技術和計算機技術有機結(jié)合，解決了該系統(tǒng)產(chǎn)品應用于煤礦井下的設備安全運行、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)的遠距離傳輸、信號轉(zhuǎn)換接口和信息處理等方面的技術難題，為煤礦井下人員監(jiān)測、控制和跟蹤管理，以及生產(chǎn)統(tǒng)計管理等方面提供有效的科技支撐。其系統(tǒng)設計特點如下：

　　1、操作簡單、使用要求底

　　整個系統(tǒng)設計對用戶要求極低，具有簡易可調(diào)的功能、故障自動巡檢功能等。系統(tǒng)操作簡單，并可對故障地點自動報警，維護異常方便。

　　2、識別卡自動識別，識別距離遠

　　實行被動式監(jiān)測方式，被測目標無負擔，識別距離遠。井下工作人員無須主動進行任何操作。

　　3、運行穩(wěn)定、可靠，在惡劣環(huán)境下正常運轉(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小時正常運轉(zhuǎn)。并提供斷電后較長時間的供電電源，采用UPS電源，能提供長達2小時以上的斷電保護。系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠、誤碼率幾乎為10-4。

　　4、具有信息防沖撞功能，可同時識別80張識別卡。

　　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張識別卡，遠遠大于其他產(chǎn)品。

　　6、高速、高效的識別率

　　同高頻信號相反，低頻信號具有相對較強的穿透力和繞開障礙物能力，使得系統(tǒng)具有極高的目標識別率，系統(tǒng)識別卡可做到無方向性，確保了識別卡無漏的識別。[nextpage]

　　7、查詢當前井下人員分布

　　根據(jù)各礦實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區(qū)域當前人數(shù)。該圖是動態(tài)的，隨著井下人員移動，該圖顯示的各區(qū)域人數(shù)會隨時更新。在該圖上用鼠標點擊，可以顯示某個選定區(qū)域的人員名單;進一步點擊還可以顯示某個選定人員下井后的行蹤。

　　8、查找人員當前位置(井下人員定位)

　　輸入任意人員的姓名和編號，可以立即以圖形方式顯示此人當前所在區(qū)域;也可以同時輸入多個人員，以文字方式顯示這些人各自在井下的當前位置。可以督促和落實重要巡查人員(如：瓦斯檢測員、溫度檢測員、測風人員等)是否按時、到點的進行各項數(shù)據(jù)的測試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關事故。

　　9、統(tǒng)計查詢進入特殊區(qū)域人員

　　對井下的某些特殊區(qū)域，例如不準一般人員進入的危險區(qū)域，在行蹤保留時段內(nèi)可以隨時進行查詢，列出進入該區(qū)域的人員和出、入時間。

　　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提取出每個下井人員的入、出井時間，從而形成考勤記錄，進而形成各種考勤報表和查詢、統(tǒng)計功能。

　　11、強大的緊急處理機制

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

　　12、系統(tǒng)的可擴容性大，滿足國內(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KJ270—F1傳輸分站，通訊距離可達15公里。從地面到地下KJ270—F1傳輸分站可以最多擴展到8條FSKSAP總線，而每臺KJ270—F1傳輸分站又可以通過CAN總線連接7臺KJ270—F2—4讀卡器(通訊距離可達2KM)。由此，此系統(tǒng)最多可以支持8*15=120個分站;8*15*7=840個讀卡器，完全可以滿足煤礦的需要。

　　本文從煤礦人員安全系統(tǒng)的實際要求出發(fā)，介紹了其技術演變歷程及應用特點;從全球煤礦行業(yè)人員管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢得出最終結(jié)論，即低頻技術將不容置疑地取代高頻技術而在煤礦人員安全管理中發(fā)揮重要作用。當然，我們在此強調(diào)低頻的優(yōu)越性并無意貶低高頻技術在實際檢測中的作用，高、低頻監(jiān)測技術各自有其科學的應用領域。比如，高頻技術在車輛跟蹤(如汽車、火車及地鐵等)以及高速公路收費等領域就有著低頻技術無可比擬的優(yōu)勢。