矿井定位系统

矿井定位系统（精选10篇）

矿井定位系统 篇1

1引言

黄陵矿业公司一号煤矿, 井下使用机车、无轨胶轮人车、无轨胶轮料车、多功能运输车并用的车辆运输系统。由于无轨胶轮车运输能力比较高, 所以在煤矿井下的辅助运输系统中被大量使用。但由于煤矿井下巷道宽度有限并且弯道和岔路口在巷道内较多, 若无可靠信息指引车辆驾驶人员操作车辆, 井下交通阻塞现象很容易发生, 这不但降低了煤矿的运输效率, 甚至会造成煤矿生产事故, 驾驶车辆违章驾驶现象时有发生极易造成井下交通阻塞严重影响煤矿的安全生产, 降低了运输效率。因此根据一号煤矿目前状况, 设计了一种井下车辆定位与调度指挥系统最为简便也迫在眉睫。根据目前存在的矿井车辆定位系统中, 基本上都是在井下相关位置布置监控基站, 监控基站通过以太环网连接到中心控制计算机系统, 系统通过监控基站与收发机之间的无线通讯, 可以对井下车辆的数量及分布情况实时了解, 并自动进行调度和通行指挥, 解决了煤矿井下交通堵塞问题, 提高了运输效率, 提高安全运输性。为解决一号煤矿目前上述问题, 本文提出了基于KJ69J人员定位系统的车辆定位及调度指挥系统设计。

2系统的设计结构及原理

1) 基于人员定位原理设计了车辆定位及调度指挥系统, 它们的工作原理基本相同。把定位基站安装在井下各个巷道交叉口, 同时把定位系统射频卡安装在每个车辆上, 当安装于车辆上的射频卡进入基站工作区域后, 基站中读卡器发射的固定频率的射频载波就会激活射频卡, 存储于射频卡内的车辆信息在射频卡内收发模块的协助下便会发射出去, 射频卡发射来的信号被基站读卡器接收到后, 再通过相关处理把车辆信息提取出来, 车辆信息通过以太环网传送至地面调度中心的计算机上, 利用车辆分布示意图管理者可以查看人员在井下的分布情况, 当前井下车辆的活动轨迹可以通过定位系统记录, 最终实现车辆的定位工作。

2) 自动交通指示工作原理, 1台人员定位分站布置在井下单行巷道, 把2个无线接收器分别设置在入口和出口处, 以便对车辆方向进行确认, 把无线数据收发机安装在井下胶轮车上, 通过车辆收发机信号基站可以对车辆的具体位置及行驶方向进行确认, 实时控制和显示该巷道被控段两端的红绿灯及车辆无线收发机上的红绿灯信号, 红绿灯的自锁可以通过在读卡器与车辆识别卡之间进行双向通讯来实现。车辆在巷道内行驶大致可以分为下列3种情况:单车通行:若只有一辆车通过巷道, 从这辆车驶入巷道直到从该巷道驶出其它车辆都没有通过该巷道, 则绿灯显示是该车上的无线数据收发机一直显示的灯色;同向多车:若从巷道一侧一辆车A驶入, 在他还没有完全驶出巷道时, 同一侧又驶入一辆B车, 则亮绿灯向B车, 允许其通过, 解除锁定的时间是直到B车也驶出巷道;相向行驶:若从巷道一侧驶入一辆车A, 在其还没有完全驶出巷道时, 巷道另一侧又驶入一辆车B, 则红灯向B车亮起, 表示禁止通行, 解除锁定的时间是直到A车驶出巷道或从入口退出, 然后允许B车通过, 若在A车驶出前A车的同一侧又驶入了其它车辆, 则必须等所有车辆都驶出巷道时才解除锁定通行控制, 需在KJ69J系统上增加系统编程写入。硬件设备需增加双基色 (红绿) LED矿用指示牌。系统建成后, 车辆调度系统的组成部分如图1。

3系统软件的改进及应用

1) 人车调度:KJ69J人员调度系统, 可以实时了解井下人员准确数量、人员流动情况及各区域人员分布情况, 具有局域网浏览功能。井口信息站 (井口车场) 通过网络连接人员定位系统服务器, 对井下各个车场及重要区域进行人员及数量进行实时显示, 通过本文第三段落的操所, 也可对井下人车的位置、数量, 进行图形实时显示。在井口信息站安装大屏, 对以上信息同步进行显示, 通过通信系统, 可对人车进行合理的调度。通过合理调度, 可以人车的路线提前做到安排, 减少人车的少载, 空载, 减少了油料的浪费, 节省了职工在井下等车的时间;轨迹的显示对车辆的行车速度进行监控, 减少了司机违章情况, 保证行车安全。2) 其他车辆调度指挥:与人车调度相似, 人员定位系统具有局域网浏览功能, 运输队通过办公室网络, 就可将车辆位置, 轨迹信息调出, 实时查询, 历史查询, 了解车辆运行情况, 对职工及车辆的使用情况了解分析, 进行合理调配, 保证了行车的安全和合理的工作分配。

4系统的优点

1) 系统对井下车辆进行分布式自动控制调度, 对车辆的行进方向进行准确判断, 并通过信号灯对行进车辆进行交通指挥。2) 系统可以进行定位、轨迹跟踪、当前位置查询井下车辆, 为井下的车辆管理提供有效的管理手段。3) 系统的兼容性很强, 井下车辆读卡器与井下人员定位读卡器可以共用, 可以使人、车管理实现合二为一。4) 稳定性好, KJ69J人员定位系统是煤炭科学研究总院常州自动化研究院自主研发、 国内首先采用RFID技术实现井下人员定位功能的系统。KJ69J型矿用人员定位系统是该领域中的佼佼者。5) 经济性好, 一号煤矿2009年开始使用KJ69J人员定位系统, 目前系统稳定, 使用良好, 在此系统上增加车辆调度系统, 不必另行进行设备安装, 与人员定位系统公用, 为本矿节省了大量资金投入。

5系统存在问题

基于KJ69J人员定位系统的矿井车辆监控调度系统在一号煤矿实验应用中, 情况表明该系统软件完全基于KJ69J人员定位系统软件, 可加入专门的车辆调度系统管理软件, 可以做到为此系统设计专业软件。

6结语

车辆调度系统可在KJ69J人员定位系统应用中嵌入, 做到对井下无轨胶轮车辆的运行数据信息进行实时采集和分析, 实现井下车辆定位跟踪、交通调度指挥、车辆调度管理。该系统还能够充分利用人员定位系统中的井下设备, 兼容人员定位管理功能, 运行稳定可靠, 满足煤矿现场应用需求, 为煤矿井下无轨车辆的调度管理, 提供科学的管理手段, 极大地提升了煤矿的智能化管理水平, 提高了煤矿安全生产运输效率。

摘要：设计一种基于KJ69J人员定位系统的井下无轨胶轮车定位与调度指挥系统, 在井下相关位置布置监控基站, 监控基站通过以太环网连接到中心控制计算机系统, 系统通过监控基站与收发机之间的无线通讯, 实时了解井下车辆的数量及分布情况, 并自动进行调度和通行指挥, 地面实时显示井下车辆状况, 解决了煤矿井下交通问题, 提高了运输效率。保证生产安全。

关键词：人员定位系统,矿井车辆调度系统,设计研究

矿井定位系统 篇2

一 RFID人员定位在矿井中出现的背景

随着国家“矿山安全避险六大系统 ”即：监测监控、人员定位、供水施救、压风自救、通讯联络、紧急避险的颁布与实施。全国的煤矿企业均已经安装实施了人员定位系统，基于RFID技术的人员定位系统被广泛的应用于煤矿安全生产当中，为广大的煤矿企业在进行抢险救灾，安全救护等工作提供了强有力的技术支持与保障。

二 RFID人员定位的设备组成及功能

1.RFID人员定位设备

RFID人员定位系统由监控主机、显示设备、人员标识卡、人员定位分站等设备构成2.RFID人员定位的功能实现

2.1 人员分布情况及考勤记录

当井下工作人员通过人员标示卡通过读卡通道的时候，读卡器读取人员标示卡发出的射频信号并记录传输到数据库中，透过RFID人员定位软件系统进行数据分析，记录人员的考勤并判断出相应的标识卡所在的位置，通过显示设备显示出取卡器附近的工作人员

2.2全方位的实时监控与信息互连

通过RFID人员定位软件可以同时多地点观察人员出入情况，可以对单一的人员进行井下移动轨迹的查看，还可以同时查看生产报表，实现对人员定位、生产实时管理的系统互连。

三RFID人员定位的特点

1.读卡器供电模式

读卡器使用双供电模式，通过电池与电源双供电模式可以有效的预防因电源发生异常情况发生采集数据丢失和漏卡

2.标识卡供电模式

标识卡使用独立供电模式，可以有效的杜绝充电源充电模式下因电源产生问题而导致的无法对人员进行定位跟考勤管理等问题

3.系统自检功能

当井下某个读卡器出现问题的时候，系统会自动显示出读卡器的故障显示。

矿井通风系统选择探析 篇3

关键词：矿井；通风系统；选择

中图分类号：TD725 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）8-0145-02

众所周知，在煤炭生产过程中，为了更好地进行生产，保证生产过程的顺利进行和煤矿生产人员的安全，必须进行矿井通风。在一定意义上可以说，矿井通风是是煤矿安全高效生产的关键因素之一。在对矿井设计之初，就必须对矿井的通风系统给予足够的重视和考虑，科学合理的矿井通风系统是矿井顺利进行生产的前提条件。

那么，矿井的通风系统应该如何选择，在对矿井通风系统进行选择的过程中，哪些因素是必须予以主要考虑的，这些问题值得我们去深入分析和研究，基于此，本文就从矿井通风系统选择主要考虑的因素出发，并对这些因素进行分析，在此基础上，深入探讨和分析矿井的各种通风系统的适用条件以及各自的优势和不足，以期在这一领域有所探索。

1 影响矿井通风系统选择的主要因素

影响矿井通风系统选择的具体因素很多，但如果我们对这些因素进行深入细致的分析，加以综合归纳提炼，其主要的因素不外乎有自然因素和经济因素两大方面，正是这两大方面影响了矿井通风系统的选择。

在这两大因素之中，自然因素占据了先导和前提性位置，其影响了矿井的建设和通风系统的选择，经济因素制约着矿井通风系统的选择，毕竟，煤矿企业作为营利性的实体，有着成本的考虑因素在内。

1.1 自然因素

自然因素是客观存在的，后期无法避免和选择的，只能面对已有的自然条件和相关情况，发挥后期的技术和管理优势，积极应对自然因素。就矿井通风系统的选择而言，在地下的煤层的存在状态是什么样的，煤层的埋藏深度，冲积层厚度，矿井瓦斯等级，煤层爆炸性，煤层自然发火性，矿井地形条件等都属于矿井的自然因素，这些因素是矿井通风系统选择所首要考虑的因素。不同的自然条件，必然决定不同的矿井通风系统选择。

1.2 经济因素

上文已经论述，煤矿作为生产单位，必然有着成本的考虑，在矿井通风系统选择方面，也是如此。如果一个矿井的井巷工程量大，通风运营费比较高，设备运转、维修和管理条件要求高，那么通风系统的选择就可能成本较大，给煤矿带来成本上的压力。另外，还要根据开采技术条件，要考虑灌浆、注水以及瓦斯抽放等要求，这些不同的因素，就会直接影响成本的高低。作为煤矿的决策者，可能就要考虑相应的经济成本和因素。

2 矿井通风系统的选择和优缺点

世界上没有完美无缺的事物，每一个事物在具有其独特的优点同时，必然存在着不足。矿井通风系统亦是如此，现实之中，矿井通风系统主要有中央并列式、中央分列式、对角式、混合式、分区式，每一种通风方式对自然因素和经济因素都有相应的要求，具体到某一矿井，要考虑到其具体的因素。每一种通风系统，也都有其优势和不足。

2.1 中央并列式通风系统

所谓中央并列式，顾名思义，就是指出风井与进风井大致并列于井田中央的通风系统。中央并列式的通风系统主要适用于煤层倾角较大，走向不长（一般小于4 km左右），且自然发火不严重的矿井，这种矿井在投产初期暂未设置边界安全出口。中央并列式的矿井通风系统优势和不足主要有。

①该种通风系统由于矿井的走向都不长，所以初期投资少，而且矿井的采区生产集中，在管理上比较方便。②中央并列式通风系统节省风井工业场地，所以占地比较少，这种通风系统要比在井田内打边界风井压煤少的多，节省了相应的成本。③中央并列式通风系统由于进出风井之间的漏风较大，风路较长，在实际应用过程中可能产生较大的阻力。④这种通风系统由于距离工业场地比较近，所以会产生较大的噪音，对周围的声音环境有一定的影响。

2.2 中央分列式通风系统

这种矿井通风方式与中央并列式的通风系统有所不同，这种通风系统的进风井与出风井是分列的，其大致位于煤矿井田走向的中央位置，而且沿井田倾斜方向有一定的距离，两个风井场地分列的通风系统。这种通风系统主要适用于煤层的倾角比较小，且矿井走不是很长的矿井。其优点和不足主要有以下几个方面。

①由于中央分列式的通风系统的进风井与出风井分别建立，且沿井田倾斜方向有一定的距离，这种设计和安排在安全性上要比中央并列式的好，增加了安全的系数。②中央分列式通风系统的矿井里通风阻力较小，而且内部漏风少，这在很大程度上有利于对瓦斯，一旦发生了自然发火的情况，也比较有利于及时有效的管理。③由于中央分列式通风系统两个通风井是分别建立的，所以其产生了噪音也就相对较少，工业场地噪音影响也就比较低。④中央分列式通风系统的不足之处就是在矿井建设过程中要多一个风井场地，这就可能造成压煤较多的现象。

2.3 分区式通风系统

分区式通风系统主要指进风井大致位于井田走向的中央，在采区开掘回风井，并分别安设通风机分区抽出，各分区有独立的进回风系统。

这种通风系统主要适用于煤层距离地表不深，或因地表高低起伏间距离较大，开凿浅部的总回风道难度较高的矿井情况。一般情况下，在开采第一水平的煤层时，可以采用这种分区回风方式的通风系统。

在矿井走向比较长，多煤层开采，高温矿井的情况之下，亦有采用此方式的必要。此外，对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井应采用分区通风系统，除适用于上述条件外，还适用于高瓦斯矿井和具备一定条件的大型矿井。

2.4 混合式通风系统

所谓混合式通风系统，是指进风井与出风井由三个以上井筒按中央式与对角式的方式组成一个整体的系统混合组成，既有中央式的特点，也有对角式的特征的通风系统。

混合式的通风系统之中，又可以分为中央分列与对角混合式，中央并列与对角混合以及中央并列与中央分列混合等具体的通风系统。从本质上而言，混合式通风系统是前几种通风系统的糅合和发展，混合式通风系统主要适用于矿井走向距离很长以及老矿井的改扩建和深部开采，多煤层多井筒的矿井以及大型矿井井田面积大，产量大或采用分区开拓的矿井。

总而言之，通过上文论述，我们可以知道，一个矿井的通风系统选择要结合矿井实际情况，根据该矿井的地质报告，并参照相邻矿井实际资料和通风系统选择的经验教训，考虑本矿井的瓦斯状况，煤尘无爆炸危险及煤层自燃发火倾向。同时结合矿井开拓布置和首采区位置等，对通风系统进行科学合理的选择。

参考文献：

[1] 王海宁，吴超.矿井通风网络优化软件及其应用[J].金属矿山，2004，（7）.

[2] 刘永辉.矿井通风系统的可靠性[J].煤炭技术，2009，（4）.

[3] 林晓飞.矿井通风系统优化调节研究[J].安全与环境学报，2006，（S1）.

矿井定位系统 篇4

1 系统功能

ZigBee的无线定位系统经济实用,工作可靠,可实现对井下工作人员的精确跟踪定位。该系统不但在发生事故时可发挥重要作用,也可对工作人员进行日常管理;既可对井下进行环境监测,也可完成人员定位任务。系统工作时,监控中心与终端可实现双向通信,即监控中心可以广播报警信号通知作业人员,作业人员也可以发送异常求救信号到监控中心[3,4]。

2 矿井ZigBee网络的构建及硬件实现

2.1 ZigBee网络的构建

工作人员作为ZigBee的终端节点,随身携带RFD设备(使用电池供电),与上层的路由设备(FFD)保持无线联络。由于井下工作人员数量较多,故路由器采用分区域设置。考虑到突发情况,为了避免节点出现故障而与网络断开,可以采用网状网络(mesh)组网,这样可保证数据不丢失。在网状网络的拓扑结构中,当其中某一个路由器(Router)出现故障时,则数据流选择其他的路由器或协调器(Coordinator)进行数据流的传输。考虑到巷道较深,故路由器之间采用无线电波接力的方式实现无线通信的连接。数据经协调器实时汇总后发送到PC机,在监控终端可以实时获取井下工作人员的集体信息。FFD设备作为协调器,采用有线电缆供电方式,同时要设有备用电源,防止灾害发生时由于电缆中断而无法正常工作[5,6]。

2.2 网络的硬件实现

井下无线通信网络硬件实现方式如图1所示,其中JN5139[5]End device节点由井下人员随身携带,作为终端节点,分布在各个巷道内,数量可以很多,实时与上层路由JN5139 Router节点之间进行信息的传递和接收,终端(End device)节点彼此之间不能进行通信,只能与上层的路由(Router)节点进行通信。JN5139 Router节点可作为管理节点,分布在各个巷道内,主要用于接收来自终端(End device)节点的信息并进行信息汇总,然后将收集并处理过的数据发送到协调器(Coordinator)节点。在网络中可以根据需求来选择路由节点个数,使其有效地管理各个巷道。协调器节点的主要任务是对来自各JN5139 Router节点的数据进行处理,经RS-232总线传递到PC机(网络中该节点只能设置1个)。

3 无线定位系统的实现

3.1 无线定位系统的硬件实现

通过对ZigBee无线通信网络的构建及无线定位算法LQI的研究,便可设计出如图2所示的无线定位系统。

通信的实现:

(1)“待定位节点”即为井下工作人员随身携带的终端节点,由于人员是不断流动的,因此终端节点分布在巷道的任意位置,并与路由节点进行无线连接用于数据传输。

(2)“锚节点”由分布在各个巷道内位置固定的路由器节点组成,其中锚节点与待定位节点之间采用无线通信方式进行链接和数据传输,而各路由器之间则采用无线电波接力的方式。最后路由器将收到所有信息汇总到协调器节点。

(3)“协调器”对接收到的数据进行处理,然后经RS-232总线将数据输送到地面的监控终端,实时显示待定位节点(即工作人员)的动态信息。

3.2 系统的软件实现

要想完成基于ZigBee的无线定位系统的设计,首先要对ZigBee的协议栈进行开发,具体的开发流程如图3所示。该流程图适用于平面或空间定位方案,路由节点和终端节点的个数由所选用的定位算法来确定。图1中的路由节点作为锚节点,设置在巷道内相应的位置,而终端节点由井下工作人员随身携带,从而实现对节点的定位。

要完成以上基于ZigBee网络开发的流程图的功能,需要对协调器(Coordinator)节点、路由(Router)节点、终端(End device)节点分别编写程序。以下是部分程序的说明:

4 结语

目前,国内外已有的井下监控与人员定位系统不能及时提供井下人员的动态分布情况及作业情况等信息,一旦出现事故,很难进行营救工作。因此,了解井下工作人员的动态信息对于解决灾后的救援显得非常重要。针对该问题设计的基于ZigBee的矿井无线定位系统,技术先进,功能完备,具有很高的实际应用价值。

摘要：煤矿井下环境十分复杂,现有的通信方式不能及时提供井下作业人员的作业情况及动态分布等信息,一旦发生事故,就将造成重大人员伤亡,很难展开有效救援。因此,研制新型的无线定位系统,具有十分重要的意义。设计了基于ZigBee技术的矿井无线定位系统,解决了井下的通信及定位问题。

关键词：井下,ZigBee,无线传感器网络,JN5139

参考文献

[1]马力.基于ZigBee技术的矿井安全生产监测网络的研究[D].北京:北京交通大学,2008.

[2]ZHENG J,LEE MJ.Will IEEE802.15.4make ubiquitous networ-king a reality:A discussion on a potential low power,low bit ratestandard[J].IEEE Communication Magazine,2004(6):110-116.

[3]俞海.基于ZigBee技术的矿井人员定位系统研究与设计[D].合肥:合肥工业大学,2007.

[4]谢晓佳,程丽君,王勇.基于ZigBee网络平台的井下人员跟踪定位系统[J].煤炭学报,2007,32(8):884-888.

[5]JN513X Data sheet[OL].http://www.jennic.com.

[6]Sugano M,Kawazoe T,Ohta Y et al.Indoor localization system u-sing RSSI measurement of wireless sensor net.work based on Zig-Bee standard.IASTED International Conference.Banff.2006.

矿井通风系统安全评价研究及应用 篇5

关键词：矿井通风系统；安全评价；应用

0.引言

随着我国的经济得到了迅速的发展，在对资源开发方面也得到了加大，在近些年的发展当中，一些矿井事故的发生率愈来愈频繁。在工业技术的迅速发展和在工矿企业中的实际应用，在很大程度上促进了社会经济的繁荣，但是与此同时也带来了一些负面的效应，也就是大型的工业系统的复杂化的程度已经愈来愈高，这就使得一些灾难性的事故频繁发生，这些不仅给我国的国民经济带来了巨大损失，同时也给社会造成了很大的心理压力。

1.当前矿井通风系统现状分析

我国的矿井通风理论以及技术在上世纪五十年代就已经有了一定的进展，能够对井巷通风阻力进行广泛的研究和测定，并且也建立了各种作业面的紊流传质方程以及污染物的浓度分析计算的方法，从而对风量的计算提供了理论上的依据。在随着社会的不断发展过程中，极端及技术以及网络技术的应用对矿井的通风系统的分析提高了效率，在新进技术的支持下矿井的生产能力有了大幅度的提升，在开采的深度以及强度方面不断的得到了加强。

在上世纪十年代初期，在我国的矿井通风理论和技术的研究上有了迅速的发展，并取得了令人瞩目的成果，与此同时，对矿井通风系统的评价研究的工作也在不断发展着，一些评价方法也被应用在这一系统当中[1]。

2.矿井通风系统安全评价原则分析

在我国的矿井通风系统方面是比较复杂的且是动态的系统，所以就会受到诸多外在因素的影响，要想实现安全评价的相关目标，就要在指标体系上能够完善以及科学，这也是进行系统评价的一个重要基础，对评价的结果有着直接性的影响。在这一过程中要能够建立与之相关的原则，只有遵循這些原则才能够有效的将矿井通风系统的安全评价得以有效的应用。

2.1系统性原则

首先在矿井通风系统的系统性原则方面有着整体性以及相关性和目的性、有序性以及适应性的特点，其中的整体性特点主要就是在矿井通风系统的各评价指标是有机整体，它们在内容上虽然有着不同但是在综合以及统一形成的整体作用下就有着一些新的功能，在这些功能的实现下安全评价的结果才能够准确的对整体性加以反映。而相关性就是安全评价和评价指标间有着一定的联系和以来，以此来达到合理的评价目的。系统是为能够达到一定的目的而存在的，而建立系统的目的就是对矿井通风系统的安全状态进行有效的评价[2]。

2.2科学性原则

在矿井通风系统的安全评价的科学性原则方面，由于其系统事故的发生有着一些自然的规律，故此其评价指标在选择的过程中就需要有着客观性以及科学性，在理论知识的掌握上要能够进行实际的分析，在经验的基础上对安全评价的指标概念进行明确，与此同时要能够和客观的规律相符合，主观的安全指标是不可取的，在真实客观的基础上才能够保持其科学性[3]。

2.3可测性原则

还有就是在对矿井通风系统的安全评价系统进行建立的过程中要能够和实际得到契合，要将需要的数据进行现场的搜集还要能够在测试的可操作性上比较强，从而避免一些比较复杂的的程序。

2.4其他原则

除了以上的原则之外还有着普遍性原则以及特殊性原则和定性、定量指标相结合的原则，在对其指标的建立过程中，要能够将特殊性和普遍性得到兼顾，在对矿井通风系统当中所存在的普遍共性指标建立评价层，而对一些比较特殊的情况就要将关系选取以及结构的层次得以应用。同时在事物的发展变化过程中还要能够将定量以及定性进行结合，把定性指标转化为定量化的指标，从而实现指标值的量化原则。

3.安全评价指标相关影响因素分析

3.1矿井危险因素

在矿井通风系统方面主要是相关装置以及通风动力和井巷、通风设施所构成，主要的目的就是在通风动力的作用下，以最为经济的方式来向井下各用风的地点进行提供优质的质量空气，进而对作业人员的安全实行保护。并且能够在发生危险的时候可以有效的对风向和风量加以控制，这样就能够将灾害危险的程度控制到最低。在这一过程中就需要对相关的影响通风系统的因素进行了解，从而有效的从根本上加以控制[4]。在矿井的危险因素方面，主要就是在工矿中比较典型的灾害对通风系统产生的影响，这其中就包含了瓦斯爆炸以及火灾等。

3.2安全管理因素

而在安全管理的因素方面主要就是人为因素，最为常见的就是管理人员的年限以及技术人员所占的比例以及受训的时间等。在矿井通风系统当中的安全管理人员在受教育的年限愈长学历愈高，在对一些理论的知识掌握上愈是牢靠那么这一指标值也就愈高。这对实际的安全有着重要的影响。

3.3通风环境因素

还有就是在通风环境这一影响因素方面，它主要是在井下的通风系统作业的环境，其中的温度以及风速和空气的质量都对安全评价指标有着影响。其中在粉尘的浓度上应当是越低越好，在矿井的空气温度也是构成矿内气候条件的一个重要因素，温度的过高或者是过低都会对人体有一定的影响，在温度上最为适宜的是在十五到二十摄氏度，对矿内的温度产生影响的因素主要是地面空气的温度以及空气受压缩以及膨胀和岩石的温度等。

3.4通风设备因素

在通风的设备这一影响因素上主要就是在通风系统中，各种设备的安全性对通风系统的安全性有着直接的影响，其中最为主要的就是通风机的运转性能以及瓦斯的抽放率和隔爆设施的完好情况。在通风设备方面主要是承担着全矿的通风任务，故此是昼夜运转的，这和矿井内的工作人员的安全有着密切的关系，其稳定的运转能够保证通风系统的稳定。

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4.具体安全评价应用分析

在对具体的安全评价进行应用过程中，本文主要以A矿井为例进行阐述，该矿井建于上世纪六十年代在2012年批准核定生产能力达到一百八十万吨，实际生产一百六十万吨。在当前该矿井的生产状况为通过走向长壁后退方式进行的开采，矿井的通风方式是中央边界式，在通风的方法上为抽出式，其中在进风井有四个，回风井一个。在二零一一年的瓦斯坚定的结果是相对涌出量是2.01m3/t，CO2相对涌出量是3.15m3/t，是属于瓦斯矿井。在通风系统的基本参数方面主要是通过阻力测定数据进行的计算，在通风阻力所测定的各项实测数据基础上，根据矿井当前的实际情况来建立网络解算模型进行网络计算。

根据该矿井的通风系统的实际情况，为能够客观真实的反映实际情况，最大化的减少评价的误差，在相关的规程以及细则的严格执行的基础上，然后再结合矿井的通风安全专家以及现场的通风安全的技术人员等进行赋值并计算。在这一矿井的多年运行开采以及自我改造情况下，使得风流不稳定的风度所占据的比例比较大，所以要对通风网络进行优化，把现行的单通道通风系统改成两个子系统，然后再采取分区式的通风方式来降低不稳定的风路分支数。还有就是在这一矿井中的角联风路数的量过多，由此就给风路风阻在调节的过程中增添了很多的难度，为了能够有效的保障通风网络的稳定性，所以要能够对工作面上的角聯风路的关联分支加以风阻调节，并要能够对其风机的工况点进行优化调整。

例如对矿井通风系统环境进行模糊综合评价：令[0，0.6]不合格，[0.6， 0.7]及格，[0.7，0.8]中等，[0.7，0.8]良好，[0.8，1]为优秀。几位位专家评价的结果分数为：0.87，0.73，0.68，0.73，0.67，0.58，0.91，0.81，0.78，0.85则评价的结果为如下表所示。

表1 评价表

级别不合格合格中等良好优秀

数量12331

频率1/102/103/103/101/10

通过这一模糊统计评价的方法来确定隶属函数并将其分为几个级别，这样能够将验证模糊综合评价的结果的合理性以及可信性得以保持。

5.结语

综上所述，在当前我国对矿井通风系统的安全评价的研究已经有了很大的进展，这一系统有着多环节以及非线性和动态性的特点，而安全评价是一项改善工业安全生产以及管理现状等比较有效的长效机制，所以在这一方面的研究要能够得到有效的加强。在矿井通风系统的研究已有了七十多年的历史，在当前技术比较发达的阶段，对其安全评价的准确性以及科学性将得到更加有效的加强。

【参考文献】

[1]李基隆，刘炳锋，林吉飞，董娟，夏建波.两阶段法在矿井通风系统评价中的应用研究[J].工矿自动化，2014，（07）.

[2]王时彬，陈日辉，孟祥允，刘世涛.计分法在矿井通风系统方案优选中的应用[J].中国钨业，2014，（03）.

[3]王彦波，张黔生，陈建，谢贤平. 基于灰色层次分析的矿井通风综合评价模型研究[J].矿冶，2014，（03）.

[4]赵红红，蒋曙光，王云航，陈国明，陶卫勇.改进AHP在大柳塔矿通风系统评价中的应用[J].矿业研究与开发，2014，（02）.

作者简介：吴瑞明（1985-），男，汉族，山西大同人，太原理工大学矿业工程学院在职研究生，研究方向：矿山通风及安全评价，工作单位：大同煤矿集团有限责任公司燕子山矿机电管理部，助理工程师

矿井定位系统 篇6

当前, 基于RFID (Radio Frequency Identification,射频识别)的矿井物流管理系统和基于RFID的人员定位系统是独立运行的。2套系统拥有各自的服务器、定点信息采集设备、射频标签和管理人员,造成了大量人力和物力资源的浪费。矿井物流管理系统具备物料、设备运输管理、统计、查询等功能;人员定位系统具备人员定位、下井人员统计等功能。若在建设矿井物流管理和人员定位系统前,充分考虑2套系统的融合,则可为煤矿企业节省一大笔开销。

了解2套系统的各自需求并设计数据库,是系统融合的关键。若煤矿企业不具备2套系统,则可单独进行数据库设计。数据库设计是系统稳定、高效、安全运行的基础。若煤矿企业具备其中1套系统,则需在原系统的基础上进行数据库设计。进行硬件设计和信息采集,是系统运行必不可少的中间环节。管理软件的融合则是系统运行人性化、便捷、 资源节约的重要一环。本文主要研究系统融合的功能需求以及信息采集过程,并对智能终端电路的主要外围模块进行设计,从而在中间环节上使系统具备定点上传设备、物料、人员定位信息的功能。

1系统功能需求分析

1.1 RFID技术的应用

RFID技术的应用大大提高了物流领域的工作效率,逐渐成为 未来物流 管理中的 主流技术[1]。 RFID技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输智能管理,但在矿井管理特别是物流管理系统和人 员定位系 统中尚处 于初步应 用阶段。 RFID部分(以下称为智能终端)由电子标签、天线、 阅读器等组成,具有可快速自动扫描、信息容量大、 可重复使用、耐久性强等特点。在矿井管理中,在运输工具上粘贴电子标签,在井下工作人员的安全头盔上固定电子标签,并在换装点、岔路口以及其他一些重要的位置安装阅读器和天线,定点上传物料、设备、人员的信息至服务器中[2]。

1.2WiFi技术的应用

目前,煤矿井下 一般建设 有WiFi通信网络。 WiFi设备主要分布在换装点、岔路口以及其他一些重要的位置,符合运输流程和人员定位的要求。但其主要应用于电话通信、远程监控,应用的深度和广度有待加强和提高。智能终端借助WiFi网络进行无线通信,避免在错综复杂的巷道重复布置有线网络,具有安装布置简单、维护方便的特点。

1.3物料、设备运输信息定点上传

物料、设备定点上传的运输信息包括运输执行信息、运输路段信息。这2项信息在数据库中已和电子标签、运输计划、物料计划信息相关联,形成了一车一料、一车多料、多车一料的对应关系。运输流程映射关系见参考文献[3]。

上传的运输执行信息主要包括运输状态,如已开始、运输中、运达3种状态,还包括启动时间、启动人、运达时间、收货人、物料状态等。

上传的运输路段信息主要包括阅读器ID、运输工具、定点上传时间等。

1.4人员定位信息定点上传

1位下井员工携带1个电子标签,电子标签固定在安全头盔上。需上传的人员定位信息包括阅读器ID、作业人员工号、阅读器地点、定点上传时间。 人员定位信息与员工信息相关联,井上调度室不仅能够查看员工定位信息,还能查看员工的基本信息, 如所处队组、工作地点、运输工具、井下通信号等。 上传信息对于井上/下人员的指挥调度、井下人员的紧急疏散、井下人员的信息查询和数量统计等具有重要的应用价值和指导意义。

2智能终端设计

2.1整体设计

图1为矿井物流管理和人员定位系统信息传输流程。其中智能终端选用基于ARM11内核、高性能、低功耗的S3C6410嵌入式微处理器作为核心, 并搭载Android系统。其外围电 路包括RFID模块、触摸屏模块、WiFi通信模块。当电子标签靠近智能终端时,智能终端读取电子标签上的信息。智能终端通 过WiFi技术和JDBC(Java Data Base Connectivity,Java数据库连接)驱动间接访问SQL Server数据库,操作数据库表格信息。井上工作人员通过管理软件访问SQL Server数据库,从而实现信息的采集、查询、分析。

2.2RFID模块

RFID模块选用CR95HF射频芯片。CR95HF是具有SPI和串口的高频13.56 MHz新型收发芯片,支持多种协议。S3C6410与CR95HF的连接如图2所示[4]。CR95HF通过串口UART_TX和UART_RX与S3C6410通信,并通过SSI_0和SSI_1置零来实现串口模式、TX和RX连接匹配网络和天线。

为了保证车辆及人员电子标签编码的唯一性, 对电子标签进 行EPC编码[5]。 车辆电子 标签的EPC编码包括厂商代码(3位)、车型代码(3位)、载重编码(3位)和流水号(3位),共12位。人员电子标签的EPC编码包括 公司代码 (3位)、单位代码 (3位)、工号前3位和工号后3位,共12位。

2.3WiFi通信模块

WiFi通信模块采用WM-G-MR-09无线通信模块,通过4位数据线SDIO接口与S3C6410集成的SDIO接口相连,如图3所示。WiFi通信模块的数据传输速率可达54Mbit/s,在矿井中最远传输距离为50m。WM-G-MR-09无线通信模块、无线路由器和交换机构成局域网络,将设备、物料、人员定位等信息传输至数据库服务器。

3系统信息采集

3.1JDBC连接并操作SQLServer数据库

JDBC是一种用于执行SQL语句的Java API, 可为多种关系数据库提供统一访问。以下为使用JDBC连接并操作SQL Server数据库的步骤。

(1)加载JDBC驱动程序:

Class.forName (" com.microsoft.jdbc.sqlserver. SQLServerDriver" );

(2)建立与SQL Server的连接:

Connection con = null;

con= DriverManager.getConnection("jdbc:microsoft: sqlserver://DbComputerNameOrIPAddr:1433; databaseName=master" ,UserName,Password);

其中DbComputerNameOrIPAddr为服务器名称或服务器IP地址;databaseName为数据库名称; UserName为数据库登录名;Password为数据库登录密码。

(3)使用SQL语句进行数据操作。数据操作包括对数据的查询、添加、修改、删除。基本语句: 1查询:select column1,column2,… from table where column1 ='value1'and column2 ='value2' …;2添加:insert into table (column1,column2, …)values ('value1','value2'…);3修改:update table where column1 ='value1'and column2 =' value2'… set column3 ='value3'…;4删除:delete from table where column1 ='value1'and column2 ='value2'…。

3.2Android程序

智能终端采用Android操作系统。开发应用程序之前首先进行Android系统的移植,包括虚拟机开发环境的搭建、Linux内核的移植、Android系统和驱动程序的移植。

根据矿井物流管理和人 员定位需求,Android程序主要包括物料、设备运输和人员定位2个部分。 图4为系统融合下智能终端的Android程序流程。 根据经过的地点判断是否为起始地点或目的地点, 判断后执行相关操作。

程序开始运行时,即经过起始地点,自动上传运输执行信息,如运输状态、启动时间、启动人等。运输过程中,自动上传运输执行信息和运输路段信息, 如阅读器ID、运输状态、运输工具、定点上传时间 等。运送至目的地点时,人工确认后上传运输执行信息,如运输状态、运达时间、收货人、物料状态等。

4结语

矿井物流管理和人员定位系统的智能终端有效利用高性能的S3C6410、RFID技术、WiFi技术,实现了物料、设备运输以及人员定位信息的实时、自动、无线上传。上传的信息有助于对物料设备信息进行查询、统计、分析、决策,工作人员的调度、疏散、 统计。实际应用表明,智能终端运行稳定可靠,且成本较低、操作简易、实用性高,满足矿井物流管理和人员定位的需求。

摘要：针对矿井物流管理系统和人员定位系统独立运行造成的资源浪费问题,提出将2个系统融合,建立矿井物流管理和人员定位系统;分析了该系统的功能需求,着重介绍了系统中智能终端的设计以及信息采集实现方案。该系统中智能终端采用RFID技术采集物料、设备运输信息及人员定位信息,通过无线WiFi网络上传至服务器的SQL Server数据库中。应用表明,智能终端能够实时上传物料、设备的运输信息及人员定位信息,满足系统融合后的功能需求,可靠性高。

矿井定位系统 篇7

1.1 矿井人员定位系统的简介

矿井人员定位系统包括无线数据的传输系统、信息采集系统、网络传输系统以及自动控制技术等为一体的全方位的监控系统。矿井人员定位系统能够对动态的目标进行观察, 对动态的目标的移动情况有一个全方位的监控, 并能够迅速确定目标现在的位置, 对煤矿的人员安全控制起到一个重要的辅助作用。事故发生时该系统能够迅速反应, 并确定事故发生地点以及事故的紧急程度, 获取矿井工作人员的具体位置, 通过提供图形和数据的形式, 在救援过程中减少盲目性, 对于整个安全管理具有很重要的意义。

1.2 矿井人员定位系统的特点

系统接入组网的方式非常灵活, 可以直接就近接入工业用的以太网, 这样就大大的方便控制系统的安装, 突破了地域和空间的限制。

矿井人员定位系统的电压比较低, 功率消耗比较小, 这就确保了在矿井中工作的安全性。

矿井定位系统的识别速度快, 记录的信息准确, 能够对矿工进、出入矿井时间进行准确的控制。

矿井人员定位系统具有无线接收的功能, 高速的数据处理功能, 对存储中的标识卡的数据进行快速的处理。同时具有系统故障保护能力, 保证了信息不至于在事故中损失, 当事故结束时, 信息能够自动从系统中传输到地面。

矿井人员定位系统采用了射频技术、天线技术以及FSK调制的方式, 采用校检技术和无线防冲突算法, 在数据处理的过程中提高了数据的可靠性和抗干扰能力。

1.3 矿井人员定位系统主要功能

矿井定位系统具有系统巡检功能, 能够通过分布的传输接入口采集来自于矿井的信息, 将这些信息输送到矿井安全控制中心。

矿井定位系统具有系统自诊断功能, 能够通过自身的诊断, 了解系统内部的一些具体故障, 从而方便工作人员对这些故障进行维修。

矿井定位系统的人员管理软件能够通过对采集的数据分析, 实时显示各个识别分站的工作状态 (在线与离线) , 显示采集的识别卡与识别分站的电压状态。

以上是矿井人员定位系统的主要功能, 其次还有一些其他的功能。1井下人员位置监测与运动轨迹跟踪。2井下机车设备位置监测与运动轨迹跟踪描述, 随时掌握它们在井下的位置和运行路线, 从而对车辆设备进行合理调度, 最大限度地提高生产效率。3井下人员精确统计与考勤, 准确实现下井人员的工作出勤和在岗考核。4双向寻呼与救援报警。当井下发生水、火等灾害时, 人员可以通过标识卡发送求援信号, 第一时间通知地面监控中心, 地面控制中心通过系统及时通知附近人员按指示路线前往救援点提供帮助。6安全监测管理。跟踪安全监测人员在井下的运动轨迹, 从而保证瓦斯巡检工作的严格执行。

2 传统射频识别技术的矿井人员定位系统采用高频的优缺点

传统的高频射频技术存在着很多的缺点, 有很多漏洞威胁着矿井人员定位系统的安全运行, 以下对高频射频技术的缺点进行分析。

2.1 高频电磁波传输的方向性单一

高频电磁波的传播方向性极强, 可以讲是定向的。因此, 被监测人员在经过低频读卡器时, 只要在其有效的识别范围 (直径10米的范围内) , 就能被准确识别到。而在经过高频读卡器时, 要求被监测人员准确行走到高频电磁波传播方向上, 才能被读卡器识别。因此, 在规定的识别区域内, 采用低频识别比采用高频识别要有更高的精度。

2.2 高频电磁波的穿透性和抗干扰性弱

高频电磁波由于其本身的穿透性能较弱, 读卡器和识别卡之间的物体 (如水汽、人体、尤其是金属物体等) 阻挡, 很有可能导致读卡器无法识别。

2.3 高频电磁波的兼容性有限

高频的电磁波的方向性非常强, 而且在传送的过程中是逐渐扩散的, 要想对整个矿井实现控制必须要很长一段距离, 不然就会产生控制的漏洞。从矿井的安全生产的标准来看, 在井内会安装更多的门禁系统, 这些门禁系统需要感应识别才能开启, 如果采用高频的电磁波, 就要实现远距离的电磁波传输, 并且要克服电磁波之间的干涉, 如果干涉严重, 就会造成矿井门禁系统瘫痪。如果矿井安装的高频读卡器较多, 势必影响到识别卡在门禁等其他智能化领域的应用, 这就会产生不兼容问题。还有, 当多个高频读卡器安装得很近时, 他们之间也会产生严重的交叉干扰, 导致识别性能减弱, 严重降低其识别的准确率。

2.4 高频产品的环保性较差

通过对高频电磁波的研究发现, 高频电磁波对于人体的危害要远远的高于低频电磁波, 高频电磁波的传输距离远, 从而扩大了矿井人员的受辐射范围, 因为智能系统需要暗转的一些读卡器, 也会造成很严重的辐射, 这些电磁波的辐射严重威胁着矿井工作人员的健康。

3 低频射频识别技术在矿井人员定位系统中的应用

3.1 低频射频技术的核心技术优势

自2005年起, 英国戴维斯德比公司开发成功矿井用低频矿井人员管理系统, 目前经大量实际运行, 已日臻完善。该管理系统将尖端的远距离多重射频识别技术、网络通信技术、自动控制技术和计算机技术有机结合, 解决了该系统产品应用于煤矿井下的设备安全运行、网络数据通信、数据的远距离传输、信号转换接口和信息处理等方面的技术难题, 为煤矿井下人员监测、控制和跟踪管理, 以及生产统计管理等方面提供有效的科技支撑。

3.2 低频射频技术的应用

在设备运转的过程中, 系统可以自动避免很多故障, 利用智能系统对自身的一些故障进行检测, 并且能够得出一个故障的明确结果, 这样也有利于维护人员进行检修。

运行稳定、可靠, 在恶劣环境下正常运转。系统的正常工作不受环境变化的影响, 并提供断电后较长时间的供电电源, 保证在恶劣环境下24小时正常运转。

高速、高效的识别率。同高频信号相反, 低频信号具有相对较强的穿透力和绕开障碍物能力, 使得系统具有极高的目标识别率。

显示各个区域当前人数。该图是动态的, 随着井下人员移动, 该图显示的各区域人数会随时更新。输入任意人员的姓名和编号, 可以立即以图形方式显示此人当前所在区域;也可以同时输入多个人员, 以文字方式显示这些人各自在井下的当前位置。可以督促和落实重要巡查人员 (如:瓦斯检测员、温度检测员、测风人员等) 是否按时、到点的进行各项数据的测试和处理, 从根本上杜绝因人为因素而造成的相关事故。

统计查询进入特殊区域人员。对井下的某些特殊区域, 例如不准一般人员进入的危险区域, 在行踪保留时段内可以随时进行查询, 列出进入该区域的人员和出、入时间, 从而形成考勤记录, 进而形成各种考勤报表和查询、统计功能。

强大的紧急处理机制。在紧急的情况下通讯系统就会启动广播, 即时对特定或矿山范围内的紧急情况进行通知, 在监控机房和管理人员对井下紧急情况进行有效判断后, 可以通过系统的小区广播选件对井下特定范围或全部进行广播通知, 有效告知和疏散井下人员。

4 低频射频识别技术在矿井定位系统中的创新点

4.1 低频射频识别技术具有强大的穿透性和识别力

由于低频、高频电磁波本身的传输特性, 决定了低频射频识别技术比高频射频识别术的漏读率要低得多。低频电磁波与高频电磁波相比, 在同一范围内, 磁场区域能够很好的被定义, 正是低频电磁波的这种可预见性, 使得识别卡可以被定位到更精确的范围, 并提供人员定位应用的性能优势。

4.2 低频射频识别技术在天线接收技术上的优势明显

在与安全相关的应用中, 需首先考虑人员移动方向判断的可靠性。低频读卡器可带两组天线, 每组天线由多路天线组成。当人员分别经过两组天线时, 充分利用低频电磁波磁场区域能够很好的被定义的特点, 就能准确判断人员的移动方向。而高频技术产品, 由于其电磁波的特性所限, 难以解决这一问题。

4.3 低频射频识别技术的兼容性很强

低频电磁波的传播距离可以较容易的加以控制, 可以较为准确的设定其读卡距离, 使得在其有限的传播范围内。一方面很好地利用其识别功能, 另一方面又不至于影响其他智能化产品的利用, 有效地规避系统干扰现象, 较好地解决了兼容问题。因此, 从煤矿其他智能化系统产品的扩张和集成方面来讲, 尽量选用低频射频识别技术。

4.4 低频射频识别技术具有环保的优点

低频技术的发射电功率非常的小, 电磁波的传播距离也相对较短, 一般在十米以内。因此, 从环保角度讲, 选用低频技术比高频技术更优越。

5 结束语

就低频射频与高频射频技术之间的不同展开论述, 详细的介绍了低频射频技术的优点, 从中能够看出低频技术发展的前景十分广阔, 尤其是低频射频技术在矿井中的应用更是越来越重要。在不久的将来, 低频射频技术必将被广泛的应用到矿井的安全管理之中。

摘要：低频射频识别技术是矿井人员定位系统的核心技术, 以往采用高频射频技术存在着很多不足的问题, 基于这种现状, 将低频射频技术引进到矿井人员定位系统中来, 以弥补高频射频技术存在的缺陷。就矿井人员系统的实际要求出发, 对矿井定位技术进行分析, 从低频射频识别技术的创新点入手, 为低频射频识别技术在矿井人员定位系统的使用提供理论的基础。

关键词：低频,射频识别,矿井人员定位系统

参考文献

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[2]康东, 石喜勤, 李勇鹏.射频识别 (RFID) 核心技术与典型应用开发案例[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

[3]慈新新, 王苏滨, 王硕.无线射频识别 (RFID) 系统技术与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007.

[4]游战清, 刘克胜, 张义强等.无线射频识别技术 (RFID) 规划与实施[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[5]谭民, 刘禹, 曾隽芳.RFID技术系统工程及应用指南[M].北京:机械工业出版社, 2007.

矿井定位系统 篇8

在我国煤矿的供电系统中大部分采用中性点非直接接地方式供电,即中心点不接地或者经消弧线圈接地方式。当发生单相接地故障时,由于工频故障电流微弱、电弧不稳定等,致使故障时不能快速故障定位。现阶段,如何确定故障区段和故障点位置还缺乏成熟的研究成果,主要的故障定位方法可以分为3类:(1) 利用故障探测器检测故障点前后故障信息的不同确定故障区段的监测定位法[2]。(2) 在线路端点处测量确定故障距离为目的的故障分析法,故障分析法又分为阻抗法[3] 和行波法[4]2种。行波法,即在故障时,产生向线路两端传播的行波信号,利用在线路测量端捕捉到的暂态行波信号可以实现各种类型短路故障的测距。(3) 故障发生后通过向系统注入信号实现寻迹的信号注入法,有2种:① S注入法[5],是利用故障时暂时闲置的电压互感器注入交流信号电流,通过检测故障线路中注入信号的路径和特征来实现故障测距和定位;② 加信传递函数法[6],基于频谱分析原理和线路分布参数模型,在首端测量时域的零序电压和电流,计算得到频域传递函数,根据各分支端口传递函数频谱的频率、相位和波形特征以实现接地故障定位。

上述故障定位方法中的缺点就是所利用的电气量均为工频量,而小电流接地系统的特点是故障基频分量变化很小,且绝大多数为间歇性瞬时故障,暂态波形畸变严重,不可能精确提取基频分量[7]。为此,本文利用模型参数识别的方法,对煤矿井下10 kV电网发生单相接地故障后的故障相建立Γ模型,利用最小二乘法对其建立的方程求解,从而确定故障的具体位置,缩短恢复供电时间,提高煤炭安全生产效率。

1参数识别的基本概念

参数识别的目的就是根据过程所提供的测量信息,在某种准则意义下估计出模型的未知参数,其基本原理如图1所示。

为了得到模型参数e的估计值undefined通常采用逐步逼近的方法。在k时刻,根据前一时刻的估计参数计算出模型在该时刻的输出,即过程输出预报值。

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同时计算出输出预报误差,或称新息:

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其中:过程输出量undefined及辨识表达式的输入量h(k)都是可以测量的。然后将信息undefined反馈到辨识算法中去,在某种准则条件下,计算出k时刻的模型参数估计值undefined,并据以更新模型参数。这样不断迭代下去,直至对应的准则函数取得最小值。这时模型的输出undefined也已在该准则下最好地逼近过程的输出z(k),于是便获得了需要的模型。线的灵敏度受线路参数影响较大。对于短线路,由于计算电容过小会导致灵敏度不高。

2故障模型的建立

参数识别的关键是建立相应模型[8],本文为了简化算法,采用集中参数的Γ模型(如图2所示),再用最小二乘优化算法对建立的方程进行优化计算,采用逐步逼近的方法,减少其计算误差。

发生单相接地故障后,该模型可以用图3所示的零序故障分量网络表示。

检测点处a相电压的时域微分方程:

故障点处:

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由零序故障分量网络可知:

又有

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由式(7)推导得

式中:kR、kL分别为电阻及电感分量的零序补偿系数;uma、ima、im0 分别为故障状态下检测点处a相的电压、电流及该处零模电流的瞬时值;ifa为故障点a相的对地电流瞬时值;r0、L0、c0分别为零模电阻、零模电感、零模电容; p、l 分别为检测点到故障点的距离与线路的总长度。

将式(8)代入零序网等式,得到如下形式的测距方程:

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上面是关于未知参数p、Rf的非线性方程,其中方程的系数依次为

注意到上面的式含有积分项,积分下限为0,即为故障起始时刻。由于系统发生单相短路故障时,故障是渐变微弱变化的,要准确确定故障起始时刻,将十分困难。

虽然积分不一定在0时刻发生故障,但却是个定值,所以,可以将积分下限作为一个辨识参数写入辨识方程。

所以,最终辨识方程为

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系数ima、im0、uma、um0在每一时刻k的瞬时值可由m侧的测量装置得到,每一时刻的undefined、undefined、undefined的瞬时值可由三点数值微分公式得到,即

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每一时刻的∫umadt、∫imadt、∫im0dt的瞬时值可由积分公式得到,即

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式中:h为采样间隔;k为第k个采样时刻。

从以上分析可见,未知数只有5个,为了得到更加精确的参数估计值,采用数据冗余的方法,使采样点M达到一定的数量(可以取几十甚至上百个),也就是用一段较长时间的采样值对参数作出一个最优估计,减小了数据计算误差和采样误差等给参数估计带来的波动性。把式(11)～(14)代入式(15),得

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式中:ai(i=1,2,3)即为所要求解的线路参数。根据最小二乘原理,要寻求合适的ai,使

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上式成立的条件:

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即得

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取连续采样点求解以上方程组,即可得到最小二乘意义下的参数估计值。采取数据冗余的方式,使参数估计所使用的数据m达到一定的数量(可以取几十甚至上百个),也就是用一段时间的采样值对参数做出一个估计值,然后推移数据窗,用另外一组数据又可以估计出一个参数值,如此重复即可求解出待估参数的一个序列,供选线使用。使用最小二乘参数估计可以使模型特征得到更加充分的体现,减小了数据计算误差和采样误差等给参数估计带来的波动性。

3EMTP仿真研究

3.1 仿真系统及参数

(1) 系统仿真模型

10 kV矿井电网供电系统的EMTP仿真模型如图4所示。该系统为一个10 kV馈线系统,有3条电缆出线:l1=10 km,l2=15 km,l3=30 km。主变为Y/Δ-11接线。所用变压器中性点通过接地开关和消弧线圈相连,开关闭合为消弧线圈接地系统,打开为不接地系统。

(2) 模型参数的确定

模型电缆的标准参数设置:

正序时:R1=0.27 Ω/km,L1=0.255 mH/km,C1=0.339 μF/km;零序时:R0=2.7 Ω/km,L0=1.019 mH/km, C0=0.28 μF/km。

模型变压器参数设置:原边电压为110 kV,副边电压为10.5 kV;高压侧单相对中性点线圈电阻为0.40 Ω,电感为12.2 Ω;低压侧单相线圈电阻为0.006 Ω,电感为0.183 Ω;励磁电流为0.672 A,励磁磁通为202.2 Wb,磁路电阻为400 kΩ。变压器的额定容量为40 000 kVA,空载损耗为35.63 kW。

模型的负荷参数:各条线路的等效负荷为Z1=(300+j20) Ω。

3.2 仿真条件

以ATP进行配电网单相接地故障仿真,分中性点不接地、经消弧线圈接地2种运行方式,影响定位的有过渡电阻、故障初相角和故障点位置等因素,下面分别针对每个因素对参数识别故障定位方法的影响进行分析。

(1) 故障过渡电阻Rf分别取20、60、1 000 Ω;

(2) 故障初相角θ分别取10°、30°、60°;

(3) 故障点位置:故障线路为l1,故障点距首端距离分别取1、2、4、8 km。

3.3 仿真实验结果及分析

(1) 不同过渡电阻情况下的仿真分析

同等条件下,过渡电阻越大,故障暂态过程越微弱,这在一定程度上影响暂态零模电流高频率分量的大小。为验证过渡电阻对本文方法的影响,仿真了线路中端、故障初相角30°时,经不同过渡电阻接地的情况。

θ 取30°,故障点位置位于馈线中端的中性点不接地系统的仿真结果如表1所示。

θ 取30°,故障点位置位于馈线中端的中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果如表2所示。

从表1、表2可看出,对于中心点非直接接地系统,在其他影响因素相同的条件下,电网发生单相接地故障后,由于过渡电阻的增大,使得故障暂态过程的电气量变化越来越微弱,从而增大了故障测距的误差。所以,在用参数识别法定位故障点的距离时,应尽量减小过渡电阻的大小。

(2) 不同故障初相角情况下的仿真分析

在其他影响因素相同的情况下,故障初相角越接近90°,故障暂态过程就越强烈,故障初相角越接近0°,故障暂态过程越微弱。为验证故障初相角对本文提出的方法的影响,仿真了线路中端、过渡电阻为20 Ω时,不同故障初相角的情况。

过渡电阻Rf=20 Ω,故障点位于馈线中端的中性点不接地系统的仿真结果如表3所示。

过渡电阻Rf=20 Ω,故障点位于馈线中端的中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果如表4所示。

从表3、表4可看出,对于中心点非直接接地系统,电网发生单相接地故障后,在其他影响因素相同的条件下,故障初相角越接近90°,暂态零模电流就越大,从而测距误差就越大。因而,在测距过程中,应尽力减小故障初相角的大小,减少测量误差。

(3) 不同故障点位置情况下的仿真分析

故障点位置离前方检测点的位置对故障暂态过程有一定的影响。理论上讲,同等情况下,故障点距前方检测点越近,故障暂态过程越明显;离前方检测点越远,故障越微弱。但因为故障点距前方检测点越近,故障距离量值越小,一个小的绝对误差可能导致相对误差较大。为验证故障点位置对本文方法的影响,仿真了故障初相角为30°,过渡电阻为20 Ω时,不同故障点位置的情况。

θ=30°, 过渡电阻Rf=20 Ω时中性点不接地系统的仿真结果如表5所示。

θ=30°, 过渡电阻Rf=20 Ω时中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果如表6所示。

从表5、表6可看出,对于中性点非直接接地系统,发生单相接地故障后,故障点距离出线位置越近,参数识别法所测的距离误差就越小;故障点距离出线位置越远,测量误差就越大。所以,故障点距离出线的位置越远,参数识别法测距的误差就越大。

综合分析以上仿真结果可以看出,本文所采用参数辨识的单端时域测距算法,具有一定的测距精度,测距结果证明了该方法的正确性与精确性。本文测距的误差主要来自微分、积分的截断误差以及模型误差。

4结语

在煤矿10 kV供电系统中,由于发生单相接地故障后不能快速确定故障的位置,严重影响了煤矿的安全生产,为此提出了一种基于参数识别的故障定位方法。利用建立的Γ模型来模拟实际的供电网络,充分利用暂态过程中谐波分量及直流分量,通过大量的EMTP仿真实验,验证了该方法具有较高的测距精度,可以应用于矿井10 kV电网单相接地故障后故障点测距的研究。

摘要：针对现有故障定位方法中所测的工频故障电流微弱与电弧不稳定等问题,提出了一种基于参数识别的故障定位新方法。该方法采用集中参数的Γ模型建立单相接地故障的故障点定位时域方程,并利用暂态时域信息通过最小二乘优化算法来识别出故障点位置。EMTP仿真实验结果验证了在不同故障条件下该方法的准确性。

关键词：矿井供电,中心点不接地,消弧线圈接地,故障定位,参数识别,最小二乘优化算法

参考文献

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矿井定位系统 篇9

1 矿井瞬变电磁法基本原理

矿井瞬变电磁法勘探属于全空间效应的勘探方法, 它利用不接地回线在井下巷道内设置通以一定电流的发射线圈, 并在其周围空间产生稳定的一次电磁场。当电流突然断开时, 由该电流产生的磁场也立即消失。为维持发射电流断开之前存在的磁场, 岩层中被激发出感应电流, 使磁场不会即刻消失。发射电流断开的瞬间, 最初激发的感应电流集中于巷道附近岩层中, 随着时间的推移, 巷道周围的感应电流逐渐向外扩散, 其强度逐渐减弱。在断开发射电流后的任一时刻, 感应涡流在巷道内产生的磁场可以等效为一个水平环状的电流磁场。这些等效电流环像从发射回线中“吹”出来的一系列烟圈, 因此将巷道顶、底板导电岩层中涡旋电流向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应” (图1) [5,6,7,8,9,10]。

2 物理模拟实验方法

实验仪器为澳大利亚生产的Terra TEM型瞬变电磁仪。依据物理模拟相似性准则[7], 用铜棒模拟低阻陷落柱, 采用多匝小线圈重叠回线装置进行模拟实验。铜棒直径为6.5 cm、高度为20 cm、电导率为1.56×107S/m。实验模型为全空间均匀介质 (空气) 模型。

实验时, 将铜棒分别竖直放置在模拟工作面底板不同垂直距离h位置处, 每个高度分别按线圈架设方位角α (线圈平面与水平面间的夹角) 为75°、60°、45°、30°、15°五个方向探测 (图2) 。通过对比分析不同高度位置、不同角度探测的低阻异常体响应特征, 探讨改变探测线圈与异常体之间的距离h以及线圈架设方位角α对工作面底板低阻异常体空间定位的影响规律, 进行工作面底板低阻异常体的定位技术研究。

3 实验结果及分析

图3为铜棒距工作面底板5 cm (h=5 cm) 时的视电阻率断面图。从图3中可以看出, 在铜棒垂直深度不变的情况下, 当线圈与水平面的夹角α分别为75°、60°、45°、30°、15°时, 低阻响应先是依次增强, 低阻异常区域范围增大, 在α=30°时低阻响应达到最强, 而后在α=15°时又开始减弱。

图4、图5分别为铜棒距工作面底板10 cm (h=10 cm) 和15 cm (h=15 cm) 时的视电阻率断面图。分析图4、图5可知, 铜棒距工作面底板10 cm (h=10 cm) 和铜棒距工作面底板15 cm (h=15 cm) 时的低阻响应特征类似:铜棒垂直深度不变的情况下, 当线圈与水平面的夹角α分别为75°、60°、45°、30°、15°时, 由于线圈与铜棒的耦合变化及线圈探测距离的影响, 低阻响应特征均为先依次增强, 低阻异常区域范围增大, 在α=30°时低阻响应达到最强, 而后在α=15°时稍微减弱, 与α=30°时总体变化不大。

图6为铜棒距工作面底板20 cm (h=20 cm) 时的视电阻率断面图。分析图6可知, 铜棒垂直深度不变的情况下, 当线圈与水平面的夹角分别为75°、60°、45°、30°、15°五个角度时, 由于线圈与铜棒的耦合变化及线圈探测距离的影响, 在α=75°时几乎没有出现低阻异常;随后, 低阻响应依次增强, 低阻异常区域范围增大。值得注意的是, 铜棒在该垂直深度下并未出现如h=5 cm、h=10 cm和h=15 cm中先增强再减弱的情况。

综合对比分析图3—图6可知, 同一角度探测时, 不同垂直深度的铜棒所引起的低阻异常具有以下规律。

(1) 随着深度的加大, 低阻异常响应减弱, 相对低阻区域的视电阻率值相对增大。

线圈与异常体的垂直距离h=5 cm时, 从α=15°到α=75°, 均有低阻异常响应。其中, α=45°、30°、15°方向响应都很强烈, 而α=60°、75°方向的响应与h=10 cm时α=30°、45°方向的响应相差不大。

线圈与异常体的垂直距离h=10 cm时, 仅有α=30°探测方向有较强的低阻响应, 但依然比h=5cm时的要低很多;α=75°方向低阻响应很弱;其他方向有低阻响应, 但响应不强。

线圈与异常体的垂直距离h=15 cm时, 仅有α=15°、30°方向有低阻响应, 但响应不强;其他方向低阻响应很弱。

线圈与异常体的垂直距离h=20 cm时, 仅有α=15°、30°方向有微弱的低阻响应, 其他角度几乎都没有低阻响应, 尤其是α=75°方向。

之所以产生上述现象, 这是因为感应涡流环 (“烟圈”) 形成的锥体与铜棒切割的磁力线越多, 感应的二次场越强, 感应涡流场衰减速度越小。

(2) 当α不变时, 随着深度的加大, 铜棒与探测线圈的距离越来越远, 铜棒切割的磁力线减少, 一次场的传播受铜棒的影响程度减弱, 感应二次场也逐渐减弱, 所以低阻异常响应减弱。

(3) 当h不变时, 随着α的变化, 感应涡流环 (“烟圈”) 形成的锥体与铜棒切割的磁力线会发生变化, 因而接收到的感应电动势大小也会发生变化。

h=5 cm、h=10 cm和h=15 cm三种深度下, 低阻异常响应均是先随着α的减小而逐渐增强, 在α=30°时达到最大。这是因为随着α的减小, 铜棒切割的磁力线增加, 一次场的传播受铜棒的影响程度增强, 感应二次场也逐渐增强, 所以低阻异常响应逐渐增强;随后又在α=15°时低阻异常响应减弱, 这是由于铜棒长度的限制, 在α=15°时, 线圈探测角度 (线圈法线与水平面间的夹角) 过大, 导致铜棒切割的磁力线减少, 感应二次场减弱, 低阻异常响应减弱。

在h=20 cm时, 铜棒引起的低阻异常响应并没有出现先增强后减弱的情况。这是因为在小角度 (α较大) 探测时, 铜棒与探测线圈的距离过大, 铜棒切割的磁力线较少甚至没有切割, 感应二次场较弱, 低阻异常响应较弱甚至没有响应;而在线圈探测角度较大 (α较小) 时, 随着α的减小, 铜棒切割的磁力线增加, 一次场的传播受铜棒的影响程度增强, 感应二次场也逐渐增强, 所以低阻异常响应逐渐增强。

4 结论

采用物理模拟实验的方法, 对矿井瞬变电磁法探测工作面底板异常体空间定位技术进行了研究, 实验结果表明:向工作面底板进行多角度探测时, 随着异常体与底板之间距离的增加, 大角度探测时低阻响应会越来越弱, 直至消失;当异常体与底板之间的距离增加到一定程度时, 所有向底板方向的探测都将无法探测到低阻异常体。在井下实际施工过程中, 可以选择多个角度向底板探测, 使地质异常体与探测回线达到最佳耦合状态, 从而进一步精确地对工作面底板异常体进行空间定位。

参考文献

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矿井定位系统 篇10

【关键词】矿井高效低耗通风系统；构成方式

1、引言

随着社会的发展，各个矿产企业得到了迅速的发展，这在一定程度上促进了我国经济的发展，在矿产企业之中，矿井通风系统的能耗是矿井能源消耗的主要部分，随着矿井开采的延伸，内部的通风系统也越来越复杂，通风设备的老化、通风阻力分布的失衡以及通风设备的设置不科学等问题逐渐凸显出来，因此，研究一种矿井高校低耗的通风系统对于实现节能减排、保证矿井的安全生产有着极为重要的意义。

2、矿井高效低耗通风系统构成模式的建设

矿井通风就是为矿井的生产创造一种适宜的微气候条件，从而达到保证煤矿安全生产和职工身体健康的目的，为了达到这个目的，就要建立起由通风机、通风调节设施、井巷等一系列设置组成的矿井通风系统，在这个系统中，矿井通风是安全生产的重要前提，因此，建立高效低耗的通风系统已经成为各个煤矿生产的重要目标之一。在现阶段矿井通风系统的建设过程中，大多未将矿井通风系统看做一个有机的整体，对于系统的优化也没有从安全和高效低耗的角度来思考，因此，也就没有形成科学、规范、系统的通风节能模式，因此，在设计系统的过程中，必须根据煤矿生产的实际情况，合理调整通风系统，优化通风网路，保证系统和风机的匹配性，以便降低煤矿企业的生产成本。

2.1矿井通风系统的能耗

矿井通风系统是一项复杂的工作，其建设的目的是为井下的作业提供一种良好的工作环境，矿井通风系统主要包括矿井通风网路、风流控制设施以及矿井通风动力几种设置沟通，很多矿井的通风能耗大，其根本原因就是由于矿井通风系统的设置不科学。通风系统的建设是一个宽泛的概念，想要建立一种高效低耗的通风系统，必须要控制好矿井通风网路、风流控制设施以及矿井通风动力间的衔接关系，通风节能系统不仅与安全性设备有关，与井巷系统也有着一定的关系，以上几种系统通过协调的工作，就可以进行矿井通风工作。这几个系统是一种独立的关系，但是也有着一定的关联性和制约性。因此，从这一层面来说，通风节能系统是一个整体性很强的问题，其节能的策略就是应用系统工程的技术，从整体、安全可靠、系统优化的目的出发，对系统进行综合分析，并使用相关的技术手段，优化通风系统的结构、强化通风系统的管理，在满足通风目的的条件下，减少能量的损失，降低能量供给，提高能量利用率，在安全的基础之上，实现既定的目标。

2.2通风系统能耗特征

在通风系统的工作过程中，需要在相关的路线中设置好通风设施，以便控制和调节正常区域内的通风。建设良好的通风建筑物对于实现通风节能的目的有着重要的作用。矿井中的局部阻力一般是其摩擦力的20%左右，但是由于各种客观因素，如维护管理因素、安装质量因素、建筑物尺寸等因素的影响，很多矿井的局部阻力过大，有些局部阻力甚至占到了整个矿井的1/3，一些矿井对于风窗的设置也不符合相关的标准规定，很多矿井中也存在滥设风窗的情况，导致矿井阻力越来越大，通风情况也越来越差。因此，为了保证通风设施的质量，必须要采取适当的措施来就避免人为增阻现象的产生，实现节能的目的。

2.3通风网络的优化

优化通风网络和通风布局是保证通风系统能够安全可靠运行的关键因素，为了改善通风困难的情况，在设置通风系统时，应该尽可能的将废旧的井巷利用起来，建设好多井巷回风并联通风网络，科学的安排好采掘接续，促进井下风压的均匀分布，减少漏风情况的产生，使风机的开启更加灵活，更易于调节，以便达到通风节能的目的。在优化通风网络时，需要对网络进行详细的计算，以便在满足并巷风量以及工作面的前提之下，要将整个网络的功耗降低至最小化。一般情况下，通风网络分为自然分风网络、控制型通风网络以及一般型通风网络三种，对于控制型的通风网络，需要根据调控设施和风机的位置来计算出降压以及回路风压平衡的数值，再使用关键路径法和线性规划法来实现。对于一般型的通风网络，这种网络的优化较难实现，因此，关于这类的问题一般使用非线性的规划来实现，可以使用约束变尺度法、罚函数法、混合罚函数法以及广义简约梯度法来实现。

2.4通风建筑物的设置

如果没有对通风建筑物进行科学合理的设置，不仅会导致通风系统的安全性能降低，也会导致通风系统的阻力增加，因此，通风建筑物适量和位置的设计十分重要。对于建筑物的设计要经过科学的技术论证，在设置前要综合的考虑到各种可能发生的情况，再综合的考虑矿井的实际情况来确定建筑物设置的位置。在建筑物设置完成后，要对各个分支的风流情况进行調查，如果发现问题要在第一时间进行处理，保证煤矿实现安全的生产。

3、结语