0 引言

放炮作业是煤矿井下开采中重要的生产环节，但近年来放炮作业仍是引起矿山事故的主要因素之一。在“十二五”期间，近百起煤矿安全事故是由放炮作业直接引起[1-2]；并且放炮作业常常会引起瓦斯煤尘爆炸、水灾等安全事故，间接造成大量人员死亡[3-4]。《煤矿安全规程》要求按照“一炮三检制”(在装药前、放炮前和放炮后检查瓦斯浓度)和“三人联锁放炮制”(在放炮时，班组长、放炮员和瓦斯巡检员都必须在放炮警戒点附近)进行放炮作业。然而，由于煤矿信息化程度不高，缺少对放炮作业按规定步骤实施的有效监督，存在部分工作人员不按《煤矿安全规程》的要求进行放炮的现象[5-6]，导致煤矿井下存在较多违规放炮的情况。现有煤矿放炮监控系统无法精确监测放炮区域人员位置分布[7-8]，易存在误检、漏检放炮区域人员的风险。鉴此，本文基于精确人员定位技术[9]，设计了一种煤矿放炮监控系统，该系统能精确监测放炮区域内工作人员位置分布情况，具有放炮前确认人员安全、闭锁及解锁发爆器的功能。

1 系统结构

煤矿放炮监控系统主要由闭锁放炮识别器、三人联锁放炮识别器、精确人员标志卡、闭锁报警器、瓦斯传感器[10-11]、联锁放炮分站、无线发爆器[12-13]、无线遥控器等组成，如图1所示。该系统使用具备精确人员定位功能的动态目标识别器[14-16]作为闭锁放炮识别器和三人联锁放炮识别器。闭锁放炮识别器安装在放炮区域，精确监测放炮区域附近的工作人员分布，确保所有工作人员均在放炮区域之外；三人联锁放炮识别器用于对班组长、放炮员、瓦斯巡检员进行人员点检，确认三人均在放炮警戒点附近；精确人员标志卡用于获取工作人员的精确位置和身份信息；闭锁报警器安装在放炮区域内，使用声光报警方式通知无关人员撤离放炮区域；瓦斯传感器实时监测放炮区域内瓦斯浓度；联锁放炮分站将闭锁放炮识别器和三人联锁放炮识别器获取的人员位置和身份信息，以及瓦斯传感器监测的瓦斯浓度通过交换机上传至控制主机，并将控制主机下发的解锁、闭锁命令转发至无线遥控器；无线遥控器用于对无线发爆器进行解锁、闭锁；无线发爆器在解锁状态下才能对炸药进行点爆。

图1 煤矿放炮监控系统结构
Fig.1 Structure of coal mine blasting monitoring system

2 系统控制

煤矿放炮监控系统控制流程如图2所示，具体步骤如下。

(1) 首先在控制主机上进行系统配置，主要包括联锁放炮分站的地址，班组长、放炮员、瓦斯巡检员的指定区域范围，放炮安全距离，放炮区域瓦斯超限浓度等，并将配置数据存储在数据服务器中，同时将发爆器置于闭锁状态。

(2) 放炮前，控制主机下发命令控制闭锁报警器进行声光报警，通知无关人员撤离放炮区域。

(3) 控制主机通过三人联锁放炮识别器和闭锁放炮识别器精确识别当前工作区域的工作人员信息，包括姓名、工种、位置等，并通过瓦斯传感器读取放炮区域内瓦斯浓度。

(4) 控制主机根据获取的信息准确判断班组长、放炮员、瓦斯巡检员是否同时到达放炮警戒点附近，在放炮区域内是否存在工作人员，以及放炮区域内瓦斯浓度是否超限。

(5) 当确定符合放炮条件：班组长、放炮员、瓦斯巡检员均在放炮警戒点附近，放炮区域无人员，瓦斯浓度未超限，控制主机下发放炮解锁命令至联锁放炮分站，联锁放炮分站接收到解锁命令后，通过无线遥控器解锁无线发爆器。

(6) 放炮员操作无线发爆器进行放炮操作。

(7) 放炮结束后，无线发爆器自动进入闭锁状态，等待下一次解锁。

3 系统应用

图2 煤矿放炮监控系统控制流程
Fig.2 Control flow of coal mine blasting monitoring system

煤矿放炮监控系统已在攀枝花煤业(集团)有限责任公司某煤矿中进行了应用，该系统在井下的安装如图3所示。

图3 煤矿放炮监控系统井下安装方案
Fig.3 Underground installation scheme of coal mine blasting monitoring system

闭锁放炮识别器、闭锁报警器和瓦斯传感器安装在井下掘进巷道的放炮工作面附近，用于监测、警示放炮区域内人员及检测瓦斯浓度。三人联锁放炮识别器、无线遥控器和无线发爆器安装在距闭锁放炮识别器100 m(放炮安全距离)以外，用于点检班组长、放炮员、瓦斯巡检员到场情况，以及进行放炮操作。

控制主机根据该煤矿指定的安全指标，对瓦斯超限浓度、放炮安全距离、负责人员的指定区域范围等参数进行配置，如图4所示，用于控制主机判断放炮区域是否符合放炮条件。

图4 控制主机参数配置界面
Fig.4 Parameter configuration interface of control host

符合放炮条件时显示界面如图5所示，可看出只有当瓦斯浓度未超限，放炮区域无人员，班组长、放炮员、瓦斯巡检员均在放炮警戒点附近时，系统才会对发爆器进行解锁，放炮员才能进行放炮作业。

不符合放炮条件时显示界面如图6所示，可看出当放炮区域瓦斯超限，工作人员未离开放炮区域，班组长、放炮员、瓦斯巡检员未到场或未完全到场时，系统给出对应的安全隐患告警提示，且不会解锁发爆器，避免了因人为违规放炮引起的煤矿安全事故。

图5 符合放炮条件时显示界面
Fig.5 Display interface when blasting conditions are met

4 结语

煤矿放炮监控系统通过监测放炮区域内工作人员精确位置及瓦斯浓度，确认班组长、放炮员、瓦斯巡检员均在放炮警戒点附近，放炮区域无人员，瓦斯浓度未超限后才对发爆器进行解锁，实施井下放炮作业。应用结果表明，采用该系统可有效实现在放炮作业中严格执行“一炮三检制”和“三人联锁放炮制”，避免由违规放炮引起的煤矿安全生产事故。

图6 不符合放炮条件时显示界面
Fig.6 Display interface when blasting conditions are not met

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