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1、无线射频识别技术在煤矿电雷管安全管理的应用 本项目是旨在通过对无线射频识别技术（RFID）功能的运用，来达到提高和加强煤矿电雷管的安全管理水平的目的。为此，在进行有效实验的基础上，进行可行性研究分析和系统设计，争取早日能将这RFID国际领先技术为我国煤矿安全管理建设做出贡献。 一、无线射频识别技术（RFID）简介与应用分析 RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写。射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。该技术在世界范围内正被广泛的应用，而在我国起步较晚，与先进国家相比存在很大的差距。今年1月份，全球最大零售
2、商沃尔玛公司向供应商发出要求所有出口到美国的商品集装箱托盘都必须使用电子标签，我国现在研究和发展射频识别技术及其应用刻不容缓，任务紧迫。 射频识别技术是一项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并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别系统通常由电子标签(射频标签)和读写器组成。电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。读写器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由读写器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的读写器的命令，将内存的标识性数据回传给读写器。这种通信是在
3、无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。 电子标签具有各种各样的形状，但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求，必需根据系统的工作原理，即磁场耦合(变压器原理)还是电磁场耦合(雷达原理)，设计合适的天线外形及尺寸。电子标签通常由标签天线(或线圈)及标签芯片组成。标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统(SoC)。从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，读写器是根据电子标签的设计而设计的。虽然，在射频识别系统中电子标签的价格远比读写器低，但通常情况下，在应用中电子标签的数量是很大的，尤其是物流应用中，电子标签可能是海量并且是
4、一次性使用的，而读写器的数量则相对要少的多。 射频识别系统主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远的的距离上，读写器能够可靠地与电子标签交换信息，即读写器能读取标签中的数据。实际系统这一指标取决于标签及读写器系统的设计、成本的要求和应用的需求等，范围从0～100M左右。典型的情况是，在低频125kHz、13.56MHz频点上一般均采用无源标签，作用距离在10～30cm左右，个别有到1.5M的系统。在高频UHF频段，无源标签的作用距离可达到3～10M。更高频段的系统一般均采用有源标签。采用有源标签的系统作用距离可达到100M左右。 射频识别技术以其独特的优势，逐渐的被广泛应用于工
5、业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等广阔的领域。典型应用领域例如： u 车辆自动识别管理------铁路车号自动识别是射频识别技术最普遍的应用。 u 高速公路收费及智能交通系统------在车辆高速通过收费站的同时完成缴费，提高了收费结算效率。 u 货物的跟踪、管理及监控------射频识别技术为货物的跟踪、管理及监控提供了快捷、准确、自动化的手段。以射频识别技术为核心的集装箱自动识别，成为全球范围最大的货物跟踪管理应用。 u 仓储、配送等物流环节------射频识别技术目前在仓储、配送等物流环节已有许多成功的应用。物流业将成为射频识别技术最大的受益行业。 u 电子钱包
6、电子票证-------射频识别卡是射频识别技术的一个主要应用。射频识别卡的功能相当于电子钱包，实现非现金结算。目前主要的应用在交通方面。 u 生产线产品加工过程自动控制------主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上，实现自动控制、监视，提高生产效率，节约成本。 u 动物跟踪和管理------射频识别技术可用于动物跟踪。在大型养殖厂，可通过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等。 在RFID电磁波的安全性及与条形码相比的不同特性的方面：实践证明射频识别识读器发射的电磁波比汽车内收音机的电磁辐射还要微弱，所以是非常安全的。而射频识别技术和条形码最大的不同是条形码必须通过扫描仪
7、对扫描条形码进行扫描才能读取它，这样，工作人员必须亲手扫描每件商品的条形码。另外如果条形码被撕裂、污损或丢失，扫描仪将无法扫描识别商品。相反无线射频可以在一定距离内自动的传输数据给读写器。标签可以动态存储比条形码多得多的数据信息，所以RFID能对每个产品都有一个独立的标识，而条形码只能对同一类产品赋予相同的标识。例如如果在每个电雷管上贴上条形码或标签，则在这一批电雷管上条形码的标值是相同的，而贴在每个电雷管上的电子标签都是不同的。另外将RFID 标签如果与传感器一起使用，就能探测并记录温度、动量、热量等。在供应链上，当物品存储时温度等其他物理指标出现不在正常时，标签将发出警报。 二、矿井
8、电雷管的使用要求及其规格性能 l 矿井电雷管的使用要求 雷管是一种提供爆炸能、用来直接起爆炸药或导爆索的管状起爆材料。其管壳过去多为铜质，现在绝大部分已改为纸质。管内装有引火装置，延期引爆元件、正起爆药和副起爆药等。 各种雷管的区别仅在于引火装置和延期引爆元件的不同。直接用导火索火焰引爆正起爆药而无延期引爆元件的雷管叫做火雷管。采用电引火装置的雷管叫做电雷管。无延期引爆元件的电雷管，通电后瞬间就爆炸，叫做瞬发电雷管；有延期引爆元件的电雷管，按其通电后延期爆炸的时间多少，分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。 国产矿用电雷管种类较全，按适用条件区分为岩石电雷管、煤矿安全电雷管和抗杂散电流电雷
9、管；按延期时间区分有瞬发电雷管、秒和半秒延期电雷管、毫秒延期电雷管。 地面仓库所有库房贮存爆破材料的总容量：炸药不得超过７５吨，雷管不得超过２５万发。单个库房的炸药最大容量不得超过２５吨。地面仓库贮存各种爆破材料的数量，还不得超过由该库所供应的矿井三个月的计划需要量。 井下贮存爆破材料必须在硐室或壁槽内，硐室之间或壁槽之间的距离，必须依照爆破材料安全距离的规定计算。井下爆破材料库应包括库房、辅助硐室和通向库房的巷道。辅助硐室中，应有电雷管全电阻检查、发放火药、电雷管编号以及保存放炮员的空炮药箱和放炮器等专用硐室内。 井下爆破材料库的布置，必须符合下列要求： （1）库房距井筒、井底车场、
10、主要运输巷道、主要硐室以及影响全矿井或大部分采区通风的风门的直线距离：硐室式的不得小于100米，壁槽式的不得小于60米；（2）库房距行人巷道的直线距离：硐室式的不得小于25米，壁槽式的不得小于20米。（3）库房距地面或上下巷道的直线距离：硐室内式的不得小于30米，壁槽式的不得小于15米。（4）库房和外部巷道之间，应用三条互成直角的连通巷道相连。连通巷道的相交处必须延长2米，断面积不得小于4平方米。在尽头巷道内，还必须设置缓冲砂箱隔墙，尽头巷道不得兼作辅助硐室使用，库房两端的通道与库房连接处必须设置齿形阻波墙；（5）每个爆破材料库房必须有两个出口：一个出口作为发放爆破材料及行人，出口的一端必须装
11、有自动关闭的抗冲击波活门；另一出口布置在爆破材料库回风侧，可铺设轨道运送爆破材料，这个出口与库房连接处，必须装有一道抗冲击波密闭门；（6）库房地面必须高于外部巷道的地面，库房和通道应设置水沟，以便排水防潮。 井下爆破材料库的最大贮存量，不得超过该矿井3天的炸药需用量和10天的电雷管需要量。井下爆破材料库的炸药和电雷管必须分别贮存。每个硐室贮存炸药量不得超过2吨，电雷管不得超过10天的需要量；每个壁贮存炸药量不得超过400千克，电雷管不得超过2天的需要量。 关于煤矿井存储、保管、领用、运输电雷管，必须按国家一系列的严格政策法规执行。在此不进行描述了。 l 电雷管的规格性能 目前我国煤
12、矿允许使用的电雷管的基本标准数据如下： 电雷管 煤矿许用瞬发电雷管 煤矿许用毫秒延期电雷管 煤矿许用瞬发电雷管 煤矿许用毫秒延期电雷管 使用范围 用于有瓦斯、煤尘和矿尘爆炸危险的场合使用。 品种规格 No.8有起爆药雷管和无起爆药雷管 管壳材料 纸、覆铜钢 覆铜钢、钢 长度 46mm 58—68mm 外径 纸壳8.0—8.2mm，金属壳6.9—7.1mm 金属壳6.9—7.1mm 脚线材料 PVC—铁、铜 脚线长度 2.0±0.1m或其它长度 包装 内
13、包装：纸盒100发，外包装：木箱1000发 发火电流 标准感度型上限不小于0.45A，安全型0.80A 安全电流 标准感度型0.18A，安全型0.45A 串联电流 标准感度型（20发）1.2A，安全型（5发）1.5A 三、应用RFID技术管理煤矿电雷管的系统分析 用RFID技术来管理煤矿用的电雷管，是一个特殊的物流和库管系统的RFID技术的应用。无论从管理的科学性和实用高效性方面来看，都是最理想的一种技术手段。 l 用RFID技术来管理煤矿用的电雷管突出的优势在于： 1. 通过在电雷管的表面，粘贴电子标签，由于可以做到每个电雷管上的电子标签的标识内容的独
14、立而不重复的。所以可以做到对每个电雷管的现状和存储位置实行在线的管理。达到万无一失的效果。 2. 在安放在矿井内外的RFID读写器，可以通过网络连接起来。在任何时间及时的将电雷管经过它们这些读写器时读到的信息传给控制器和计算机，可以让在地面上的管理人员及时掌握电雷管保存的动态情况。 3. 由于应用了计算机和数据库网络管理系统。可以对所有的电雷管及其他危险爆炸物的存储、运输和领用进行管理。 4. 电雷管是非常危险的爆炸物。尤其要预防被私自携带和偷盗。在防止偷盗零星电雷管的行为，使用RFID技术是最好的方法和手段。因为有电子标签的电雷管，经过专用的读写器时。立刻会被识别出来，不单是会发出报警
15、信号，而且同时可以显示出是哪一批？哪一箱？编号是多少的电雷管被盗了？具体责任人是谁？等等信息。 5. 如果运用RFID技术对电雷管管理时能和其他传感器联系在一起。就可以实现对保存爆炸品包括电雷管的库房的温度、湿度和许多物理指标进行安全性监督。 l 系统设计中的几个重点问题 1.频率的选择问题 在煤矿电雷管安全管理的无线射频识别技术应用时，所需要重点选择的识别硬件是读写器和电子标签。考虑到贴在电雷管上的电子标签在通过读些器时的距离不可能很近，所以不适合使用低频的读写器，因为它只适合于短距离使用。用高频UHF频段，无源标签的作用距离可达到3～10M。但是可作用的距离是和成本成正比的，如果选
16、择最佳的性能/价格比，是本项目的关键。 2.特殊电子标签的选择 由于电雷管的直径比较小。长度也很短。所以如果在每个电雷管上粘贴一个电子标签。就要求电子标签非常小。因为电子标签的芯片体积是非常小的。而接受信号的天线需要比较大的面积。因此要生产特殊大小的电子标签。 现在推荐下列读写器和电子标签，其规格标准如下： 电子标签 读写器 性能规格 外形尺寸 19 × 6 × 3 mm 本标签属于异性结构 读卡距离 0～
17、1m 写卡距离 0～60cm 工作模式 R/W(可读写)存储容量64位ID号216字节用户存储空间 工作频率 902～928MHz 符合标准 ISO18000-6B 工作温度 -20℃～70℃ 适应速度 ＜180km/h 应用特点 适合单标签、多标签识别，移动状态标签的识别。 配套读写器 JX05系列读写器 3消除电雷管金属外表面对电子标签的干扰影响。 电子标签粘贴在电雷管金属外表面上，这时电雷管的外表面如果是纸质的，就非常正常，不产生干扰。而如果是金属的或镀金属
18、的表面，就有可能干扰电子标签的天线对射频的接受和反射，所以在电子标签粘贴面上要进行处理。使他产生一层氧化膜，来消除其影响。 4.价格问题 目前影响我国RFID技术大量广泛使用的原因之一是电子标签的价格问题，也就是成本太高的问题。决定成本的要素是，电子标签使用的数量，如果需要使用的某类电子标签数量越大，其电子标签的制造成本就越低；电子标签功能和形状越特殊其成本也越高。如果被标识的物品价值越高，用户能够接受的电子标签成本也越高。在煤矿井所用的纸雷管和各种电雷管的价格都比较低，而且体积都比较小，如果每个雷管都粘贴电子标签显然价格比较高。这种超小型的电子标签价格是塑料10 元/张 纸质
19、5-6元/张。（如果大量使用价格会大大减低。） 如果能在每个纸箱上采用远距离射频卡，可以每一个纸箱的包装用一个标签，这个应用方案，因为远距离射频卡价格比较低。塑料10 元/张 纸质 5-6元/张以下。一来可以减少投资成本；二可以使标签的读取距离达到远距离，实现更好的效果 。 缺点是不能对每个雷管单独进行管理。 具体的应用参数如下： 外形尺寸 90×15×0.15mm 读写距离 0～10m 工作模式 R/W(可读写) 存储容量 64位216字节用户存储空间工作频率 902～928MHz 符合标准 ISO18000-6B
20、 工作温度 -20℃～70℃ 适应速度 ＜180km/h 应用特点 适合单标签、多标签识别，移动状态标签的识 配套读写器 JX05系列读写器 附：雷管的参考价格表： 民用爆破器材产品出厂基准价格目录 单位：元 产品名称 型号规格 单位 出厂基准价格 备注 8号火雷管 金属铁壳 万发 4460 非金属壳 万发 3630 8号瞬发电雷管 金属铁壳、铁脚线2米 万发 7910 非金属壳、铁脚线2米 万发 6970 8号煤 矿许用瞬发电
21、雷管 金属铁壳、铁脚线2米 万发 8010 非金属壳、铁脚线2米 万发 7010 毫秒延期电雷管 金属铁壳、铁脚线2米、导火索延期式 万发 8670 非金属壳、铁脚线2米、导火索延期式 万发 7690 金属铁壳、铁脚线2米、延期药延期式 万发 9890 非金属壳、铁脚线2米、延期药延期式 万发 8890 8号毫秒 延期电雷管（1-5段） 金属铁壳、铁脚线2米 万发 9910 非金属壳、铁脚线2米 万发 8780 8号煤矿许用 毫秒延期电雷管（1-5段） 金属铁壳、铁脚线2米 万发
22、 10380 非金属壳、铁脚线2米 万发 9210 6号煤矿 用毫秒电雷管（1-5段） 金属铁壳、铁脚线2米 万发 10220 5．国家煤矿井下设备安检问题。 根据国家规定，凡是进入煤矿井使用的设备，必须要通过国家专门检验部门进行检审后，合格才能投入使用。RFID是一个新的技术系统，所以直接投入煤矿井使用要经过很长时间的报审。这将大大影响RFID应用的开发。所以为了更及时的使用RFID对矿井电雷管的管理，系统将考虑分步实施
23、在申报安检手续的过程中，先将系统的关键部分，安装在井外实现。即：将读写器先安装在地面库房的出门口和矿井的矿工出口处。这样可以保证没有不经许可的人员将雷管带出库房和矿井。 在这实施的基础上，等申报的矿井网络和井内放置读写器通过检查合格，再实现网络化管理。 在此应该重点指出的，采用的无源电子标签只是一块电子线路板，它是不存在不安全因素的。 四、结论 1. 应用RFID技术，对煤矿井的电雷管进行管理是科学的、先进的和可行的。 2. 在系统中要选用特殊的电子标签。并且要有特殊的处理方法。 3. 需要注意的是如何减少电子标签的生产使用成本问题。 4. 考虑到矿井的安全鉴定手续，系统实施可以分步进行。
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