无线红外监控系统在露天矿山爆破现场的应用

付 军，刘 庆，郝亚飞，周桂松，保天才

(中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 401121)

近几十年来，随着国民经济对矿产资源需求的增长，矿山开采工艺技术也得到了迅速发展。工程爆破作为露天矿山开采的重要方法，爆破规模也随着矿山开采技术的发展不断提高[1]。其中预装药爆破作为提高爆破规模和经济效益的有效手段，成为爆破作业区域监管日渐突出的安全问题[2]。

在大规模矿山爆破，尤其是预装药爆破中，现场使用大量的炸药、起爆器材等，存在多种不安全因素[3]，爆破作业区域需要始终保持安全警戒。常规的安全警戒方法往往采用人工值守，需要大量人员监管现场，不仅容易存在视觉盲区，而且无法实现炮区全过程、全覆盖监控。预装药爆破作业周期少则两至三天，最多长达数十天，现场监管人工成本高、劳动强度较大[4]，已成为制约大规模爆破作业的重要因素。然而，目前爆破行业从业人员在这方面的研究比较少见[5]。周界安全监控系统在建筑物安全防范中已有应用案例[6]，但在露天矿山施工中尚未有可借鉴经验。

因此，针对露天矿山爆破作业区域监控方式单一、人工成本高等问题，结合无线红外光墙和网络通讯技术，提出采用无线红外监控系统，并以攀枝花白马铁矿为工程背景，进行现场实践。

1 系统原理及构成

1.1 系统原理

无线红外监控系统是采用现代化红外技术，对人员入侵及物体移动进行监测，同时产生声光报警并联动相关电子设备，防止爆破器材遗失和实时周界防护的一套安全监控系统。

爆破区域无线红外监控系统主要由无线红外光墙报警系统组成，通过无线与数字微波通信技术，实时将现场周界情况稳定地传输到现场车载设备及监控中心，监控系统为可移动、可操作、信号无线传输的一体化结构。

无线红外光墙报警系统采用无线对码通信以及无线微波传输方式，前端红外光墙设备通过无线对码与报警主机联通，报警主机结合无线通信模块，通过微波传输至监控中心，组成一套爆区周界监控系统，实现电脑客户端远程监控，且全方位、全过程覆盖[7]。

另外，无线红外光墙报警系统可与无线视频监控系统相互配合，实现多级可视化监控，构成大型爆区综合监控平台。

1.2 系统构成

1)前端爆区现场监控设备。主要由红外对射探头和紧急报警装置组成。红外对射探头由发射端和接收端组成，发射红外对射信号后，共同组成红外对射光墙(见图1)。发射端经调制后发出多光束红外线，构成保护区域。对射探头采用太阳能供电一体化结构设计，操作方便，续航时间长；内置无线信号发送模块，实现无线通信。

图1 红外对射光墙Fig.1 Infrared counter-beam light wall

2)信号中转设备。设备内置无线通信模块，支持微波传输，与前端对射光墙通过无线对码通信，由无线微波传输至监控中心的远程报警主机。

3)终端监控。现场报警主机可安装在现场巡视车中，接收报警信号，提示值班人员应急处理；远程报警主机安装于终端控制中心，通过网络或者GPRS，将信号传输至手机APP或总控制中心，实现远程监控。

无线红外光墙报警系统结构如图2所示。

图2 报警系统结构Fig.2 Alarm system structure

2 技术特点和优势

1)可靠性高。无线对射的红外光为二次调制光，区别于太阳光中未经调制的红外光，在一定程度上可防止自然光干扰、误报等情况的发生。采用点光源技术，每个点光源用时万分之一秒，把能量聚集到一个点上，确保穿透性，可有效降低大雨、大雾影响而产生的误报。

2)经济节能。红外对射探头内置磷酸铁锂电池，可充电，可更换。由于系统功耗小，电池待机时间可长达30 d。供电部分采用弱光型太阳能板供电，无需外接电源和线缆，且能适应各种复杂环境，节能环保。

3)稳定性好。采用FSK调频和跳频信号无线传输技术，实现远程无线监控，无需外接信号线，稳定性好，抗误报、抗干扰能力强，可有效降低无线信号被干扰导致的误收、误报。

3 应用实践

3.1 工程背景

攀枝花白马铁矿是一座特大型露天钒钛磁铁矿，储量52 118万t，目前采剥总量5 500万t/年，采选原矿达1 500万t/年。采场使用汽车-平硐溜井-铁路联合开拓、运输，主要使用电铲、牙轮钻、矿用汽车等大型设备进行施工，矿山年爆破频次百余次。随着开采规模的日益增加，现有爆破施工方式与铲装的矛盾日益凸显，采用预装药爆破技术可有效解决生产矛盾。

但预装药爆破施工期间需要人工看守现场，增大了人力成本。因此，在爆破作业现场，利用信息化监控，可有效保障预装药爆破安全施工，提高生产效率。

3.2 现场布防

选取白马矿某平台爆破作业区域进行布防，布防区周界由A、B、C三点围成(见图3)。每个点放置一对红外对射探头，并设定AB段为第1区，对射间距约50 m；BC段为第2区，对射间距约64 m；AC段为第3区，对射间距约85 m，形成三角防护区，对射光墙防护高度为110 cm。

图3 现场布设区域Fig.3 Site layout area

现场布防区与现场报警主机、信号中转设备间的无线信号传输有效距离可达3 000 m(空旷地面)；信号中转设备信号与远程报警主机间的无线信号传输有效距离大于3 000 m(点对点)。

3.3 系统测试

选取3组无线红外对射探头(一共6个)进行现场测试，每组装置可以通过无线的方式将触发的报警信号传输给报警主机。

1)人工模拟闯入及风沙影响测试。通过人工模拟闯入布防区域触发报警，报警主机和手机APP都能实时收到报警信号，并发出报警提示声。当风沙穿过布防区域，系统正常工作，未触发报警。测试表明，无线信号传输未受干扰，系统灵敏度高。

2)夜间布防全过程测试。经现场测试，3个防区夜间系统正常，报警主机和手机APP正常工作。

3)太阳能供电能力测试。红外对射探头采用弱光型太阳能电池板，按白天极端环境(阴天或雨天)考虑，太阳能板可输出电流≥2 mA/h，如果白天按8 h接收太阳光，共持续输出约16 mA电流。而对射探头正常静态功耗≤0.5 mA/h，存储电量可持续供电32 h，满足现场电量应用要求。

4 结语

无线红外监控系统安全、节能、实用、兼容性高，可分级控制，也可联网集成，并结合当前最成熟的产品技术—数字微波通信技术和无线红外对射光墙技术，构建了一套先进的爆破作业区域无线监控报警系统。该系统不仅能实现对爆破区域的全方位监控，还能嵌入视频监控功能，根据爆破区域现场实际，采用高度集成的设备，方便移动、操作，实现现场零布线。该系统作为爆破作业区域现代化安全管理的辅助手段，可将爆破区域现场险情信号传送至控制中心，值班人员即使不在爆破区域现场，也可对各爆破区域进行集中监视，发现险情，统一调动，利于减少人工投入、促进降本增效。

综上，在特大型矿山爆破尤其是预装药爆破中，应用无线红外监控系统对于提升爆破施工现场安全管理水平具有重要意义。