国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿（以下简称上湾煤矿）作为神府东胜煤田最早开发建设的矿井之一，始建于1987年，是一座千万吨级特大型现代化矿井，位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇，矿井采用平硐-斜井-立井联合开拓方式，核定生产能力1600万t/a。
一直以来，上湾煤矿始终秉承“立潮头、争第一”的奋斗精神，探索出了煤矿安全、高效、绿色、智能发展新模式，快速成长为神东“生产规模化、技术现代化、队伍专业化、管理信息化”四自主创新，科技赋能，全面建设智慧门禁化模式的典型，打造出世界井工煤矿单井单面效率最高、效益最好、成本最低的特级安全高产高效矿井，累计生产煤炭2.69亿t，完成利润418.06亿元，上缴税费129.25亿元，全员工效134.1t/工，充分发挥了央企能源供应的“压舱石”和“主力军”作用。
经过多年的创新实践，上湾煤矿在矿山开采中从机械化示范，经自动化、信息化、数字化的发展迭代，已经逐步实现向智能化的飞跃，生产作业也向少人化、无人化的方向不断迈进，因此对于重点场所的安全管控愈加重要。上湾煤矿针对井下特殊环境及复杂系统、布散分布等影响，为加强建设“安全、绿色、智能、高效”的一流矿井，率先建设使用了井下虹膜门禁系统，为井下重点场所人员通行提供有力数据记录，实现重点场所无人值守，助力生产作业全面实现无人值守。
1 井下虹膜门禁系统建设背景
目前大部分煤矿井下变电站所已经全部实现了无人值守，大多采用了一卡通门禁控制管理系统。一卡通的门禁控制管理系统由门禁监控主机、浇封兼本安型电磁锁、本安读卡器、隔爆兼本安型电源箱、出门本安按钮、本安通信分站和系统软件组成。日常管理中对进出人员的识别主要以人脸识别、刷卡识别等方式进行身份及人员甄别。但由于井工矿井的行业特点，井下工作环境较差，人员工作过程中极易污染面部，导致人脸识别困难。常规刷卡识别属于典型的认卡不认人，无法有效杜绝非授权人员使用，存在严重安全隐患。
为建设高效智能化矿井，提升井下特定硐室的安全管理等级，降低事故发生率，切实可行地贯彻矿井安全生产方针，上湾煤矿领导层提出了将目前国内最为先进、技术成熟度较高的虹膜生物识别技术引入井下门禁控制系统，从根本上杜绝原有一卡通门禁系统中存在的虚假瞒报、顶替授权等违规行为。
2 虹膜识别技术介绍
虹膜识别技术是基于眼睛中的虹膜进行身份识别。虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，其包含很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等的细节特征。而且虹膜在胎儿发育阶段形成后，在整个生命历程中是保持不变的。这些特征决定了虹膜特征的唯一性，同时也决定了身份识别的唯一性。因此，可以将眼睛的虹膜特征作为每个人的身份识别依据。虹膜识别技术获取精确身份信息和虹膜的纹理分别如图1、图2所示。生物识别技术主要是指通过指纹、人脸、虹膜、掌纹、步态等人类生物特征进行身份认证的一种技术，其最重要的目的就是保障安全。而虹膜识别之所以能够脱颖而出，得益于其具有最高级别的安全性能。虹膜识别技术的五大优势见表1。
图1 虹膜识别技术获取精确身份信息
图2 虹膜的纹理
6种主流生物特征识别技术误判率对比如图3所示，相比当下流行的指纹识别与人脸识别，虹膜识别在准确性、稳定性、可复制性、活体检测等综合安全性能上占据绝对优势。
图3 6种主流生物特征识别技术误判率对比
譬如相比指纹识别，虹膜识别的准确度更高。虹膜测定技术可以读取266个特征点，而其他生物测定技术只能读取13~60个特征点。根据富士通方面的数据，虹膜识别的错误识别率可能为1/1500000，而苹果TouchID的错误识别率可能为1/50000，虹膜识别的准确率是指纹识别准确率的30倍。
目前，虹膜识别凭借其超高的精确性和使用的便捷性，已经广泛应用于矿山、安防、特种行业考勤与门禁、工业控制等领域。
3 虹膜识别技术应用成果
矿用井下虹膜门禁系统装置采用全新的设计思路，将矿用隔爆兼本安型虹膜、人脸识别设备、矿用本安电源、矿用门禁控制系统进行了合理的优化设计和融合，采用以虹膜和人脸双重生物特征识别系统作为主要的识别手段，一卡通刷卡为辅的设计思路，利用矿用隔爆兼本安型虹膜、人脸识别设备为主要硬件技术平台的门禁控制系统。利用矿用隔爆兼本安型虹膜、人眼识别主体设备取代传统一卡通门禁系统中的监控主机，无需再另外配套防爆电源和本安通信分站，大幅减少了整个系统的外围设备；利用矿用隔爆兼本型虹膜、人眼识别设备自身内置的本安电源为电磁锁和读卡器以及开门按钮提供本安电源；矿用隔爆兼本安型虹膜门禁控制系统的应用，彻底解决了目前煤矿井下诸多特定区域管控混乱的现状，杜绝了一卡多人、人卡分离的混乱现象。井下虹膜门禁系统现场应用及建成效果如图4、图5所示。
图4虹膜识别门禁现场应用
图5 井下虹膜门禁系统建成效果
4 技术难点及创新
矿用隔爆兼本安型虹膜门禁系统设计之初，在技术实现上遇到了诸多困难。人员生物识别的便捷性、门锁吸合的能量强度与本要求的冲突、设备及通信的内部走线与现有大门的改造设计、数据通信的安全性、数据通信高频电磁屏蔽及干扰。经过煤矿信息中心与研发技术人员的共同不懈努力，经过3个多月的技术攻关，终于形成了一整套切实可行的设计方案。在数据安全保证、设备防护安全、信号干扰屏蔽、门锁吸合能量控制等模块均整理出了一整套独到的创新思路。
该系统创新优势主要包括：一体化设计降低调试难度，本机实现语音呼叫及报警功能，内置电池设计满足应急使用，开放接口设计方便集成。
4.1 一体化设计降低调试难度
矿用隔爆兼本安型虹膜门禁系统的总体架构简单，后台软件系统针对性强，直接采用了一体化的硬件设计和一体化的软件系统，不存在其他门禁控制系统之间的硬件集成和软件兼容问题。即采用了最新的人体虹膜、人脸生物特征授权及门禁控制技术，同时又兼容了传统的一卡通门禁系统所采用的卡片授权及门禁刷卡控制技术。系统以隔爆兼本安型虹膜、人脸识别设备为主体硬件支撑和软件执行平台，只需配套浇封兼本安型电磁锁、本安读卡器、本安门控按钮就可以实现以往传统的一卡通系统方案中需要配置众多外部设备才能实现的功能。
4.2本机实现语音呼叫及报警功能
控制系统预留音频输出接口很容易实现和本安防爆音箱电气连接，从而实现语音呼叫和报警。
4.3 内置电池设计可满足应急使用
该系统自身内置的本安电源可以为外部设备电磁锁以及本安读卡器提供本质安全型电源，无需再另外购置专用的防爆电源。大幅节省了设备资源，降低了设备成本和安装成本。系统自身内置的防爆锂电池及其充电管理，为系统提供断电自动切换的应急功能。开放接口设计方便集成系统技术方案提供太网网口和以太网光纤通信接口，可以很容易地搭载现场监控用的摄像机，实现了可视化的门禁系统方案。还可以实现与煤矿井下其他网络设备的网络通信，大幅增强了设备的网络通信冗余。
5结 语
煤矿智能化、无人化开采是未来煤矿现代化发展方向，井下重要场所和硐室以及涉及到安全的重要设备操作等授权管理就显得极为重要，其安全意义极大。未来煤矿井下硐室门禁系统的应用也将呈现多样化，不仅仅只局限于单纯的门禁控制，如门禁安全健康管理、门禁内外视屏动态捕捉及矿工行为AI智能分析、硐室外紧急情况下的安全引导、一张网数据联动、远程遥测都是后期井下硐室管理的新方向、新任务。
