加快推进RFID煤矿应用 让河南煤矿爆炸悲剧不再重演

创羿科技讯，6月21日凌晨1时40分左右，平顶山市卫东区兴东二矿发生井下火药自燃爆炸事故，截至文章撰稿前已发现生还46人遇难，仅26人生还。矿难悲剧再次上演，又一次的矿难不禁让我们陷入沉重的思考。对煤矿管理的思考，更是对生命尊重的深思。

近期矿难回顾：

2009年11月21日，黑龙江新兴煤矿发生矿难事故，遇难人数达107人。
2009年11月22日，湖南辰溪县郭家湾煤矿发生矿难事故，遇难人数11人。
2009年1月6日，江西萍乡矿业集团宜萍煤业公司由中鼎矿建公司组织在斜风井-125米煤巷垱头施工时，顶棚发生漏垮事故，6人死亡。
2009年1月10日，云南曲靖市富源县煤炭经贸公司经营的大河镇篆湾煤矿1号基建井，发生坍塌事故，5人死亡，5人受伤。
2009年1月14日，吉林市桦甸市卓隆矿业公司井下罐笼升井发生事故，4人死亡。
2009年1月16日，内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗，神华集团包头矿业有限责任公司黑岱沟露天矿发生使有害气体涌出事件，5人死亡，2人受伤。
2009年3月8日，四川省宜宾市高县白庙乡芙蓉村煤矿发生透水事故，5人死亡。
2009年3月9日，内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗聚能煤炭有限责任公司路鑫聚煤矿井下发生中毒事故，6人死亡，3人受伤。
2009年3月12日，甘肃武威市天祝县天祝陇德煤业有限公司发生瓦斯爆炸事故，6人死亡。
8月24日，贵州省六盘水市盘县发生瓦斯窒息事故，4人死亡。
8月24日，山西省晋中市和顺县山西星光煤业有限责任公司发生瓦斯爆炸事故，14人死亡。
8月25日，云南省昭通市昭阳区季家老林发生瓦斯爆炸事故，4人死亡、1人受伤[48]。
8月25日，江西省萍乡市上栗县东源乡虎塘冲煤矿发生透水事故，7人死亡。
8月26日，贵州毕节地区黔西县江丰煤矿发生瓦斯爆炸事故，7人死亡，3人受伤（其中1人重伤）。
8月28日，湖南郴州市北湖区原鲁塘镇积财石墨矿发生中毒窒息事故，15人死亡。
8月30日，重庆天府矿务局三汇三矿发生煤与瓦斯突出事故，3人获救，7人死亡。此前2008年10月27日，该矿曾发生过矿难[62]。
9月4日，广东韶关乐昌市北乡镇大湾萤石矿发生中毒事故，4人死亡。
9月6日，湖南娄底市冷水江市铎山镇茶子山煤矿发生局部瓦斯爆炸事故，6人获救，6人死亡。

中国煤炭资源丰富，但同时也是矿难多发国，造成矿难死亡率高居不下除了管理问题之外更需要面对解决的问题是信息化设备不够完备。

创羿科技市场部称，近几年来，煤矿安全生产监控系统得到迅速发展。2010年建设重点是煤矿企业安全生产管理信息系统、煤矿数字化瓦斯远程监控系统。 创羿实验室分析数据

显示，煤矿企业安全生产管理信息系统和煤矿数字化瓦斯远程监控系统的预计投资将达到8.12亿元，比2009年增长13.6%。
图1：2010年煤矿安全信息化建设现状



信息来源：创羿实验室

RFID可助力煤矿安全系统完善
创羿科技认为，目前中国矿井尤其是国有重点煤矿在监测、监控系统的安装比较完备，但是针对矿工本身的追踪定位系统安装使用率几乎为零。

人员定位及追踪就是将射频识别技术（Radio Frequency Identification）（以下简称RFID）应用在煤矿安全管理系统中。RFID是上世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场），实现无接触信息传递，达到物品识别的目的。简单地说，就是非接触地识别物品，瞬间获取物品的大量信息。
图2：2006年-2011年RFID市场规模



数据来源：创羿实验室
图3：2007年-2010年RFID应用状况



数据来源：创羿实验室

RFID产品的主要应用市场为：身份识别、物流管理、车辆管理、生产统计、产品核心组件跟踪识别等等。但人员定位、资产管理应用市场的增长率却远远低于整体市场和其他应用市场。
创羿科技认为，整体RFID市场在2006年呈现出迅猛增长的态势，原因是居民第二代身份证工程的实施，预计到2010年，随着消费者认知的深入和经济水平提高，资产追踪、人员定位系统将成为RFID增长最强劲的市场，市场将迎来有一个发展高峰。RFID能够给煤矿安全生产提供巨大帮助RFID在井下管理上的应用，主要是以煤矿计算机管理系统的子系统——井下管理系统为对象。将射频识别技术应用于煤矿管理系统，通过建立一个具有完整性、实时和灵活性的井下管理系统，对包括煤矿开采面计算、井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作业工人资料、安全物资流动等进行管理，实现井下管理信息化和可视化，同时提高煤矿生产管理和作业安全水平。
图4：RFID煤矿管理系统结构图



定位系统主要实现井下人员及设备安全监测工作。在坑道、作业面的交叉道口安装监控节点,入井工作人员按照要求佩戴安装电子标签的腰带,或佩戴装有电子标签的安全帽。RFID读写器通过固定频率的射频载波向电子标签传送信号,电子标签(工作人员随身佩戴)进入读写器的天线工作区域后被激活, 并将载有个人信息的射频信号经卡内收发模块发射出去; 读写器天线接收到电子标签发来的射频信号, 经过处理后, 提取出个人信息, 通过现场总线送至井上监控中心, 记录井下工作人员经过地点、时间、活动轨迹等实时信息。系统实现的最主要功能就是安全保障功能，系统根据数据库中存储的历史数据信息，可迅速了解井下人员记重要设备的分布情况，一旦有可能引起矿难的信息会马上报警，假使出现矿难，更可对现场被困人员进行定位和搜寻，最高程度的减少人员及经济损失。

RFID技术在其他国家煤矿中已得到广泛应用

创羿实验室分析数据显示，美国国会在2006年，通过了《2006年煤矿改善与新应急响应法》，要求2009年以前所有煤矿必须为矿工配备基于RFID技术的人员定位及无线追踪系统。此外，佛吉尼亚州还制定了自己的立法，要求煤矿在2007年7月前必须订购无线及追踪系统。英国的监管措施更为严格，国家煤矿委员会制定了完备的“巡视员”制度，每个煤矿都有一名政府安全巡视员进行监督，并通过人员定位及追踪系统对地下作业人员进行随时追踪，监督煤矿开采面及人员分布状况。

中国RFID技术推进得到国家政策支持

目前，中国政府已经通过制定扶持政策，实施科技专项，制定技术标准，组织产业队伍，启动应用试点等工作，积极推动RFID技术和产业的发展。
2006年，国家金卡办增设并成立了RFID应用工作组，目前有23个部委（行业）参加了该工作组，共同推动金卡工程RFID应用工作。2008年，RFID又被列入《国家金卡工程（2008—2013年）发展规划》。为了从宏观上规范和引导我国RFID的研发和应用工作，2006年国务院15个相关部门达成共识并联合颁布了《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》，白皮书研究分析了国内国际RFID技术发展现状与趋势，提出了我国的RFID技术战略、中国RFID技术发展及优先应用领域、推进产业化战略和宏观环境建设。2007年，RFID技术又被列入《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》和《高技术产业发展“十一五”规划》。
在政府对RFID技术的高度重视下，未来RFID产品在人员定位中的应用会得到更好的发展，煤矿产业应该提高自身的认知水平，积极把RFID应用在安全生产中，以减少矿难数量及人员伤亡。

煤矿井下解决方案

创羿科技矿山井下人员定位及井下工作环境监控方案

总体考虑：
以尽可能低的成本，先有效可靠地实现井下人员定位和工作环境监控的基本功能，在此基础上再进一步以改进和增加系统的功能。因而，本方案将尽可能利用井下现有的通信设施和条件。另外，为了减少读写定位基站的使用数量以降低成本，人员定位采用了分区段考勤定位的方式（这也是目前煤矿井下人员定位普遍采用的方式）当然也可采用全信号覆盖的精确定位方式（需要更多的读写器基站）。

系统的总体方案和功能：

根据井下的具体情况，将井下分为若干个区段，每个区段两端皆设有一个读写器基站，每一个基站通过现有井下通信电缆和矿山通信系统与监控中心相连，在没有铺设通信电缆的地方，使用无线中继的方式与井下通信系统相连；读写器基站对每一个经过或停留在其信号覆盖区内的的无线身份卡进行读写，并通过无线的方式对附近几百米范围内的瓦斯，温度，湿度，风速等传感器进行数据采集和监控，同时通过无线的方式指挥报警喇叭，广播传达来自监控中心的报警和呼叫（参见附图）： 无线身份卡：使用一节一次性5# 锂电池驱动（煤矿井下需要使用防暴电池）电池寿命可达两年以上。每一个无线身份卡可以有不同的封装外型，例如别在腰带上的BB机式，非煤矿矿山还可考虑安装在头盔上，无线身份卡上还可安装一个报警按钮，紧急情况时，工作人员可按按钮报警，报警信号将通过读写器基站传往管理控制中心；传感器：传感器也使用电池驱动（非金属矿可使用1 -2 节 一次性5#锂电池），除了每隔一定时间，例如5秒或10秒向读写器基站发送数据信号外，当传感器测量的值，超过预先设定的限值时，传感器将立即向读写器连续发送预警或正式报警信号；读写器：读写器通过井下供电系统取电，读写器定时（例如每隔30秒钟）将所采集到的无线身份卡号，（还可包括用于进一步精确定位所需的信号强度值）以及传感器的编号及物理量信息，打包传往监控中心，或采用由控制中心轮巡的方式来读取。通过发送数据包的读写器基站的编号和传感器的编号，我们就能确定矿工的位置，以及不同位置，不同时间的瓦斯浓度，温度，湿度等信息。读写器一接收到来自矿工或传感器的报警信号，将立即转发给监控中心。

原则上，现有井下的通信系统可以不变，我们所提供的人员定位和环境监控系统，只不过通过现有的井下通信系统，向矿井管理监控中心定时提供了人员的位置信息，和井下不同位置的工作环境条件信息而已。

关键技术问题：
1．读写距离

按照2007年国家颁布的煤矿井下人员定位系统的最新规定：要求能将以5米/秒速度，同时经过一个读写器基站的80个矿工的无线身份卡号，完全记录下来。这就是说，读写器必须要在80个矿工经过其信号覆盖区域的有限时间内，完成所有电子标签ID号的采集任务。因而，读写器的读取速度必须要快，同时读写器基站的信号覆盖范围（与电子标签的通信距离）要远，读写可靠性要高（减少读写器读写出错时，重新读写的次数）并能很好地解决信号碰撞问题。

2．电池寿命
由于无源电子标签系统只能使用方向性要求极高的近距离读写方式，显然不适用于这种应用场合，而有源电子标签，涉及到电池的使用寿命问题和卡的价格成本问题，如果使用可充电电池（注意在存在瓦斯爆炸风险的煤矿中，对所使用的电池的种类还有一定的要求），则无疑将增加无线身份卡的生产成本和维护使用成本，如果使用一次性电池，则对卡的平均功耗有较高的要求，这就要求无线身份卡实际工作时间越少越好，这也就增加了满足前述要求的难度。成都西谷曙光数字技术有限公司利用自身的技术优势和专利节电技术，不仅能够完全满足以上读写速度的要求，而且能够做到使用一节一次性5号锂电池，可以3年不更换（相关规定为两年），这就大大降低了整个系统的安装成本和运营成本，并方便了使用。

3．矿工行走方向判别
由于国家在井下人员定位管理系统的规定中，表述的是分区段定位的方式，即采用记录进出某个特定区域的井下工作人员的办法，来确定哪些人员某个时刻在某个区域内的定位方法，因而，这就要求读写器基站能够判别井下工作人员经过基站时的行走方向。使用我公司自己研制生产的袖珍定向天线，可以很容易解决这个问题。

一些具体细节：
1． 读写器基站的具体布置，应参照国家2007年相关文件中的规定来执行。

2． 在有通信线揽的地方，读写器基站直接通过线缆与系统计算机相连接，在个别没有通信线缆的地方，可以利用基站读写器的无线中继功能，来与井下通信系统相连接。我们的读写器基站都具有RS232接口或RS485接口，或者可以通过RS232/RS485 转以太网转换接器，与以太网相连接。

3． 我们读写器与无线身份卡电子标签在井下的可靠通信距离为100 - 150米左右，视井下的具体情况而定，在实际应用时，当无线身份卡采用某些遮挡较强的防暴封装时，不低于80米，采用袖珍定向天线（便于判别矿工经过基站时的行走方向），通信距离大于150 米。这样一个读写器可以覆盖150 – 200米的通信距离；在可视情况下，读写器与传感器之间的通信距离大于500米；读写器与读写器之间的通信距离大于1000米。

4． 由于采用了我们独有的节电专利技术，无线身份卡的电池使用寿命可达三年以上，这一点已经在我们高速公路上的项目得到证实。

5． 无线身份卡上有一个报警按钮，身份卡平常处于周期性工作状态；在紧急情况下，矿工也可通过连续按压按钮发送报警信息。

6． 需要说明的是：我们向客户提供的仅仅是通信模块和读写器基站，和相应的人员定位以及传感器数据采集软件，以及与此模块相关的功能保证，我们只保证我们的产品能够按照客户预先提出的人员位置信息采集，和传感器数据采集方式工作，并不负责整个系统的集成，系统安装和系统维护，模块的防爆封装以及申请本安认证等工作，都是由用户自己来承担的。在我们产品的价格中，只包括了对客户通过电话，以及在本公司所在地进行的技术培训服务（但不包括前往用户所在地进行的现场技术支持的服务）。