淮南矿业集团煤业公司潘二煤矿潘四东井，安徽淮南232087
摘要：煤矿人员定位系统属于煤矿安全系统之一，其定位的准确性往往决定了事故救援的有效性，因此有必要依据各自矿井的实际情况，基于现有读卡分站的工作原理，采用阻隔信号接收面的方法，使读卡分站的接收范围得以控制，从而达到精确扫描的目的。
关键词：定位系统；读卡分站；改进
人员定位系统属于煤矿重要的安全系统，使用该系统可以便于企业进行更加合理的调度和管理。当事故发生时，救援人员可以根据系统所提供的数据、图形，及时掌握事故地点的人员和设备信息，也可以通过求救人员发出呼救信号，进一步确定人员位置及数量，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。潘四东井在使用的过程中发现，KJ405T-F1矿用本安型读卡分站（以下简称分站）的设计不能满足实际井下的需求。具体情况是：由于分站的原有无线探测距离在100m，并且无线信号无方向性。不适合我矿联巷短，分岔巷道多的实际情况。达不到精确控制的要求。根据实际情况，对分站天线进行防护、遮蔽信号，已达到需要的效果。
1井下人员定位系统系统基本原理
井下人员定位系统系统应由主机、传输接口、传输分站、读卡器、识别卡、电源箱、电缆、接线盒、避雷器和其他必要设备组成。在井下主要巷道、交叉道口、必经之路等重要位置安装无线监测读卡器，下井人员携带识别卡，识别卡能发射信号，当识别卡在接收器一定范围内时，监测读卡器接收到识别卡发出的信号，将信号进行分析、处理，并把信号发送到传输分站转成光或电信号传送至地面，地面通过传输接口把信号进行转换，交给计算机进行处理，从而实现目标的自动化管理。
识别卡具有双向通讯功能，当矿工遇到紧急事件时，可以按下紧急求救按钮，地面监控主机就会显示出求救人员的信息（包括在那个位置及人员情况），矿方可以在第一时间组织人员经行抢救及处理。
2背景技术
井下人员定位系统是以现代无线电编码通讯技术为基础，应用现代无线电通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术，结合流行的数据通讯、数据处理及图形展示软件等技术。系统能够及时、准确的将井下各个区域人员情况动态反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员的总数及分布状况；系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，以便于企业进行更加合理的调度和管理。当事故发生时，救援人员可以根据系统所提供的数据、图形，及时掌握事故地点的人员和设备信息，也可以通过求救人员发出呼救信号，进一步确定人员位置及数量，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。
我矿根据集团公司的要求，于2012年底安装了井下人员定位系统。我矿人员定位系统使用的是大连煤科院提供的KJ405T系统。具体有井下交换机、网口分站、普通读卡分站、识别卡、电源箱、地面交换机、服务器等设备组成。
2问题的来源
在使用的过程中发现，KJ405T-F1矿用本安型读卡分站（以下简称分站）的设计不能满足实际井下的需求。具体情况是：由于分站的原有无线探测距离在100m，并且无线信号无方向性。不适合我矿联巷短，分岔巷道多的实际情况。达不到精确控制的要求。
解决方案，就是在不影响正常使用，不减小读卡分站接收功率的情况下，在特殊的位置上减小读卡分站的信号接收面。
3具体技术方案
KJ405T-F1矿用本安型读卡分站为本质安全型，外壳采用A3钢板焊接而成，门盖采用铰接结构，防护等级为IP54；门盖上设有观察窗，用于观察分站状态。
3.1分站结构组成
分站主要由无线板、天线、LED显示板、分站地址码开关、CAN总线接口和CPU智能处理单元等各功能模块组成。
3.2分站工作原理
分站正常工作时，ZigBee无线模块自行形成无线覆盖区域，当人员识别卡进入该区域后，分站将接收到人员识别卡不断发出的消息。分站与人员识别卡将通信联系，人员识别卡将进入入网状态。同时，分站将接收到的人员识别卡的相关信息，经由CAN总线传输至通信接口，通信接口传至地面的服务器中。
3.3分站与KJ405T-K人员识别卡之间通信的主要技术指标
a)传输方式：DSSS；
b)工作频率：2.400±0.080GHz;
c）发送功率：≥-50dBm；
d）接收灵敏度：≤-70dBm；
e)无线传输距离0～100m（无遮挡）；
3.4分站改进的具体思路
根据分站的工作原理和主要技术指标，我们设计了两套整改方案，第一套是通过降低分站天线发射功率，从而降低分站的覆盖距离。在测试的过程中发现，在降低分站天线的发射功率后，分站的漏卡率大大升高。最后放弃此方案。转而研究第二套方案，在不降低天线发射功率的情况下，在外设天线上增加屏蔽防护罩。
天线屏蔽防护罩采用薄铁皮制成。形状为一个直径(内直径)1.6cm，高17cm的圆柱体。然后圆柱体的侧面开一个断面，以便信号的发射。
根据识别卡发射信息的最大周期为10s,一般的步行速度为1m/s。分站所挂高度大约为2.3m。计算出断面对应的圆周角度α。
tanβ=(步行速度*信号最大发射周期)/分站高度=（1*10）/2.3
计算得出β约等于66.5°。α=2β，约为123°。
根据计算出的圆周角进而计算出断面位置。如图1：
a=cosβ*r=0.32cm
断面在距离圆心约0.3cm处，断面宽度大约为1.4cm。断面长度15cm。
在断面处可以分段增加锡箔纸、薄铝片等材料，起到更精确的控制。锡箔纸、薄铝片的大小可以根据现场的情况而定。在屏蔽防护罩下配有4个薄铁片，用于在安装时，反扣在天线的底部，起到固定作用。
4有益效果
目前这个模型已经在地面的模拟环境下经过了测试。测试结果基本符合预期。下一步计划在-650水平进行实际环境测试，具体安排在-650东翼变电所附件，这里分岔路口多，符合测试环境。
测试分站分布在图上所标注的位置，一共6台分站。主要测试人员的轨迹准确性、分站的方向性和实际控制范围。如果测试成功，我们将在矿井的其他类似位置进行安装，以此来提高我矿人员定位系统的精确性。
该方案的不足之处在于不能量产使用，必须针对不同的特殊位置进行不同的开孔设计。下一步将考虑别的开孔设计结合适当降低功率的方案。