一、方案背景

在煤矿生产作业中，矿灯作为矿工在井下的重要照明工具，其充电管理环节至关重要。传统的矿灯充电方式，如老式充电架，存在诸多弊端。一方面，需要专门的发灯人员，这无疑占用了企业的劳动力资源；另一方面，工人在交灯过程中常常出现拥挤状况，导致矿灯容易堆积磕碰，进而缩短矿灯的使用寿命。同时，老式充电架的维护工作相对复杂，对维护人员的专业要求较高。

随着信息化、自动化技术的不断发展，以及国家对煤矿行业信息化管理要求的逐步提高，煤炭企业正积极向自动化迈进。在这一进程中，矿灯房的智能化管理成为不可或缺的关键环节，而实现这一目标离不开智能化设备的有力支撑。智能矿灯充电柜应运而生，它将为煤矿行业带来全新的矿灯充电管理模式，有效解决传统方式存在的问题，提升煤矿生产的安全性与效率。

二、系统架构

煤矿智能矿灯充电柜系统主要由自助式多生物特征采集一体机、远距离多模态生物特征识别仪、智能矿灯充电柜、信息管理服务器、TCP/IP 控制器等系列软硬件组成。

信息管理服务器作为系统的核心控制管理中心，承担着向 TCP/IP 控制器发布各类命令、采集矿灯状态信息、进行信息综合分析及显示等重要任务。工控机则如同整个系统的枢纽，负责收发各种通讯信息的控制工作。

智能矿灯充电柜具备多种功能，如充电模块能够兼容锂电 / 镍氢类型矿灯自动充电，支持管理员远程发送指令控制柜门开启，还配备了虹膜识别智能开锁功能。在硬件方面，采用优质盒装钢板，质地牢固，经过喷塑烤漆处理后，不仅美观耐用，还具备良好的防腐蚀性能。同时，充电柜具有过充电、过压、过流、欠压、短路等多种保护报警功能，以及防反接保护，可有效防止因接反导致矿灯损毁，并能与人员出入井管理系统实现数据联动。

自助式多生物特征采集一体机允许使用人员自助完成人员生物信息采集，界面设计友好，操作简单便捷。该设备组网灵活方便，可直接接入局域网使用，采用全新结构设计，造型大气简约且坚固耐用。

远距离多模态生物特征识别仪支持虹膜、皮层、人脸的识别与查询，识别距离在 50CM - 100CM 之间，适应身高范围为 150CM - 190CM，识别时间短至 0.2S。设备自带安装支架，组网灵活，安装部署便捷，还支持断点续传功能，适用于煤矿办公区域门禁控制和考勤。

三、功能特点

生物特征识别智能开锁：采用以虹膜识别技术为主，其他生物识别为辅的身份认证验证技术。由于煤矿工人井下作业升井后面部和指纹、掌纹易受煤尘污染或出现破损，而虹膜不受煤矿作业环境影响，具有唯一性、稳定性、非接触性等特征，成为煤矿行业最佳的生物识别模式。同时，支持多种识别方式，如皮层识别、人脸识别等，识别速度快，准确性高，可实现无感知识别认证，大大提高了矿工存取矿灯的效率。

自动充电与充电状态显示：充电架每一个充电格采用彩色液晶显示屏，清晰显示职工的照片、基本信息及矿灯的实际状态，包括充电是否结束、矿灯是否取走、充电是否异常等。单一充电板可实现锂电矿灯的充电，每台充电架独立充电管理模块，具有防止逆向放电、短路、过流、过压、欠压保护功能，并能实时显示充电电流状态。充电架上方安装的 LED 显示屏，能直观展示灯架编号、正在充电总数、已经充满总数、矿灯取走、异常、故障总数等信息。

数据采集与统计分析：数据采集模块可全面采集每个灯位的状态信息，并将灯架的信息上传至微机系统，同时接收微机系统的设置信息，包括矿工信息和其他信息。系统能够记录矿灯的充电次数和相关信息，准确判断电池的使用状况，为矿灯维护管理提供可靠依据。此外，还具备强大的数据统计功能，可统计任一时刻矿灯在柜与不在柜数量、某矿灯在柜与不在柜的时间、某矿灯在一个时间段内的在柜与不在柜次数和某矿灯总的充电次数，以及判断矿灯的报废期等。

远程监控与信息发布：智能矿灯充电柜配备远程监控功能，管理人员通过手机或电脑即可实时查看充灯柜的工作状态、矿灯的充电情况等信息。一旦发现异常情况，系统会自动发出警报，提醒管理人员及时处理。管理主机接入矿局域网后，可将有关矿灯信息发布到局域网，各级领导能够及时了解当前矿灯（人员）的信息情况，实现远程管理。同时，系统管理平台可实现矿灯考勤功能，并与人员定位系统相结合，实现井下人员准确身份统计和去向记录，提高矿井作业的安全管理水平。

安全防护功能：充电架可将危险的强电 (220V) 区域与矿灯充电区域完全隔离，保障矿工及维修人员在操作过程中的人身安全。架体充电电压、电流表选用 LED 数码显示表，直观清晰。此外，充电柜采用直流稳压电源，低噪音，输出平稳，操作效率高，具备过充电、过压、过流、欠压、短路等多种保护及报警功能，有效预防用电事故，降低安全隐患。

设备一体化与便捷维护：智能矿灯充电柜采用一体化设计，方便装运和维修，便于清洁打扫。充电模块采用插拔式连接，操作简单，维护方便，单个灯位出现故障时，可直接更换充电模块，不影响左右相邻灯位充电。电源总线使用铝排代替导线，解决了导线上存在压降导致最后一个柜子矿灯充电电压偏低的问题。部分充电柜还预留了便携仪、手机充电的功能，且充电为直流，能够实时监测便携仪的充电电压、电流、充电次数及充电时长。

四、技术优势

先进的通讯技术：上位机采用先进的 TCP/IP 异步并发通讯技术，能够实时、准确地采集矿灯状态信息，确保数据传输的高效性与稳定性。通过该技术，系统管理平台可快速获取每盏矿灯的充电状态、使用情况等信息，为管理人员的决策提供及时的数据支持。

精准的生物识别技术：运用先进的虹膜识别算法和硬件设备，结合 AI 追踪算法搭配光学转轴，可自适应不同身高人群，识别时间≤1S，识别距离远（30 - 100cm（人脸），50 - 100cm（虹膜））。同时，支持身份唯一性检测，确保人和矿灯一一对应，避免管理漏洞，有效提高了身份识别的准确性和可靠性。

高效的充电管理技术：充电柜能够兼容多种类型的矿灯电池，如锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、镍氢电池和铅酸蓄电池等。通过精确控制充电电压和电流，为不同类型的电池提供合适的充电曲线，避免过度充电或充电不足对电池造成损坏，有效延长电池使用寿命，提高充电效率。同时，具备电池健康状态的快速鉴定和维护功能，可提前发现电池潜在故障，保障矿灯的正常使用。

稳定的硬件设计：选用冷轧钢板等优质材料制作柜体，质地耐用防腐蚀，表面经过喷塑防静电处理，抗蚀牢固耐用。内部电路设计合理，采用模块化结构，各功能模块相互独立又协同工作，确保设备在复杂的煤矿环境中能够稳定运行，减少故障发生概率。

五、实施案例

在某大型煤矿 井矿灯房，引入了融合虹膜识别、智能充电、监控统计的智能管理系统。5 架智能充电柜构建的数字化监控平台，实时回传每盏矿灯的关键数据，在 LED 监控大屏上，500 个充电位的实时状态一目了然，从充电电压波动到电池健康度，从领用记录到异常预警，实现全要素可视化管控。员工通过人脸识别屏快速调取专属灯柜，领用矿灯时间大幅缩短。同时，系统能智能提醒矿灯保养周期，遇到故障自动锁定送修通道，有效提升了矿灯管理效率和安全性。

六、方案价值

提高管理效率：实现从放灯、充电、取灯、故障报警、分析考勤等全程 WEB 动态管理，无需人工干预，大大节省了人力成本。同时，通过数据监控和实时报警功能，有效预防设备丢失、损坏等问题，保障生产的顺利进行。

保障安全生产：采用生物特征识别技术确保人和矿灯一一对应，避免误拿误放；具备多种安全防护功能，如短路过压保护、强电区域隔离等，有效降低安全隐患，为矿工的井下作业安全提供有力保障。

延长设备使用寿命：精确控制充电过程，避免电池过充或欠充，减少矿灯因充电不当造成的损坏，延长矿灯和电池的使用寿命，降低企业设备采购成本。

优化决策支持：系统对矿灯的使用数据进行存储和分析，为管理人员提供全面、准确的信息，有助于更好地了解矿灯使用情况，从而做出科学合理的决策，如设备维护计划制定、人员排班优化等。

七、服务支持

我方针对本项目提供全方位的软硬件维护、故障排查、产品升级服务，以及确保系统稳定运行的其他服务。当故障通过电话或远程不能被解决时，现场服务组售后服务工程师将在 8 小时内赶赴客户方现场排除故障，进行系统维护，若故障不能按时排除，将提供备用机，以确保煤矿生产不受影响。同时，为客户提供专业的培训服务，使相关人员能够熟练掌握智能矿灯充电柜系统的操作与维护方法。