摘要：KJ387型本質安全型智能聯鎖放炮監控系統(簡稱：放炮監控系統)是針對放炮是礦山“第一殺手”、放炮引起的重特大事故占60%左右、放炮事故每年造成大量人員傷亡而研發。遵循礦井監控系統“三級智能，兩級通訊”的結構，沿人機數據信息采集、收集、傳輸與處理的流程，并針對林南倉礦井實際提出設計方案，通過具體應用，結果表明設計方案正確、可行，智能聯鎖放炮監控系統在林南倉礦井得到了應用。安裝該系統能夠實現“本質安全，不安全就不能放炮”。

　　關鍵詞：智能科技評職論文,期刊投稿,KJ387,智能聯鎖,本質安全,放炮監控

　　一、前言：

　　林南倉礦為加強井下放炮過程中的安全，減少放炮崩人事故和放炮時發生瓦斯爆炸概率，2010年設計、安裝放炮監控系統，系統采用KJ387型本質安全型智能聯鎖放炮監控系統。

　　該系統型由放炮監控終端(FD-200LS)、放炮監控卡(KJ225-k)、放炮監控數據傳輸裝置(KJ225-J簡稱傳輸接口)、安全位置定位器、數據傳輸電纜、地表主機、避雷器等組成，其主要特點如下：

　　1.全面監測監控放炮的功能：

　　1)中心管理功能

　　井下所有的放炮地點均由放炮管理中心統一管理。地面可以對放炮實施過程進行全面監測、監控。

　　2)不安全就不能放炮功能

　　放炮監控終端中預先設定允許放炮的環境條件(三人聯鎖、安全距離、網絡電阻、安全區域是否有人、瓦斯濃度、煤塵濃度、風速、風電閉鎖等)當需要放炮時，管理中心工作人員將現場監控系統的環境參數通過網絡傳到現場放炮監控終端中，與放炮監控終端中的預設參數作比較，條件符合時，允許放炮，否則終止操作。

　　3)信息管理功能

　　管理中心通過網絡將信息采集到管理主機，對放炮信息數據進行集中管理，并可以對數據進行分析，以便于制定更有效、更具有針對性的措施，保證放炮的安全。

　　4)放炮監控終端集中管理功能

　　管理中心對每一臺合法的放炮監控終端進行備案(每一臺放炮監控終端都具有唯一的識別號)，可以對每一個放炮地點進行查詢。礦務局等相關單位也可以通過網絡，對每一個放炮地點進行查詢。

　　2. 安全可靠：

　　本系統井下傳輸信號采用本安信號, 低電壓、功耗低、地表井下信號傳輸采取光電隔離措施，所有井下設備均為本安設備，確保煤礦井下安全使用;井上采取防雷電措施，確保系統各設備的安全。

　　3. 集成度高：

　　本系統采用了高度功能集成，用較少的設備使系統具有了數據采集、存儲、巡檢、遠程傳輸等多種功能。

　　二、智能聯鎖放炮監控系統監控原理

　　煤礦井下智能聯鎖放炮監控系統是由地面監控中心站主計算機在系統軟件支持下，通過數據傳輸接口和沿巷道鋪設的通訊光/電纜，放炮前對井下安裝的無線數據傳感器進行數據巡檢和信息采集，無線數據傳感器將自動采集有效識別距離內的標識卡的信息，通過傳輸網絡將相關數據傳送至地面中心站。數據信息經分析處理后，將井下放炮點附近人員動態、放炮迎頭瓦斯濃度、粉塵情況、語音信息在主計算機程序界面中得以實時反映，并對井下發爆器下達指令，從而實現井下安全安全放炮在井上數字化管理的目的。

　　(一) 系統實現的基本原理為：

　　放炮安全距離不夠，就不能放炮，從而確保放炮的安全距離。

　　定位功能是通過放炮監控終端(FD200LS)和安全距離定位器綜合作用實現的，使用時要在規程規定的安全距離外10米位置處設定一個安全距離定位器，放炮監控終端(FD200LS)與安全定位器的通訊的有效距離為3-5米，只有當放炮監控終端接收到設定的安全距離定位器發出的信號時，才能啟動進入工作狀態，否則，不工作。以此來確定安全距離不夠就不能放炮。

　　(二) 不三人聯鎖，就不能放炮，確保放炮時，責任人必須到現場完成自己的職責。

　　系統通過語音識別和射頻識別兩種途徑實現三人聯鎖放炮的。

　　音頻設別技術，是基于每個人的音頻不同這一事實完成的。系統首先需要對有關放炮責任人(例如放炮員、班組長、瓦檢員、安全員等)的音頻信息分類錄入，并對錄入信息進行訓練，確保系統的設別。系統工作時，依次識別有關責任人的音頻信息，當發現你不是對應類別人員、或者不是設定人員時，拒絕下一步操作，從而實現聯鎖目的。

　　射頻識別作為一個輔助識別技術，每次人員操作，首先刷卡(安刷卡按鈕)，刷卡通過后，才進行語音識別，防止感冒等特殊條件下語音失真影響辨別。語音識別的流程如下圖。

　　(三) 網絡電阻超限就不能放炮

　　放炮監控終端本身具有電阻測量功能，放炮前按照程序要求對母線電阻和網絡電阻進行測量，發現不合格時，系統自動終止操作。

　　不合格狀態有下列五種情況：

　　1) 網絡電阻值小于2歐姆，說明系統就近短路，不能放炮。

　　2) 母線電阻大于20歐姆，母線不合格，不能充電放炮。

　　3) 當網絡電阻超過標準值時(1220歐姆)，放炮監控終端自動閉鎖，不能充電放炮;

　　4) 當電阻值小于標準值，但是一直在波動，說明接線不牢，不能放炮!

　　5) 網絡電阻雖然沒有超限，但是，阻值不斷增加，說明母線或者腳線落水，容易出現瞎炮，放炮監控終端自動閉鎖，不能放炮。

　　(四) 瓦斯超限，就不能放炮

　　智能聯鎖放炮監測監控系統直接讀取安全監控系統中的設定位置的瓦斯數據，超標時，放炮監控終端將終止作業。系統也可以直接讀取現場專用瓦斯便攜儀的數據，實現對系統的控制。

　　(五)煤塵超限，就不能放炮

　　智能聯鎖放炮監測監控系統直接讀取安全監控系統中的設定位置的煤塵數據，超標時，放炮監控終端將終止作業。

　　2.6 噴霧設施沒有打開，就不能放炮

　　智能聯鎖放炮監測監控系統直接讀取安全監控系統中的設定位置的噴霧開關數據，超標 時，放炮監控終端將終止作業。

　　2.7 有人在危險區域，就不能放炮

　　就是在警戒區域放炮監控器，進入區域的人員必須攜帶放炮監控卡，系統以此判斷危險區域是否有人，如果有人，放炮監控終端就不能充電、不能放炮。

　　人員監控的方式可以為門禁式也可以是全境監控式。

　　2.8 無風，就不能放炮

　　系統接收安全監控系統風速傳感器的數據，風速小于規定或者無風，系統自動閉鎖，不能放炮。

　　2.9 工作面動力電源沒有停電，就不能放炮

　　系統自動接收安全監控系統電源開關是否關閉的信號數據，如果沒有停止供電，系統自動閉鎖，不能放炮。

　　2.10 放炮監控終端本身電量不足，就不能放炮

　　系統開機自動檢測放炮監控終端電量，電量不足，不能放炮，以免出現瞎炮。

　　對于瓦斯、煤塵、噴霧、供電、風速等數據，系統可以無線接收有關傳感器(經過無線傳輸改良的)的數據，并實現監控目的。

　　系統可以增加或者減少具體礦井的控制因素數量，滿足具體礦山要求。例如，為了控制突出區域的放炮作業，可以采用微震傳感器的數據，實現對放炮的控制。

　　2.11 “一個監控”實現的原理是

　　KJ387系統是一個完整的監測監控系統，井下數據通過有線傳輸到達地面指中心，地面指揮中心的數據和命令通過線路傳輸到井下，從而實現地面的監控。地面指揮中心可以監控井下放炮的全部過程，也可以實時控制放炮作業。

　　三、系統數據傳輸與安全放炮的實現

　　設計按照大型監控系統傳感器—分站—中心站三級智能，傳感器與分站、分站與中心站兩級通訊”的結構，并針對林南倉礦井的實際沿人機數據信息的采集、收集、傳輸與處理展開設計。

　　本系統適應能力強，原來的設計有232\485\CAN\TP\IP等數據接口，可以使用光纖或環網。

　　3.1 232\485\CAN\TP\IP等數據接口與放炮監控終端的傳輸：

　　1) 地面主機與傳輸接口間的數據傳輸

　　a)傳輸接口： RS232;

　　b)傳輸信號方式： 半雙工、串行異步傳輸;

　　c)傳輸電纜： 標準計算機通訊電纜;

　　d)傳輸速率： 4800 bps;

　　e)最大數據傳輸距離： 15 m;

　　2) 放炮監控終端與傳輸接口間的數據傳輸

　　a)傳輸信號方式： 串行、異步傳輸;

　　b)傳輸電纜： 礦用通訊電纜(MHYVR1×2×7/0.52);

　　c)數據傳輸通道： 1 路;

　　d)傳輸速率： 9600 bps;

　　e)誤碼率： ≤ 10-8;

　　f)最大通訊距離： ≥ 10 Km;

　　g)最大通訊電流： ≤ 30 mA。

　　3.2 放炮監控終端與光纖或環網間數據傳輸：

　　3.3 其中放炮截人系統的原理詳見下圖：

　　圖3-2為我礦二水平軌道平石門附近的局部俯視圖，從圖上可以看出各個截人點的位置，信號接收裝置安放位置，以及允許炮工響炮的位置。每個下井的員工都佩戴有一個專門的人員識別卡，當響炮時，一旦放炮截人區域內有人，發爆器就會提示炮工“放炮區域內有人，請確認”，并且發爆器無法充電響炮。

　　瓦斯檢查系統可以讀取我礦的瓦斯監控數據，當響炮所在的迎頭瓦斯超限時發爆器同樣會有提示且無法充電響炮。聲音控制系統是把在各迎頭的爆破工、瓦斯工(或者安全員)和現場班組長的聲音信息提前采集并儲存在發爆器內，當響炮時，三者必須同時在場，并且向著發爆器說出自己的名字才能響炮。聲控系統確保了“三人連鎖放炮”制度的執行。

　　當然，在這套系統的安裝過程中我也發現了該系統存在的許多問題，如人員定位接收器安裝后需要轉移時特別麻煩，幾乎要和安裝時消耗同樣的人力;各種接收器內的線路板容易損壞;當周圍環境噪音過大時聲控系統不好用;幾十人佩戴“人員識別卡”同時路過同一接收器時，偶爾存在個別人員因為被其他工友遮擋無法被檢測到的問題。

　　四、結論

　　⑴ 通過實際應用，該系統設計方案正確、可行。

　　⑵ 數據信息上傳使用現有光環網采用光纖傳輸，克服了監測分站485傳輸方式傳輸距離短，實際應有較為困難、成本高的的問題。同時光纖傳輸速度快、抗干擾能力強、防雷性能好等優點更適用于礦井應用。

　　⑶ KJ387型本質安全型智能聯鎖放炮監控系統監測分站的工作電壓為12v，工作電壓底、工作電流高，線路壓降大，從而造成與為其供電的分站之間距離短。影響其設置位置。

　　參考文獻：

　　1.孫繼平.礦井安全監控系統. 煤炭工業出版社.2006.5: 7-15

　　2.王路.基于RFID技術的井下人員跟蹤與管理系統(碩士學位論文).安徽理工大學.2004.4: 1-20

　　3.北京龍德時代科技發展有限公司.KJ387型本質安全型智能聯鎖放炮監控系統使用說明書 2010.4