1 概述

　　煤礦井下物流管理有人員管理和安全物資管理。人員管理首先是日常作業(yè)管理，包括考勤、出入管理、井下人員跟蹤定位等；其次是緊急情況管理，即災(zāi)害事故預(yù)防，責(zé)任事故預(yù)防，災(zāi)害事故后人員定位、搜索、救護(hù)等。安全物資指雷管、炸藥等易燃易爆且對(duì)存放、使用有特殊要求的物資。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)主要采用爆破方法，機(jī)械化掘進(jìn)尺只占5％，所以安全物資在煤礦井下應(yīng)用數(shù)量大，其管理水平直接影響安全生產(chǎn)狀況。目前? 煤礦井下物流管理仍以經(jīng)驗(yàn)管理、人工管理為主，災(zāi)害、事故發(fā)生率居高不下。此外，井下多塵、潮濕等惡劣環(huán)境因素造成人員、物資缺乏可靠的跟蹤管理手段。針對(duì)這種情況，利用RFID(射頻識(shí)別技術(shù))非接觸遠(yuǎn)距離識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、環(huán)境敏感性低、標(biāo)簽數(shù)據(jù)容量大、標(biāo)簽可讀寫(xiě)等特點(diǎn)，以其為關(guān)鍵技術(shù)且與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息管理技術(shù)有效結(jié)合的井下物流管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員、物資的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理，改變礦井安全管理狀況。

　　2 系統(tǒng)原理及構(gòu)成

　　2．1 系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)由井下數(shù)據(jù)采集傳輸單元和地面控制管理單元組成，中間為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。井下數(shù)據(jù)采集傳輸單元基本組成元件為射頻標(biāo)簽、閱讀器、天線和中間件。系統(tǒng)工作原理為閱讀器通過(guò)天線發(fā)射電磁波，射頻標(biāo)簽經(jīng)自身天線接收電磁波后，或者依靠電感能量(無(wú)源)，或者依靠自身能量(有源)將所存儲(chǔ)信息發(fā)射回去。信息包括ID、身份標(biāo)識(shí)等靜態(tài)信息和環(huán)境、位置等動(dòng)態(tài)信息。閱讀器接收信號(hào)并經(jīng)中間件處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給井上數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)調(diào)用解析后，實(shí)現(xiàn)人員監(jiān)控、事故預(yù)警、安全物資監(jiān)控、中央控制、遠(yuǎn)程領(lǐng)導(dǎo)查詢(xún)等各種應(yīng)用。系統(tǒng)原理如圖1所示。

 
圖1 系統(tǒng)原理

　　2．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　(1)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)地面工作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器間選取傳統(tǒng)的c／s體系結(jié)構(gòu)。用戶(hù)界面、管理系統(tǒng)軟件存放在工作站上，而數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)及后臺(tái)操作則由服務(wù)器來(lái)完成。該模式下系統(tǒng)各個(gè)2 系統(tǒng)原理及構(gòu)成。
 
　　(2)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485串口，也可采用RJ45以太網(wǎng)和無(wú)線wLAN接口。傳輸網(wǎng)絡(luò)盡量采用井下已有的安全監(jiān)控系統(tǒng)信道、通信光纜等，在保護(hù)原有投資基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能提升。

　　(3)射頻標(biāo)簽選擇。射頻標(biāo)簽工作頻率分為低頻(100—500 kHz)、中頻(10～15 MHz)、高頻(13．56 MHz)、超高頻(860～930 MHz)和微波(2．4～5 GHz)。若頻率高，則識(shí)別距離大，通信速度快，抗噪能力強(qiáng)，但對(duì)障礙物(如液體)的穿透性、方向敏感性不如低頻。因此，結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，井下采用工作頻率為低頻和超高頻的雙頻標(biāo)簽。

　　(4)井下物流管理閱讀器布置原則。井下物資和人員的跟蹤可靠性，是基于RFID的井下物流管理系統(tǒng)是否能取得理想效果的關(guān)鍵，而閱讀器的布置直接影響井下物資、人員的跟蹤精度。閱讀器布置應(yīng)遵循以下原則：①重點(diǎn)巷道連續(xù)布置。井下車(chē)場(chǎng)、人員物資必經(jīng)巷道連續(xù)布置閱讀器。考慮成本，布置間隔以滿(mǎn)足跟蹤精度為依據(jù)，在此前提下盡量減少布置數(shù)目。②重點(diǎn)設(shè)備、危險(xiǎn)地段必須布置。帶式輸送機(jī)主機(jī)、翻斗等有自然發(fā)火預(yù)兆的重點(diǎn)設(shè)備，除安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備外，應(yīng)與RFID閱讀器關(guān)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警。爆破材料庫(kù)、油庫(kù)、瓦斯部分任務(wù)清楚，數(shù)據(jù)訪問(wèn)實(shí)時(shí)性好。中央監(jiān)控及其他部門(mén)遠(yuǎn)程信息查詢(xún)模塊設(shè)計(jì)成B／s體系結(jié)構(gòu)。

　　該模式中數(shù)據(jù)的處理分析均在服務(wù)器上進(jìn)行，簡(jiǎn)化了客戶(hù)端工作。

　　(2)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485串口，也可采用RJ45以太網(wǎng)和無(wú)線wLAN接口。傳輸網(wǎng)絡(luò)盡量采用井下已有的安全監(jiān)控系統(tǒng)信道、通信光纜等，在保護(hù)原有投資基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能提升。

　　(3)射頻標(biāo)簽選擇。射頻標(biāo)簽工作頻率分為低頻(100—500 kHz)、中頻(10～15 MHz)、高頻(13．56 MHz)、超高頻(860～930 MHz)和微波(2．4～5 GHz)。若頻率高，則識(shí)別距離大，通信速度快，抗噪能力強(qiáng)，但對(duì)障礙物(如液體)的穿透性、方向敏感性不如低頻。因此，結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，井下采用工作頻率為低頻和超高頻的雙頻標(biāo)簽。

　　(4)井下物流管理閱讀器布置原則。井下物資和人員的跟蹤可靠性，是基于RFID的井下物流管理系統(tǒng)是否能取得理想效果的關(guān)鍵，而閱讀器的布置直接影響井下物資、人員的跟蹤精度。閱讀器布置應(yīng)遵循以下原則：

　?、僦攸c(diǎn)巷道連續(xù)布置。井下車(chē)場(chǎng)、人員物資必經(jīng)巷道連續(xù)布置閱讀器?？紤]成本，布置間隔以滿(mǎn)足跟蹤精度為依據(jù)，在此前提下盡量減少布置數(shù)目。

　?、谥攸c(diǎn)設(shè)備、危險(xiǎn)地段必須布置。帶式輸送機(jī)主機(jī)、翻斗等有自然發(fā)火預(yù)兆的重點(diǎn)設(shè)備，除安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備外，應(yīng)與RFID閱讀器關(guān)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警。爆破材料庫(kù)、油庫(kù)、瓦斯區(qū)、封閉火區(qū)等危險(xiǎn)地段必須布置閱讀器。

　?、酃ぷ髅?、必經(jīng)巷道雙向布置。在綜采煤工作面這種既有人口又有出口的地段，相關(guān)位置應(yīng)雙向布置閱讀器。對(duì)于1條巷道內(nèi)有多個(gè)采面的情況，將采面集中劃分區(qū)域，在區(qū)域出入巷道安裝閱讀器實(shí)行區(qū)域管理。掘進(jìn)面只在人口處布置閱讀器即可實(shí)現(xiàn)人員的定位、跟蹤。

　?、芎侠聿贾门R時(shí)、手持式閱讀器。在冒頂危險(xiǎn)區(qū)、放炮警戒處、巷道維修地段、臨時(shí)禁止通行地段，布置臨時(shí)、手持式閱讀器進(jìn)行人員監(jiān)控。

　?、莅惭b位置易于裝拆。由于采面采煤任務(wù)完成后要落頂封巷，生產(chǎn)任務(wù)完成后原架設(shè)閱讀器要拆卸，重新布置在新開(kāi)采面。因此，閱讀器的安裝應(yīng)遵循易于裝拆的原則。

　　3系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

　　3．1 人員管理

　　(1)日常管理。包括考勤登記、井下工時(shí)計(jì)數(shù)、上井人員查點(diǎn)、井下人員定位跟蹤等。煤礦工作人員根據(jù)崗位不同分為井上、半井上、井下等幾類(lèi)。井下人員工作量確定既依據(jù)產(chǎn)煤量、掘進(jìn)尺等工程數(shù)據(jù)，又與下井工時(shí)直接掛鉤。半井上、井上人員都要求月井下工時(shí)數(shù)。引入RFID后，考勤、工時(shí)、查點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，確保高效率和準(zhǔn)確性。井下人員定位、跟蹤是事故預(yù)防的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)管理根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而RFID技術(shù)填補(bǔ)了該管理空白。

　　工作流程以地面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃人員、區(qū)域調(diào)度信息為基礎(chǔ)，將射頻標(biāo)簽ID、身份信息與巷道工作面信息等靜態(tài)信息作為參考系，與巷道工作面閱讀器獲取的動(dòng)態(tài)信息相對(duì)應(yīng)，經(jīng)系統(tǒng)中軟件功能邏輯，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。

　　(2)緊急情況管理。包括事故預(yù)防和事故后處理。事故預(yù)防首先是災(zāi)害事故預(yù)防。即將RFID技術(shù)與災(zāi)害監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，對(duì)井下災(zāi)害事故作預(yù)警管理，這是傳統(tǒng)管理方法和技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。將RFID設(shè)備與煤層瓦斯壓力(含量)測(cè)定儀，溫度、煙量、火焰等火災(zāi)監(jiān)測(cè)設(shè)備，測(cè)塵儀，風(fēng)速、負(fù)壓傳感器，水位傳感器等相關(guān)聯(lián)。一旦危險(xiǎn)因素水平超過(guò)警戒線，在前臺(tái)管理界面中立即準(zhǔn)確顯示預(yù)警位置，點(diǎn)擊危險(xiǎn)區(qū)域信息可查看人員情況，通過(guò)井下通信系統(tǒng)及時(shí)發(fā)布警報(bào)，采取相關(guān)措施消除事故源，并組織人員疏散。其次是責(zé)任事故預(yù)防。責(zé)任事故預(yù)防有2種情況：一是在封閉火區(qū)、瓦斯區(qū)、盲巷、廢棄巷道等嚴(yán)禁入內(nèi)區(qū)域架設(shè)固定

　　RFID設(shè)備，以防人員誤人造成事故；其次是在危險(xiǎn)區(qū)、放炮警戒處、巷道維修地段等臨時(shí)禁行地段，由專(zhuān)人拿臨時(shí)、手持式RFID閱讀器進(jìn)行人員監(jiān)控，與警燈、音頻報(bào)警器、警示牌相結(jié)合，避免責(zé)任事故發(fā)生。

　　事故后處理指災(zāi)害事故發(fā)生后及時(shí)組織撲救和人員救護(hù)工作。傳統(tǒng)管理方式事故發(fā)生后，救護(hù)隊(duì)往往盲目人井，對(duì)災(zāi)情、滯留人員情況不了解，容易造成意外傷害。RFID管理系統(tǒng)中，利用事故發(fā)生工作面人口RFID閱讀器上傳的信息，可準(zhǔn)確得到各工作面的人員數(shù)量、位置信息，及時(shí)配備人力、設(shè)備，在最短時(shí)間內(nèi)采取搶險(xiǎn)營(yíng)救措施。營(yíng)救

　　過(guò)程中利用手持式RFID閱讀器對(duì)滯留人員進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

　　3．2安全物資管理

　　在RFID井下物流管理系統(tǒng)中，安全物資、運(yùn)送安全物資的容器(托盤(pán))和設(shè)備(專(zhuān)用車(chē)輛)、庫(kù)存管理人員、領(lǐng)用人員都粘貼、佩戴RFID標(biāo)簽。通過(guò)物資、人員、位置信息的一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全環(huán)節(jié)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化監(jiān)控管理。實(shí)現(xiàn)物資出入庫(kù)、盤(pán)庫(kù)等物流作業(yè)高效自動(dòng)管理，物資領(lǐng)用管理責(zé)任明確，物資流動(dòng)路線在途實(shí)時(shí)跟蹤，提高了安全物資管理的安全性。系統(tǒng)總體功能如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體功能

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹的煤礦井下物流管理系統(tǒng)通過(guò)RFID技術(shù)特點(diǎn)與煤礦生產(chǎn)具體流程相結(jié)合，提出新的煤礦井下管理模型，建立完整性、實(shí)時(shí)性和靈活性的井下物流管理系統(tǒng)。RFID只是一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，以其為技術(shù)支撐的管理信息系統(tǒng)功能的合理設(shè)計(jì)，管理流程的嚴(yán)格規(guī)范，才是我國(guó)煤礦井下生產(chǎn)管理水平真正提高的根本保證。