瓦斯隧道安全管理中风瓦电闭锁系统的应用研究

李贺朋+亓祥成+石常生

摘 要：本文以四川省天河隧道为工程实例，介绍了风瓦电闭锁系统的组成构架和实现，立足从现场动态瓦斯安全监测实施效果展开分析和研究。研究得出以风瓦电闭锁系统为核心的瓦斯隧道安全管理策略，形成有效的瓦斯隧道生产管理成套体系，以供参考。

关键词：风瓦电闭锁系统；瓦斯隧道；安全管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.074

1 前言

瓦斯隧道安全施工是煤矿、铁路、公路等地下工程施工中的一大难题，在施工过程中如果存在安全管理不到位的情况就极容易发生灾难性的事故，导致人员伤亡和严重的经济损失[1]。大量的工程案例表明，一旦发生瓦斯事故，后果将极其惨重。

为实现对隧道内瓦斯浓度和电路安全的实时动态监测，，项目严格按照相关制度进行，为隧道安全施工提供了直接保障[2]。本文结合天河隧道工程，对风瓦电闭锁系统在瓦斯隧道安全管理中作用的研究，重点分析管理中风瓦电闭锁系统核心地位及功能，提出瓦斯隧道安全管理策略，为类似瓦斯隧道安全管理提供借鉴和参考。

2 工程概况

天河隧道位于四川省雅安市天全县，岩质主要为粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩夹煤层和玄武岩。其瓦斯段围岩为三叠系上统须家河组（T3x）的砂岩、泥岩、碳质泥岩夹煤层。碳质泥岩和煤层均具有一定的生烃的可能性，系可能产生瓦斯的地层。隧址区尚有生产煤矿，天河煤矿（距隧道仅500m左右）所采煤矿的采煤工作面、掘进工作面的回风中均含有瓦斯，主要成分为和。本隧道主要体现为附着式煤层，系采空区渗漏瓦斯，实际施工过程中，必须加强瓦斯监测，需核实瓦斯等级，针对不同等级，采取不同防护级别和措施。

3 风瓦电闭锁系统介绍

（1）系统组件及施工注意。本项目瓦斯的监测工作主要是通过人工监测和利用瓦斯监控系统监测来实现的。参考国家《煤矿安全规程》要求采用掘进工作面通风设备实现“三专两闭锁”，使用了多种风电、瓦斯电闭锁装置来满足生产安全要求[3]。施工过程中甲烷传感器实时动态监测隧道内甲烷浓度，经数据信号分站到地面机房显示，对数据信息做出分析处理并根据数据信息提示工作面状态及时对工作面施工人员发出预警。系统内置阈值会自动判别瓦斯浓度，及时切断隧道内设备工作电源，同时报警疏散人员。

监测需做到严格控制瓦斯监测点地点和范围：

1）开挖工作面风流、回风流中，爆破地点附近20m内的风流中及局部塌方冒顶处；2）坑道总回风的风流中；3）各种作业台车和机械附近20m内的风流中；4）电动机及其开关附近20m内的风流中；5）隧道洞室中，如变电所、水泵站、水仓等瓦斯易于积聚处；6）接近地质破碎带处。

（2）安全监测过程解释。风瓦电闭锁系统的功能主要有两个，一个是在正常的隧道施工作业时，通风机一旦出现停机或者隧道内空气不流动时，系统能够自动联锁切断故障区域内的所有非本质安全型电气设备的电源；第二个是当隧道作业区内的瓦斯浓度超过额定浓度时，系统能自动联锁断开隧道内或施工掌子面区域内所有非本质安全型电气设备的电源。瓦斯浓度超标的处理根据不同区域或部位，也会有不同的超限处置措施，本项目瓦斯监测系统要求如下：1）掘进工作面内的甲烷浓度应低于1%。

2）掘进工作面回风流中的甲烷浓度应低于1%，当掘进工作面回风流中的甲烷浓度开始下降，降至1%以下时，系统应能自动解锁。

3）当局部通风机发生统计故障，且掘进工作面或回风流中的甲烷浓度超过3%时，系统应对局部通风机进行闭锁使之不能启动，只有通过人工操作的方式使用专业软件并输入密码或者采用专用工具进行解锁；而当掘进工作面或回风流中甲烷浓度降至1.5%以下时，系统应能自动解锁。

4）所有与闭锁控制有关的设备，一旦发生故障或者断电时，系统应能切断该设备所监控区域内的所有非本质安全型电气设备的电源并闭锁。

4 风瓦电闭锁系統特点及管理要点

在大多数隧道综合安全监测系统控制中，电闭锁功能由系统平台来下发指令，电力监控系统来执行，电力监控系统执行完成后，收集闭锁动作后的电网信息，进一步判断闭锁指令执行的结果是否正确。瓦斯电闭锁控制首先读取安全监控系统监测到的实时环境数据，与电闭锁阈值进行比较，若达到闭锁阈值则向电力监控系统下达闭锁指令，切断该区域的配电设备，以避免或减少瓦斯爆炸的可能性。由此可以看出瓦斯电闭锁在安全监测系统中承担着重要一环。

基于以上特征，分析得出涉及瓦斯电闭锁安全管理方面的几个要点如下：

（1）风瓦电闭锁系统对隧道瓦斯事故监测项目具有很好的适应性，能够为瓦斯隧道提供直接精准的安全分析，做出基于数据分析的风险控制和安全决策。

（2）瓦斯隧道安全管理工作应以风瓦电闭锁系统为核心，各项针对瓦斯隧道的安全管理工作将围绕该系统展开。从专业技术人员、管理人员，到项目经理在系统投入之后需进行设备相关知识培训。

（3）瓦斯隧道的通风施工应严格按照相关规定进行，并将瓦斯通风、监控、检测等系统进行联锁设置，通过系统对瓦斯浓度、风量、风速和气象等参数进行实施监测，一旦发现异常应能立即反应进行报警和联锁控制。

（4）对于隧道瓦斯实时状况的管理，工程项目管理部门的技术人员应参照相关标准及施工安全制度制定瓦斯隧道施工安全管理体系，由技术人员组成安全管理机构，做到职责明确，对隧道内的瓦斯监测情况进行及时记录，并对系统采集的数据信息进行分析和处理。

5 结论

本文主要通过分析风瓦电闭锁系统的运行特点和在防瓦斯事故方面的优势，将其纳入隧道安全管理体系中，发挥基础性的安全保障作用。结果表明：

（1）现场工程案例表明，有效的瓦斯隧道管理工作离不开电闭锁的基础性保障。风瓦电闭锁系统在瓦斯隧道安全管理工作中具有极为重要的作用。（2）本项目隧道施工推进中，瓦斯监测数据的正常显示通风设备运行良好，工作面瓦斯浓度均在0.4%以下，未发生任何瓦斯事故，充分说明了管理工作行之有效。

参考文献：

[1]张民庆，黄鸿健，孙国庆，铁路瓦斯隧道安全设计[J].施工与管理现代隧道技术，2012（03）：25-31.endprint