煤礦安全生產事關礦工的生命安全，政府一貫高度重視煤礦安全生產問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產工作的安全性。如何改善目前煤礦企業(yè)對井下工作人員落后的管理模式，以及如何實現煤礦管理的現代化、信息化，已經成為所有煤礦企業(yè)和煤礦安全管理部門關心的話題。

    據中國煤炭工業(yè)協會發(fā)布的《2008年全國煤炭工業(yè)統計快報》顯示，2008年我國煤炭產量達到27億多噸，國內共發(fā)生120多起礦難，共死亡3210人，百萬噸死亡人數近1.2個。為此，對煤礦安防產品提出了新的要求。在有關廠商的不斷努力下，近期煤礦安全生產狀況總體上趨于穩(wěn)定好轉，但由于基礎薄弱等原因，煤礦安全生產狀況仍然不容樂觀。煤礦安防仍然沒有一個固定模式，比較分散，主要是依賴于煤礦安全規(guī)程而被動發(fā)展。

    如何改變目前煤礦企業(yè)對井下人員落后的管理模式，如何實現煤礦的現代化、信息化也成為所有煤礦企業(yè)關心的問題，因此建立以災害預防、事故救助、電子信息化管理為主要目標的信息化和智能化建設勢在必行。

煤礦領域常用安防系統
煤礦安全生產監(jiān)測系統
    煤礦安防系統主要有煤礦安全生產監(jiān)測系統，最早有重慶安全儀器廠五路瓦斯報警器，西安100點，KJ1-4等產品，后來發(fā)展較好的有KJ95、KJ38、KJ66、KJ101等。比較知名的廠家是天地公司常州分公司（原煤科院常州自動化所）、北京陽光金力公司、北京仙島公司等。這些公司不僅有煤礦安全生產監(jiān)測系統，還有與其配套的視頻監(jiān)測系統，同時還生產其他有關安全和自動化產品。

    目前較先進的煤礦安全生產監(jiān)測系統主要包括：瓦斯、溫度、風速、一氧化碳、負壓等傳感器，加上設備開停傳感器及設備斷電儀所組成。一般都是通過分站傳輸系統到地面主站。設備開停顯示在調度模擬或大屏幕（一般和視頻監(jiān)測系統融合），凡是合法生產的有瓦斯的礦井，都必須安裝煤礦安全生產監(jiān)測系統。

煤礦人員與設備定位管理系統
    目前發(fā)展勢頭正旺的是煤礦人員與設備管理系統。由于監(jiān)管力度不斷加強，大中型煤礦和眾多鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦均已大量裝備了煤礦安全監(jiān)控系統，有效地遏制了重大瓦斯煤塵爆炸事故的發(fā)生。生產安全的核心是人的安全。煤礦需要利用相應的礦井人員定位設備，全天候對煤礦入井人員進行實時自動跟蹤，隨時掌握每個員工在井下的位置及活動軌跡、全礦井下人員的位置分布情況。

    礦用人員定位系統是集井下人員考勤、跟蹤定位、災后急救、日常管理等于一體的綜合性應用系統。這一產品的出現，為煤炭企業(yè)的安全生產、日常管理以及事故急救帶來可靠指揮依據。國家安全生產監(jiān)督管理總局政策法規(guī)司有關負責人在08年初提出，為加強煤礦安全生產，今后將進一步推廣和完善煤礦井下人員定位系統。

    礦用人員定位跟蹤系統以標示卡為基本采集單位，完成對下井者地理信息和工作信息的采集、存儲、處理、顯示和打印，同時可以對各種異常狀態(tài)進行預警、報警。系統主要由標識卡、讀卡器、人員檢測分站、通信接口、服務器、打印機等組成。從結構上劃分，人員定位跟蹤系統主要包括主站、分站和移動分站。主站模塊既是系統的信息處理中心，又是用戶的信息獲取源。從各種總線傳輸匯總的數據，經過主站模塊完成數據篩選、信息存儲、異常處理后，與用戶進行信息交流；分站模塊包括各種基站、讀卡器和標示卡，共同形成一個動態(tài)信息采集監(jiān)控區(qū)，并通過一定的信息傳送方式，將數據匯總至主站模塊。從功能上劃分，人員定位跟蹤系統基本功能包括實時數據采集與存儲、井下人員的電子考勤、動態(tài)定位、地圖管理、歷史路徑查詢與顯示、數據聯網、報表生成，以及報警提示井下人員進入危險區(qū)域及限制區(qū)域，礦難時提供井下人員搜救幫助等功能。

    目前生產礦用人員定位系統的廠家有：上海數傳信息科技有限公司、中電廣通股份有限公司、太原海斯特電子有限公司等。[nextpage]

    在無線技術基礎上的煤礦井下人員定位系統經歷了三個主要階段，前兩個階段都采用RFID技術。與其他識別技術相比，RFID技術具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。但是這種技術的讀卡器價格昂貴，如果要實現人員位置的密集跟蹤，系統造價將難以承受。而人員檢測與管理系統作為一個綜合性系統，與安全監(jiān)控系統具有同等重要性，若只實現小范圍的人員檢測，難以體現其價值，更難以發(fā)揮其應用前景。

    隨著現代傳感器網絡的發(fā)展，無線傳感器網絡(WSN)技術走向成熟，并在多個領域有成功應用。因此，基于WSN技術的第三代人員定位跟蹤系統成為近年來的研究熱點。WSN由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個自組織的網絡系統，其目的是協作感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。

    WSN家族非常龐大，包含多個協議族。根據煤礦應用的特點，第三代人員定位跟蹤系統不約而同地把研究的焦點取在Zigbee標準上。Zigbee是基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的關于組網、安全和應用軟件等方面的技術標準。完整的Zigbee協議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。

    應用匯聚層是把不同的應用映射到Zigbee網絡上，主要包括安全屬性設置和多個業(yè)務數據流的匯聚等功能；網絡層則可實現網絡的自組織和自維護，從而降低了網絡的維護成本。Zigbee技術具有低功耗、短時延、低速率、近距離、低成本、大容量、高安全性、免執(zhí)照頻段等特點，因此在短距離無線通信領域有著較大的優(yōu)勢。而煤礦巷道在空間上本身具有局限性，若采用基于Zigbee技術的低成本傳感器密集分布，將為當前的井下人員跟蹤帶來質的飛躍。

    目前人員定位發(fā)展很快開始由人員考勤后發(fā)展為人員管理，最后發(fā)展為人員設備管理和雙向通訊。

    除了安全監(jiān)測系統和人員定位系統之外，煤礦安防應用中，還有一些比較重要的系統，如：水泵自動化系統、風機監(jiān)測系統，平巷機車安全運輸系統，這些系統都和礦工的生命安全緊密聯系在一起。[nextpage]

采用新技術,煤礦安防應用應以人為本
    煤礦安防設備由被動發(fā)展（煤礦安全規(guī)程所規(guī)定必須安裝的設備）到目前主動設計生產人員保護，是煤礦安防設備應用發(fā)展的一種質的轉變，一種巨大的進步。開灤集團公司機電副總何曉群提出了人本安全的理念。同時在開灤集團公司推廣了很多由他帶領研制的人本安全的產品和系統，如高壓開關柜電磁閉鎖語音報警電子鎖、斜井運輸安全監(jiān)測系統、皮帶機雙滾筒人員保護系統、平巷運輸人本安全系統。

高壓開關柜電磁閉鎖語音報警電子鎖，防止誤操作
    高壓開關柜電磁閉鎖語音告警裝置是開灤集團有限責任公司自行設計和制造，用于額定電壓3KV-35KV，頻率為50Hz的戶內電氣開關柜中，與支柱絕緣子式傳感器配套。裝置在開關柜內，對前門、后門及其他需閉鎖的部位，能可靠的防止誤操作，并用語音告警提示，防止維修人員和工程技術人員誤入帶電間隔觸電，提高了產品的安全性。

斜井運輸安全監(jiān)測系統，確保生產安全
    通過使用斜井運輸自動監(jiān)控系統，能真正作到“人車分離”，“行人不行車，行車不行人”（煤礦安全規(guī)程要求），并且在斜井運輸過程中實現了“三自動一隔離”。系統主要特點如下：

自動擋車
    擋車器采用常閉式擋車門和擋車欄，通過軸編碼器判斷礦車的運行方向和位置，通過PLC的系統，實現擋車門和擋車欄的自動開閉。

自動捕車
    自動捕車主要指機械式捕車，自行研發(fā)的牛頭式捕車器，和在軌道內鋪設枕木實現自動捕車的目的。通過在荊各莊礦業(yè)公司井下2048斜井試驗，取得了非常滿意的效果。

自動閉鎖
    ·人車自動閉鎖：采用智能視覺傳感器和紅外計數器，在絞車停車時：如果探測有人進入時，閉鎖絞車不能開車；在絞車運行時：如果探測有人進入時，發(fā)出語音告警：“有人進入，減速停車”；

    ·行人安全門閉鎖：只有在斜井內無人時，才允許關閉行人安全門；只有在關閉行人安全門后，才能發(fā)出預警信號；只有在發(fā)出預警信號后，才能發(fā)開車信號；預警信號發(fā)出后，行人安全門不能打開。

人車隔離
    在運行礦車兩側用鋼絲繩安裝防護欄。[nextpage]

斜井運輸安全監(jiān)測系統
·三自動一隔離系統；
·牛頭式自動捕車器；
·行人安全門（在安全上，要像豎井一樣管理斜井）；
·智能視覺傳感器和紅外傳感器及紅外計數器應用在斜井監(jiān)控系統之中。

膠帶運輸機雙向滾筒人員保護裝置
    礦用膠帶運輸機雙向滾筒人員保護裝置，是一個新型產品，即是一個礦用膠帶運輸機保護的新品種，又能用在其他不允許人員靠近的危險場所或設備上。當設備未啟動或正常運轉時，監(jiān)測雙向滾筒部位是否有工作人員作業(yè)或靠近。當監(jiān)測到有人作業(yè)或靠近時，該裝置斷開設備啟?？刂苹芈罚ń箚踊蛲＼嚕?，同時語音報警并鎖定設備，防止雙向滾筒部位絞人事故的發(fā)生。

    本裝置是集紅外探測器和金屬探針為一體，紅外探頭用于檢測人員，金屬探針用于檢測煤水泥。既可對人員監(jiān)測，又可防止傳感器被煤水泥堵住后不報或誤報。是一種新型傳感器。在目前的現有技術中，將紅外傳感器配合語音告警裝置，組成礦用膠帶運輸機雙向滾筒人員保護裝置。目前國內外尚未見到。該保護裝置，采用隔爆型控制器，本安型傳感器和語音報警器。

    綜上所述，煤礦安全由安全生產監(jiān)測系統不斷完善，目前輔助生產安全提到了議事日程，（輔助生產死亡率雖小，但頻發(fā)）要以人為本就必須引起重視，希望有志于煤礦安防廠商在此有所突破。

煤礦安防應依賴于煤礦綜合自動化的發(fā)展
    提升煤礦安全管理的出路在自動化，沒有自動化，煤礦很難走出目前的困境（工人工資低，工作勞動強度大，作業(yè)條件惡劣，礦難頻發(fā)）。只有走自動化的道路，才是煤礦發(fā)展的唯一出路。煤礦安防系統，作為自動化系統的一個子系統既可獨立存在又要依靠自動化系統，只有揉入自動化系統中，才能發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，才能得到全面發(fā)展。例如安全監(jiān)測系統的應急措施，水泵系統應急措施，通風系統應急措施等，還有災害預防、事故救助這些都是自動化系統的必須，這些也都是對煤礦安防系統的完善。

    為了實現以人為本，達到人本安全，加快開灤集團公司發(fā)展步伐，從2007年起，開灤集團公司邀請中國礦業(yè)大學有關人員一起，制定了開灤集團公司綜合自動化發(fā)展五年規(guī)劃，目前該規(guī)劃已通過煤炭協會鑒定，開灤集團公司正在遵照規(guī)劃按部就班的進行改造和建設，在2010年實現營業(yè)額500億元，產煤5000萬噸的“雙五”目標，使百年老礦煥發(fā)青春。（本文作者程玉祥為開灤集團公司信控中心自動化控制科副科長/高工）