CN104833948A - 井下作业定位系统 - Google Patents

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CN104833948A CN201510062280.3A CN201510062280A CN104833948A CN 104833948 A CN104833948 A CN 104833948A CN 201510062280 A CN201510062280 A CN 201510062280A CN 104833948 A CN104833948 A CN 104833948A
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Abstract

本发明涉及一种井下作业定位系统，具有可与机器连接的控制单元、至少两个彼此相距与控制单元连接的接收模块和可以由分配给识别模块的矿工佩戴的识别模块，其中，控制单元为此构成，即测定识别模块的位置。井下作业定位系统的特征在于，控制单元为此构成，即查询佩戴识别模块矿工的资格并在取决于识别模块的位置和矿工资格的情况下禁止或释放机器的功能。

Description

井下作业定位系统
技术领域
本发明涉及一种井下作业定位系统，具有可与机器连接的控制单元、至少两个彼此相距与控制单元连接的接收模块和可以由分配给识别模块的矿工佩戴的识别模块，其中，控制单元为此构成，即测定识别模块的位置。
背景技术
定位系统基本上公知并在井下例如用于测定停留在巷道内人员的数量，以便相应实施开采过程。
公知的井下作业定位系统常常局限于定位功能上并因此不能提供附加的增值服务。
发明内容
本发明的目的在于，这样进一步构成井下作业定位系统，使其功能范围得到扩展和同时提高井下作业的安全性。
该目的通过具有权利要求1特征的井下作业定位系统和特别是由此得以实现，即控制单元为此构成，即查询佩戴识别模块矿工的资格并在取决于识别模块的位置和矿工资格的情况下禁止或释放机器的功能。
换句话说，识别模块用于查明确定矿工的身份和停留地点，其中，该矿工可以将识别模块佩戴在例如腰带或安全帽上。就此而言由此出发，即识别模块的位置相当于矿工的位置。在取决于矿工的位置和资格的情况下，禁止或释放例如可以是采矿设备的机器的确定功能。例如可以将采矿设备的开采装置这样长时间地禁止，直至具有操作开采装置相应资格的矿工处于开采装置的控制台附近。
因此井下作业定位系统的功能范围通过构成用于释放和禁止机器功能的控制单元得到扩展。井下作业的安全性由此得到附加提高，即只允许有资格的矿工操作机器的确定功能。矿工的资格例如可以在取决于其培训水平的情况下进行配合。
机器可以是任何在井下作业中使用的机器，例如像开采装置，特别是滚筒采煤机、传送带、装有动力的支撑设备、护板、自动化的采矿设备和诸如此类的设备。
控制单元可以是例如通过信号电缆与接收模块连接的单个中央模块。作为选择，控制单元也可以分布构成，方法是控制单元的部件空间上分开和特别是设置在不同的导电连接的外壳内。优选接收模块位置固定安装在护板上或矿山巷道本身上。
识别模块或矿工导致释放或禁止机器确定功能的资格和位置例如可以储存在控制单元的参考表格或数据库内。作为选择，控制单元例如可以通过网络对这种类型的参考表格或数据库进行数据存取。
本发明具有优点的实施方式在说明书、附图以及从属权利要求中予以说明。
依据第一种具有优点的实施方式，控制单元为此构成，即借助识别模块的位置将矿工发送给机器的控制指令分配给矿工并记录。按照这种方式，产生由一个矿工–或不同矿工发出的所有指令的记录，由此例如可以按照简单方式识别错误的指令并分配给矿工。因此可以使相应的矿工在错误指令方面有针对性地得到培训，由此可以进一步提高安全性。特别是控制指令可与时戳和矿工的各自位置共同记录，以便可以进行再次追寻。
依据另一种具有优点的实施方式，控制单元为此构成，即在取决于识别模块的位置和佩戴识别模块的矿工资格的情况下激活或去激活机器功能的密码保护。相应有资格矿工的工作流程按照这种方式可以得到简化，方法是借助矿工识别模块的位置查明该矿工需要操作的确定机器。如果存在该矿工的相应资格，那么可以自动去激活机器的密码保护，由此该矿工可以毫不耗费时间地向机器发送控制指令。
如果相反无相应资格的矿工停留在机器的附近，那么只有在输入密码后才能发送控制指令，这也提高了安全性。
依据另一种具有优点的实施方式，识别模块是红外发射器或RFID(射频识别)应答器。作为选择，也可以使用近场通讯技术(NFC)、ISM频带(Industrial，Scientific and Medical Band)，特别是在433MHz下，或使用WLAN。在取决于所使用的识别模块情况下，接收模块与此相应可以包括光电二极管和/或用于接收识别模块信号的天线。
依据另一种具有优点的实施方式，识别模块为此构成，即有源发射识别数和/或时间信号。为有源发射，识别模块特别是可以包括本身的蓄能器，例如蓄电池，由此与无源发射相比可以提高识别模块的发射功率。由此既可以增加识别模块与接收模块可能的距离，也可以提高识别模块位置确定的精确度。例如识别模块位置的定位可以精确到30–50厘米进行。
所发射的识别数特别是用于识别模块并因此矿工的明确识别。时间信号的发射简化位置的确定，因为控制单元仅需将信号不同的渡越时间与相同的时间信号进行比较。位置确定可以按照TDOA(Time Difference Of Arrival)原理进行，其中，接收模块在其系统时间上同步。
依据另一种具有优点的实施方式，识别模块为此构成，即特别是周期性有源发射巷道内的温度和/或O2、CO2和/或CO浓度和/或矿工的脉搏。为此目的，识别模块包括相应构成的传感器。通过传送环境参数和矿工脉搏，例如可以查明巷道或工作面通风不足或矿工超负荷。
特别优选井下作业定位系统包括一种开关，特别是紧急断开开关，该开关内部设置天线或接收模块。根据井下应当遵守的安全规程，那里所使用的装置本质安全和通常密封和/或耐压封装。但这样使设置天线和诸如此类用于接收识别模块信号的装置变得困难。此外，例如从外壳伸出的天线为遵守安全规程本身额外增加了明显的结构开支。因此天线或接收模块设置在本来就处于外壳外面的开关内，可以使天线或接收模块按照简单和成本低廉的方式设置在具有良好接收条件的区域内。
依据另一种具有优点的实施方式，控制单元为此构成，即从机器已知的几何形状中测定识别模块的二维位置。为此控制单元特别是这样构成，即借助识别模块的信号到至少两个接收模块的渡越时间确定识别模块的位置。在此方面，从一个平面的巷道出发，由此在该平面上可以产生识别模块两个可能的位置。借助机器已知的几何形状，控制单元可以排除两个位置之一。在此方面由此出发，即矿工不能停留在确定的位置上，例如像装有动力的支撑设备的工作面后面。按照这种方式，借助两个接收模块可以确定二维位置。
作为选择也可以使用两个以上的接收模块，以确定识别模块的位置。此外在机器上可以安装附加的识别模块，以便可以确定机器的瞬间位置。
依据另一种具有优点的实施方式，控制单元可与采矿设备连接并为此构成，即在取决于识别模块位置的情况下禁止或释放装有动力的支撑设备的运动和/或传送带的激活和/或采矿装置的激活。由此特别是也提高了矿工的安全性，因为例如护板只有在矿工没有停留在护板附近的情况下才允许启动。例如只要矿工处于传送带的采掘侧或传送带上，传送带就不允许运行。此外，如果矿工处于滚筒采煤机的危险区域内，滚筒采煤机也不允许运行。
依据另一种具有优点的实施方式，井下作业定位系统包括通讯设备，特别是与控制单元连接的VoIP(Voice over Internet Protocol)电话设备，其中，控制单元为此构成，即将佩戴识别模块的矿工的呼叫取决于识别模块的位置传送到距矿工最近的通话位置和/或扬声器。因此井下作业通讯常用的扬声设备的有效利用得到保证，方法是仅激活当时交谈矿工附近的通话位置。其他通话位置特别是不被激活，由此其他矿工不被分心。通讯设备例如可以利用数据传输的以太网或光波导(LWL)连接。
依据另一种具有优点的实施方式，井下作业定位系统包括多个识别模块，其中，控制单元为此构成，即测定和显示识别模块的位置并可以选取呼叫的矿工。按照这种方式，可以由通讯设备显示确定区域内或确定巷道内存在的矿工。借助显示可以对利用通讯设备呼叫的一名矿工或多名矿工进行选取。因此可以将消息有针对性地传送到确定的区域或巷道。
依据另一种具有优点的实施方式，控制单元为此构成，即在收到呼叫和/或矿工开始呼叫的情况下，借助矿工识别模块的位置通过通信设备传送矿工的身份。借助识别模块的位置因此可以识别收到和/或开始呼叫的矿工，如果识别模块的位置被确定在通话位置附近的话。按照这种方式，可以迅速并简单地识别实际的对话者或呼叫者。
本发明此外涉及一种用于对井下作业的矿工进行定位的方法，其中使用与机器连接的控制单元，该控制单元与至少两个彼此相距的接收模块连接。此外使用可由分配给识别模块的矿工佩戴的识别模块，其中，控制单元测定识别模块的位置，查询佩戴识别模块矿工的资格并在取决于识别模块的位置和矿工资格的情况下禁止或释放机器的功能。
附图说明
下面借助不同的实施方式参照附图对本发明纯举例进行说明。在下面的示意图中：
图1示出具有依据本发明的控制单元的工作面一部分；
图2示出具有采矿设备的工作面；
图3示出依据本发明的控制单元分区域的俯视图；以及
图4示出图3控制单元的截面图。
附图符号
1            工作面
10、10a、10b 护板
12           立柱
14           控制装置
14a          第一控制装置
14b          第二控制装置
18           传送带
20           第一矿工
24           第二矿工
26           第二识别模块
28a、28b     渡越时间
30a、30b     渡越时间
32a、32b     距离
34a、34b     交叉点
36           矿床
38           辊子
40           非禁区
42           禁区
44           操作面板
46           发光显示器
48           紧急断开开关
50           天线
52           同轴电缆
54           接收电子装置
56           凸缘
58           外壳
60           连接电缆
A-A          轴线
具体实施方式
图1示出工作面1，也就是巷道的一部分，里面设置两个护板10a、10b。护板10中仅示意示出上面安装各自两个液压立柱12的基面。
一个护板10a上固定第一控制装置14a和另一护板10b上设置第二控制装置14b。控制装置14包括各自一个(未示出的)接收模块并共同形成一个依据本发明的控制单元。控制装置14为此目的借助(未示出的)信号电缆和/或通过无线连接进行连接。
与护板10各自连接传送带18的排料。传送带18与护板10之间停留佩戴第一识别模块22的第一矿工20。在传送带18与护板10相对的面上示出佩戴第二识别模块26的第二矿工24。
第一和第二识别模块22、26作为RFID应答器构成并由第一矿工20和第二矿工24各自例如佩戴在腰带上。
识别模块22、26有源以规律的间隔自动发射各自固有的识别数和实际时戳。发出的信号由控制装置14的接收模块接收。无线电信号的渡越时间或所要越过的巷道在图1中通过箭头28a、28b为第一识别模块22示出并通过箭头30a、30b为第二识别模块26示出。
如果现在需要测定第一矿工20的位置，也就是第一识别模块22的位置，那么每个控制装置14从各自的渡越时间28a、28b中计算出第一矿工20与各自控制装置14的距离。计算出的距离各自作为第一控制装置14a和第二控制装置14b的圆32a、32b示出。第一矿工现在必须停留在圆32a、32b的两个交叉点34a、34b的一个上。
护板10设置的几何形状控制装置14已知，由此可以排除第一矿工20停留在交叉点34b上，因为在这里局部状况妨碍停留。控制装置14因此确定交叉点34a作为第一矿工20的位置或停留地点。相应方法用于确定第二矿工24的位置。
图2示出与图1的不同之处在于更大部分的工作面，在该工作面上借助开采装置，例如滚筒采煤机38开采矿床36。由滚筒采煤机38开采的煤借助传送带18运走。
工作面内设置包括各自一个(未示出)控制装置14的大量护板10。滚筒采煤机38、传送带18和护板10是自动化采矿设备的部分。
随着矿床36的不断开采进展，无论是传送带18还是护板10，均在开采方向上运动。在此方面，形成在图2中通过斜线和笑脸示出的非禁区40。矿工20、24可以无危险停留在非禁区40内。特别是处于传送带18尚未前移的排料和尚未完全前拉的护板10前面的是通过愁容表示的禁区42。在这些禁区42内存在危险，例如在前拉护板10时被夹住。
如果一名矿工20、24或一个识别模块22、26在禁区42内被一个控制装置14识别出来，那么例如滚筒采煤机38、传送带18的前移或护板10的前拉均停止并在矿工20、24处于非禁区40内时才重新开始。
图3示出控制装置14的俯视图，该控制装置具有操作面板44、发光显示器46以及紧急断开开关48。紧急断开开关48内具有通过同轴电缆52连接的天线50。
如图4所示，其示出沿图3的轴线A-A的剖面图，同轴电缆52从天线50向接收电子装置54分布。天线50、同轴电缆52和接收电子装置54共同形成一个接收模块。
紧急断开开关48通过凸缘56密封和同时与控制装置14的外壳58运动连接。外壳58完全密封和控制装置14本质安全构成。
识别模块22、26由天线50接收的信号通过同轴电缆传送到接收电子装置54并对信号的接收时间进行计值。随后将该接收时间与其他控制装置14中的接收时间进行比较，其中，通讯通过控制装置14的连接电缆60进行。最后识别模块22、26的位置由控制装置14进行计算和需要时去激活或释放采矿设备的功能。

Claims (13)

1.一种井下作业定位系统，具有可与机器(10、18、38)连接的控制单元(14、14a、14b)、至少两个彼此相距与控制单元(14、14a、14b)连接的接收模块和可以由分配给识别模块(22、26)的矿工(20、24)佩戴的识别模块(22、26)，其中，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即测定识别模块(22、26)的位置，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即查询佩戴识别模块(22、26)矿工(20、24)的资格并在取决于识别模块(22、26)的位置(34a)和矿工(20、24)资格的情况下禁止或释放机器(10、18、38)的功能。
2.根据权利要求1所述的井下作业定位系统，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即借助识别模块(22、26)的位置(34a)将矿工(20、24)发送给机器(10、18、38)的控制指令分配给矿工(20、24)并记录。
3.根据权利要求1或2所述的井下作业定位系统，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即在取决于识别模块(22、26)的位置(34a)和佩戴识别模块(22、26)的矿工(20、24)资格的情况下激活或去激活机器(10、18、38)功能的密码保护。
4.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，识别模块(22、26)是红外发射器或RFID应答器。
5.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，识别模块(22、26)为此构成，即有源发射识别数和/或时间信号。
6.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，识别模块(22、26)为此构成，即特别是周期性有源发射巷道内的温度和/或O2、CO2和/或CO浓度和/或矿工(20、24)的脉搏。
7.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，还包括一种开关，特别是紧急断开开关(28)，该开关内部设置天线(50)或接收模块。
8.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即从机器(10、18、38)已知的几何形状中测定识别模块(22、26)的二维位置(34a)。
9.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)可与采矿设备连接并为此构成，即在取决于识别模块(22、26)位置(34a)的情况下禁止或释放装有动力的支撑设备(10)的运动和/或传送带(18)的激活和/或采矿装置(38)的激活。
10.根据前述权利要求至少之一所述的井下作业定位系统，其特征在于，还包括通讯设备，特别是与控制单元(14、14a、14b)连接的VoIP电话设备，其中，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即将佩戴识别模块(22、26)的矿工(20、24)的呼叫取决于识别模块(22、26)的位置(34a)传送到距矿工(20、24)最近的通话位置和/或扬声器。
11.根据权利要求10所述的井下作业定位系统，其特征在于，还包括多个识别模块(22、26)，其中，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即测定和显示识别模块(22、26)的位置(34a)并可以选取呼叫的矿工(20、24)。
12.根据前述权利要求10或11所述的井下作业定位系统，其特征在于，控制单元(14、14a、14b)为此构成，即在收到呼叫和/或通过矿工(20、24)开始呼叫的情况下，借助矿工(20、24)识别模块(22、26)的位置(34a)通过通信设备传送矿工(20、24)的身份。
13.一种用于对井下作业的矿工(20、24)进行定位的方法，其中，使用与机器(10、18、38)连接的控制单元(14、14a、14b)，该控制单元与至少两个彼此相距的接收模块连接，并使用可由分配给识别模块(22、26)的矿工(20、24)佩戴的识别模块(22、26)，其中，控制单元(14、14a、14b)测定识别模块(22、26)的位置，查询佩戴识别模块(22、26)矿工(20、24)的资格并在取决于识别模块(22、26)的位置(34a)和矿工(20、24)资格的情况下禁止或释放机器(10、18、38)的功能。
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