射频无线识别技术在矿山生产调度和安全管理中的应用

泵出口的压力不断上升，水泵的出水一方面推动主阀板打开，
另一方面进入膜片控制器的下腔，使膜片向上抬起，膜片控制
器上腔内的水通过外接管路与主阀出水口相连而泄放，多功能
控制阀缓缓开启，从而实现水泵的轻载启动。当水泵停机后，
阀中的介质流速逐渐降低，当接近于零时，与阀杆滑动配合的
主阀板在自身重力和弹簧的作用下迅速下滑关闭，主阀板上留
生产调度和安全管理中的应用
孙卫东
山东黄金集团有限公司三山岛金矿 山东莱州 ２６１４４２
缘材料的绝缘层，绝缘体是采用氮气物理发泡方式形成的高弹 性结构的绝缘层，作用是防止外力的冲击作用。三层防水、防 火、防冲击绝缘结构用以适应不同的恶劣环境；外导体由疏编 织形式的数十根铜质细导线组成，作用是对其线路上的功率放 大器提供电源，疏编织结构细导线间的间隙既是射频信号在 ＬＦ 电缆内导体与外界间的传输通路；内导体为铜质粗导线，系射 频信号的传导媒介 （ＬＦ 电缆主干线长度可达到 １００ ｋｍ 以上） 。 外围无线设备的语音或者数据等信号经过调制过程，产生的调 频信号经发射装置转换成特定频率的射频无线信号经 ＬＦ 电缆 疏编织结构细导线间的间隙传至内导体，信号经线路最终传输 至地面基站 （即前端机） 进行解调处理。反之亦然，地面基站发 出的特定频率的射频无线信号，沿着 ＬＦ 电缆经其疏编织结构 细导线间的间隙发射至 ＬＦ 电缆附近 ３０ ｍ 范围内的空间 （距离 较远的可采用局域天线，使无线通信距离达到 ２００ ｍ） ，特定 外围设备的接收装置接收到射频无线信号后对其进行解调，从 而得到所需的语音或者数据等信号。也就是说，ＬＦ 电缆的作用 就像一根长天线，把地面基站与其外围无线设备连接在一起。
多功能水泵控制阀，以解决非正常停电产生的水锤对水泵及排
水管路造成的危害。
２．１ 多功能水泵控制阀组成
多功能水泵控制阀由主阀和外装附件组成，主阀由阀体、
膜片、主阀板、缓闭阀板、阀座、阀杆组件等主要部件组成；
外装附件由装在阀体外的两根连接管组成；通过适当调节两根
连接管路上的两个手动调节阀，就可以调整多功能水泵控制阀
的开启时间和缓闭时间，以实现对水泵运行全自动控制的技术
要求。
２．２ 多功能水泵控制阀工作原理
多功能水泵控制阀是通过一个双室膜片控制器，利用液压
原理来控制主阀板的缓开和缓闭动作。水泵开启前，阀后的压
力水进入双室膜片控制器的上腔，由于膜片控制器的压板面积
大于阀板面积，此时阀门处于关闭状态；水泵启动后，随着水
图像监控系统由视频基站 （安装于前端机中的视频解调单 元）、高防护等级的监控设备 （摄像头） 以及无线射频信号发射 装置组成。摄像头安装在需要进行图像监控的部位，无线射频 信号发射装置实时的将被监控对象的图像资料通过 ＬＦ 电缆发 送至地面基站，实现图像监控功能。 ２．６ 设备自控系统
设备远程自动控制系统由地面基站的设备自动控制软件 （一般安装在地面调度系统的监控微机中） 、数据调制解调器（安 装在前端机中）、数／ 模转发器、ＰＬＣ 及现场执行单元组成。现 场被控设备 （如风机、水泵、信号灯控制等） 的运行状态数据通 过 ＰＬＣ 传至数／ 模转发器转换成无线射频信号，由 ＬＦ 电缆接 收并传至地面基站，最终通过局域网将数据传输至调度监控微 机中。反之亦然，调度人员在地面对现场被控设备的控制信号 通过相反的途径传输至设备，从而实现设备远程自动控制功 能。
无线语音系统由语音基站 （安装于前端机中的语音单元） 、 手提无线对讲机、车载无线电话 （安装于井下移动设备） 组成。 通过泄漏通信系统可以实现手提无线对讲机、车载无线电话以 及地面基站间的一对一和群呼语音通讯功能。地面基站语音单 元中的电话内联装置还可将泄漏通信系统与企业程控电话交换 机相连，实现地下与地面间的语音通讯。 ２．３ 数据采集系统
２ 泄漏通信系统的基本组成
泄漏电缆 ＬＦ 通信系统是由英国煤炭工业于 １９７０ 年发明 的。近几年随着泄漏通信技术日趋成熟，泄漏通信系统在国内 矿井、隧道、地下建筑物等场所中的应用越来越广泛。泄漏电 缆 ＬＦ 通信系统的基本组成如图 ２ 所示。
由于矿山井下环境的特殊性和复杂性，矿山企业的生产及 安全管理较其他行业相比具有一定的难度。由于历史原 因，目前矿井生产中使用的各种监测、监控与通信系统各自为 政，造成通信线路重复投资与建设，系统维护量大，整体可靠 性差，维修困难；此外，信息不能综合利用，难以从系统工程 的整体角度对矿山生产进行统一的自动化调度管理。因此根据
行，对于大型设备制动系统的安全隐患，将会从根本上和源头
上得以消除。□
（收稿日期：２００６－１１－０７）
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论文编号：１ ０ ０ １ － ３ ９ ５ ４ （ ２ ０ ０ ７ ） ０ ４ － ０ １ ４ ８ － １ ４ ９
射频无线识别技术在矿山
大家知道，由于障碍物对电磁波有强烈的吸收和衰减作
用，电磁波在封闭空间中不能像在自由空间那样远距离传播，
因此无线设备一般无法在矿井、隧道、地下建筑物等场所使
用。而近年来随着射频无线识别技术 ＲＦＩＤ （Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Leabharlann Baidu
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙ） 的不断发展，使无线通信在这些场
所的应用越来越广泛。
ＲＦＩＤ 技术是一种非接触式
的自动识别技术，它通过
射频信号射频信号自动识
别目标对象并获取相关数
据，射频信号的传输媒介
既是泄漏电缆 ＬＦ （Ｌｅａｋｙ
Ｆｅｅ－ｄｅｒ）。泄漏电缆又称
为物理发泡射频同轴电
缆，其结构如图 １ 所示。
Ｌ Ｆ 电缆外护套是采 １．外绝缘护套 ２．内绝缘护套
３ 结束语
综上所述，可以总结出泄漏通信系统集成性强 （到目前为 止，没有其它任何一种系统能将无线语音通讯、人机定位、视 频传输、远程自控等功能集于一身） 、使用灵活、易于扩展、安 装便捷等特点，因此近几年来，射频无线识别技术在国内特别 是在矿山企业生产调度和安全管理方面的应用越来越广泛。目 前国外较为成熟的泄漏通信系统品牌有 Ｓｍａｒｔ Ｃｏｍ 、Ｍ Ｒ Ｓ Ｆｌｅｘｃｏｍ、ＭＲＳ Ｍｕｌｔｉｃｏｍ 、ＭＳＴ ＶＤＶ 等，国内已有部分性价 比较高的泄漏通信产品。□
（１） 放大器 安装于井下泄漏电缆线路中，用来放大射频 调制信号，以补偿信号沿泄漏电缆传输时的损失，大约每隔
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Mining & Processing Equipment
第 ３５ 卷 ２００７ 年第 ４ 期
３５０ ｍ 需要安装一个放大器。 （ ２ ） 转接器 也称分支单元，用在离开主电缆区域如斜
（收稿日期：２００６－１１－０７）
论文编号：１ ０ ０ １ － ３ ９ ５ ４ （ ２ ０ ０ ７ ） ０ ４ － ０ １ ４ ９ － １ ５ ０
多功能水泵控制阀
在井下排水系统中的应用
王成钊 １ 王 刚 １ 战春林 １ 陈守峰 ２
１ 山东黄金集团有限公司三山岛金矿 山东莱州 ２６１４４２ ２ 山东工业职业学院
回流，产生水锤现象；电动闸阀电动装置的经常动作，出现故
障的机率较大。２００２ 年 ８ 月份，由于外供电系统发生故障突然
停电，造成水泵突然停止运转产生水锤，且主排水管路上安装
的安全阀未动作，致使 －４３５ ｍ 一条 φ ５３０ ｍｍ 主排水管路盲 板被撞开，使管路中的水全部全部泄到 －４３５ ｍ 大巷，导致排
坡、竖井等处铺设支路泄漏电缆时用。分支部件有两种，一种 为单分支，另一种为双分支。二者工作原理类似，都提供从主 电缆走出分支，单分支用于 “丁” 字型路口，双分支则用于 “十” 字型路口。
（３） 终端装置 用于电缆延伸的未端。终端部件的作用是 终止泄漏电缆中电流的流动，阻抗为 ７５ Ω。
（４） 天线 用于射频无线信号的地面发射与接收，前端机 与地面无线设备的最大通讯范围可以达到 ２ ｋｍ。 ２．２ 无线语音系统
１ 存在问题
在每台水泵出口 φ ２００ ｍｍ 管路上均安装 Ｚ９４１Ｙ－６４Ｒ （ＤＮ２００） 电动闸阀和 ＤＮ２００ 止回阀， 并在 ２ 条 φ ５３０ ｍｍ 主 排水管路上安装 Ａ４１Ｙ－６４Ｒ （ＤＮ８０） 安全阀，以保证水泵能够
轻载启动，停泵后防止介质倒流，并消除水锤对水泵的影响。
由于无法解决因突然停电，电动闸阀不能及时关闭，造成介质
第 ３５ 卷 ２００７ 年第 ４ 期
家。同一台设备上的同种元件应统一型号、规格和厂家，便于 互换。
供应部门应严格按照使用单位要求组织采购并在交货时提
供产品合格证、质量证明书，否则使用单位有权拒绝领用。坚
决杜绝采购假冒伪劣产品、淘汰产品以及应有而未有煤安标志 的产品。
３ 结束语
任何事故的发生，似乎都有客观的原因，但重要的因素是 主观的原因，如果我们加强管理，尽量消除主观因素带来的可 能后果，大多事故都是可以避免的。如果对上述的措施认真执
用 防 火 绝 缘 材 料 的 绝 缘 ３．外导体 ４．绝缘体 ５．内导体
层，内护套是采用防水绝
图 １ 泄漏电缆截面图
图 ２ 泄漏通讯系统图
２．１ 基本组成 前端机 （地面基站） 是泄漏通信系统的核心，前端机的基本
配置由语音单元、数据单元、视频单元、电源组件、分线组件 组成 （语音单元、数据单元、视频解调单元可根据实际情况任意 选择），每套系统中只有一台。标准的前端机包括 ８ 个语音／ 数 据信道及 １６ 个图像信道 （各信道相互独立，频带件具有一定间 隔，以免各信道信号间的互调失真） ，通过以 ８ 个信道为单位 的扩充单元，可将语音／ 数据信道扩充到 １６、２４、３２ 个。系统 中所有的信号，包括语音、数据、视频信号采用双向半双工的 通信方式经过前端机内置软件进行处理，再转发出去。另外前 端机对 ＬＦ 电缆线路中的连接设备，如放大器、转接器、终端 装置等均具有自诊断功能，前端机定时对这些设备进行检测， 当出现故障时，前端机会指明故障设备并发出报警信号，便于 进行及时的设备维护。
我矿井下 －４３５ ｍ 永久性排水泵房安装有 ７ 台 ＤＤＭ３００－ ７９×６Ｚ 主水泵，用于将 －２５０ ｍ 以下各中段出现的涌 水排至地表。水泵技术参数如表 １。
流量 （ｍ３／ ｈ） ３００ 轴功率 （ｋＷ） ５７２ 电机功率 （ｋＷ） ７１０
表１ 气蚀余量 （ｍ） ５ 扬程 （ｍ） ５０４ 转速 （ｒ／ ｍｉｎ） １ ４８０ 效率 （％） ７２
数据采集系统由数据基站 （安装于前端机中的数据单元）、 数据采集器 （如瓦斯、ＣＯ、ＣＯ２、温度、通风、动力等数据采集 装置） 及无线射频信号发射装置组成。数据采集器采集到的各种 数据可通过泄漏通信系统传至地面调度系统进行调度和安全管 理。 ２．４ 人机定位系统
人机定位系统由数据基站 （安装于前端机中的数据单元） 、 信标器、读标器组成。信标器为无源信号发射装置，可安装于 安全帽、矿灯和移动设备上。读标器根据实际需要安装在特定 位置，当安装有信标器的人员或者移动设备已低于 ５０ ｋｍ／ ｈ 的 速度接近读标器时，读标器即可识别出不同编码的信标器，并 将信号发射至 ＬＦ 电缆，从而传输至地面基站实现对人员和移 动设备数量及位置的监测和管理。 ２．５ 图像监控系统
经 矿山井下生产和安全实际情况，需要一种集井下无线语音通
信、视频通信、人员及设备定位、环境监测、设备控制和生产
验 管理等功能于一体的生产和安全管理系统。目前，国外矿井使 用较多的是透地通信、泄漏通信和感应通信等系统，相比较而 言采用射频无线识别技术来实现语音通讯功能、数据传输功 能、人机定位功能以及视频传输功能的泄露通信系统以其投资 少、功能强、集成度高、故障率低、维护方便等特点体现出其 较为优越的实用性。 １ 射频无线识别技术原理
有泄流孔以减弱水锤的冲击力，主阀板关闭后，阀前失压，阀
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水系统无法正常运行，严重威胁井下生产的安全进行。
经
２ 解决措施
验 针对 －４３５ ｍ 永久排水系统存在的消除水锤能力差、抗水
锤能力低的问题，我们组织有关技术人员外出考察有关消除水
锤的新技术、新装备，并积极与工程设计单位进行联系，经过
设计单位同意，在其中的 ３ 台水泵上安装 ＪＤ７４５Ｘ－６４ （ＤＮ２００）