高瓦斯公路隧道安全监控技术

2015-11-07改造者余世刚

中国科技信息 2015年24期

改造者：余世刚

高瓦斯公路隧道安全监控技术

改造者：余世刚

高瓦斯隧道安全监控系统通过安装在隧道关键部位的传感器实时在线监测隧道内环境状况，并将其显示以便工作人员读取。安全监控系统同时包括风电甲烷闭锁、作业机械防爆改装监控、隧道人员定位系统和视频监控系统。这四个子系统具有自动识别闭锁，安全隐患排查，救援调查等作用。四个子系统的增加使得高瓦斯隧道安全监控系统更加完整、更加可靠，为隧道的安全施工起着关键性作用。

我国的公路、铁路建设正处于飞速的发展中。目前已累计修建瓦斯隧道70余座，其中3km以上长度的有43座。都汶高速公路紫坪铺隧道（原名董家山隧道）瓦斯爆炸是我国迄今为止最严重的隧道瓦斯爆炸事故，龙泉驿五洛路1号隧道在2015年2月24日发生瓦斯爆炸。这些事故都为高瓦斯隧道安全施工敲响了警钟。为了提高管理效率增加安全保障，高瓦斯隧道安全监控系统因其可以实时在线监测隧道内各项有毒有害气体指标，并发出报警和断电指令。

安全监控技术的国内外现状

西方一些发达国家通过使用以太网，加上智能算法已经将安全监控系统提高到一个新的高度。在煤矿中，开展研究瓦斯突出动态预测技术和突出危险区域预测技术。

在我国，公路系统对瓦斯隧道的研究相对较少，施工主要参考《铁路瓦斯隧道技术规范》、《煤矿安全规程》以及《公路瓦斯隧道设计与施工技术指南》。对于监控系统更是存在监控系统设备利用率低、控制方案效率低、维护成本高等等问题。在煤矿监控系统研究中，我国各大科研单位和生产厂家相继推出了各类煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。

高瓦斯隧道监控系统

高瓦斯隧道监控系统的设计是以现有的网络资源为基础，通过高性能的网络连接形成快速可靠的分布式网络系统。处于隧道监控室的PC计算机系统实时读取分布在隧道各个地方的传感器的实时监测值，当有参数超标则发出声光报警以及断电等信号。同时PC机将所有的数据进行分析，存储和处理。监控系统由数据监控计算机、数据通讯接口、打印机设备、不间断电源、监控分站、分站电源和各种监控传感器组成。系统结构图见图1。

作业机械防爆也是高瓦斯隧道安全监控系统的一个重要的组成部分。按照要求所有在高瓦斯隧道中施工的作业机械都必须是防爆的。而一些经过防爆改装的车也可以避免造成瓦斯爆炸燃烧等事故，这样的防爆车也可以进入隧道施工，现行技术对机械防爆改装主要分为车辆整车防爆改装和车辆局部防爆改装两种。

人员定位系统、视频监控系统和风电甲烷闭锁系统也是安全监控系统的重要组成部分。人员定位系统可以实时感知隧道内施工工作人员的位置，状态等信息，提高人员调度管理和灾害人员救助水平的功能。视频监控系统可以实时监测隧道动态施工，及时发现安全和质量等问题，可以完成诸如瓦斯隧道和重要项目的监测和风险评估等。风电甲烷闭锁的功能，给瓦斯隧道的安全生产提供了重要的保障。一旦瓦斯浓度超限，主机发出指令使继电器成为开路点，风电闭锁线成为断路点，掌子面电源开关被切断。

高瓦斯隧道安全监控系统的工程应用

图1　高瓦斯隧道监控系统结构图

华蓥山隧道安全监控系统结构

渝广高速公路华蓥山隧道安全监控系统由监控中心站部分、传输部分、监控前端设备组成。

监控前端设备：硫化氢传感器、一氧化碳传感器、甲烷传感器、风速传感器、防爆摄像头和人员定位读卡器等。

中心站部分：包括监控主机、数据传输接口等设备。监控主机选用工控微型计算机，主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。

传输部分：传输主干线路采用电缆传输。华蓥山隧道安全监控系统布置图见图2。

华蓥山隧道作业机械防爆改装采用车载式甲烷断电（熄火）控制装置。该装置安装于施工机械上，实时监测其周围环境空气中的瓦斯浓度，传感器在甲烷浓度0.3％时，装置发出声光报警；达到0.5％后，控制装置发出车辆自动断电（熄火）信号，控制车辆实现自动断电熄火功能；当降低到0.3％，即解除报警和断电熄火，机械方可再次启动。

图2　华蓥山隧道安全监控系统布置图

系统设备参数

甲烷传感器选用KGJ28A型低浓度甲烷传感器，能用于煤矿井下或其他有甲烷气体的场所。硫化氢传感器采用KGQ8矿用硫化氢传感器，可以连续固定地检测煤矿井下空气中的硫化氢含量，为本质安全型产品。一氧化碳传感器采用GTH1000矿用一氧化碳传感器（以下简称传感器），主要用于煤矿井下监测一氧化碳气体浓度。

D1型断电器（以下简称断电器）是一种能接收关联设备的控制命令，在煤矿井下控制防爆开关执行断电控制的装置，该断电器同时具有断电反馈功能，能真实反映防爆开关的执行结果。

BA18（A）矿用本安型摄像仪用于煤矿井下视频图像的采集。可用于煤矿井下有爆炸性气体及其混合物的场合。该摄像仪采用CCD成像器件，并配合光纤传输进行一体化设计，具有外形轻便，性能稳定，清晰度高，使用灵活等特点。

KJ86N系列型监控分站是安全监控系统井下部分的关键组成设备，以美国德州半导体公司MSP430系列16位单片机为核心，配置多个模拟量入口和开关量入口，连续采集传感器信号，经单片机处理后按设定参数执行控制操作。该分站能与地面监控室计算机通讯，将采集信号传送到地面监控室，也可执行监控室发出的各种远程控制指令，还具有智能通讯口，可连接各种智能设备。

使用情况及效果

华蓥山隧道使用安全监控系统后，可以在隧道监控室实时的观察到隧道各处的气体浓度情况、隧道内人员位置和个数以及隧道内各个工序施工情况。方便了管理，同时多层次的安全管理系统，做到了多层保护多层预防。

安全监控系统基本可以排除有毒有害气体对隧道施工的危害，以为一旦有气体超限系统会立刻报警并作出相应的措施，免除气体对人员的伤害。风电甲烷闭锁系统为安全监控系统提供了保障，在“监”的基础上实现了“控”。在华蓥山隧道使用期间对隧道施工安全起到了较大的意义。