瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在隧道施工中的應(yīng)用

朱得斌

摘要：基于瓦窯嶺高瓦斯隧道在施工過(guò)程中瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備組成、系統(tǒng)布局、系統(tǒng)配置和施工中的具體應(yīng)用。在施工過(guò)程中采用人工瓦斯檢測(cè)和瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互配合，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)，使施工中瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂?，保證施工環(huán)境安全。最終總結(jié)得出瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)指導(dǎo)高瓦斯隧道施工的重要性。

關(guān)鍵詞：瓦斯檢測(cè)；瓦斯隧道；瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；瓦斯?jié)舛?/p>

中圖分類號(hào)：U456.33文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： Based on the application of gas monitoring system in the construction process of Wayaolin gas tunnel， an introduction of various gas detection methods was made systematically，including the equipment， system layout and configuration， and practical application in the construction. In addition， it was proposed that the gas detection by manpower and gas monitoring system should be combined to effectively control the gas concentration and provide a safe construction environment.

Key words： gas detection； gas tunnel； gas monitoring system； concentration of gas

0引言

近年來(lái)，中國(guó)加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)高速公路的投入不斷增加。在穿越煤層的公路隧道建設(shè)中，瓦斯爆炸仍是安全生產(chǎn)的最大威脅[14]。接連發(fā)生的多起公路隧道瓦斯爆炸事故令人觸目驚心，因此通過(guò)強(qiáng)化瓦斯管理提高通風(fēng)、瓦斯監(jiān)控水平，已成為高瓦斯公路隧道瓦斯檢測(cè)最迫切的任務(wù)之一[58]。

本文以瓦窯嶺高瓦斯公路隧道建設(shè)項(xiàng)目為背景，在整個(gè)施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)瓦斯控制過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，分析所采用的瓦斯檢測(cè)技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備，總結(jié)應(yīng)用瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)指導(dǎo)高瓦斯隧道施工的重要性。

1工程概況

瓦窯嶺隧道建設(shè)項(xiàng)目屬于國(guó)家青蘭高速山西段臨吉高速公路，位于山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣雙鶴鄉(xiāng)境內(nèi)，為上、下行分離式雙向四車道長(zhǎng)隧道，隧道左洞全長(zhǎng)1 464.44 m，右洞全長(zhǎng)1 470 m，是采空區(qū)瓦斯隧道。隧道設(shè)計(jì)行車速度為80 km·h-1，單向縱坡坡度為200%，凈高為50 m，最小曲線半徑為1 050 m。隧道穿越Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為復(fù)合式襯砌，進(jìn)口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。

瓦窯嶺隧道施工前對(duì)采空區(qū)進(jìn)行治理，施工中注意通風(fēng)，并采取瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行瓦斯監(jiān)測(cè)。隧道瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在采用自動(dòng)監(jiān)控的同時(shí)，也采用人工監(jiān)測(cè)，2種監(jiān)測(cè)方式功能互補(bǔ)、職能互動(dòng)，形成較為完善的聯(lián)控監(jiān)控體系，能及時(shí)報(bào)告隧道進(jìn)、出口瓦斯?jié)舛炔⒂袌?bào)警功能，能及時(shí)采取相應(yīng)的防范措施對(duì)隧道施工進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)管理。

2隧道瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)隧道施工和管理的要求，為保障施工安全，隧道瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)礦用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。在傳統(tǒng)瓦斯檢測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，將遙測(cè)、遙控技術(shù)以及監(jiān)視、電子計(jì)算機(jī)等多種先進(jìn)技術(shù)裝置組成新的隧道瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

隧道瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在整個(gè)施工過(guò)程中檢測(cè)和監(jiān)視CH4、CO等有關(guān)氣體濃度、環(huán)境及洞內(nèi)工作面的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，數(shù)據(jù)的分析和處理采用計(jì)算機(jī)來(lái)完成，是對(duì)洞內(nèi)施工環(huán)境或施工過(guò)程進(jìn)行控制的一種系統(tǒng)[913]。

對(duì)礦井空氣成分的監(jiān)測(cè)是傳統(tǒng)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，空氣中污染物的濃度是主要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，包括CH4、CO、NO、NO2、炮煙等；溫度、風(fēng)速等指標(biāo)屬于對(duì)空氣物理狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；同時(shí)還要監(jiān)測(cè)施工中各種設(shè)備的運(yùn)行狀況。隧道施工過(guò)程中的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容相對(duì)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，主要包括對(duì)隧道內(nèi)空氣成分、風(fēng)機(jī)風(fēng)速和施工過(guò)程中洞內(nèi)人員（人數(shù)）。

KJ90新型寬帶快速反應(yīng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)是該隧道施工過(guò)程中采用的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，由中國(guó)煤炭科學(xué)研究院重慶分院研制。監(jiān)控分站采用八模八開KFD2型大分站，分別在開挖掌子面、邊墻開挖面、襯砌工作面、洞口回風(fēng)流中設(shè)置KG9701低濃度瓦斯探測(cè)器。

2.1KJ90瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的組成

KJ90新型寬帶快速反應(yīng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控中心站接入服務(wù)器、防爆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)管設(shè)備、洞內(nèi)寬帶傳輸分站、傳輸光纜及雙絞線、有毒有害氣體及工礦傳感器、斷電控制器等設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)主控軟件共同組成。其中監(jiān)控系統(tǒng)主控軟件是KJ90寬帶快速反應(yīng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心。瓦斯報(bào)警斷電裝置是隧道中應(yīng)用較廣泛的瓦斯監(jiān)測(cè)儀器，長(zhǎng)期自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?。?dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，儀器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；為保證施工安全，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)斷電值時(shí)，主機(jī)切斷洞內(nèi)電器設(shè)備的電源，防止產(chǎn)生火花，引起爆炸。

瓦窯嶺高瓦斯隧道采用ADJ2型瓦斯報(bào)警斷電儀、AK20A瓦斯報(bào)警切斷儀切斷洞內(nèi)電器設(shè)備的電源。另外，常用的儀器主要還有AWD3型瓦斯報(bào)警斷電儀、KJ700S智能型風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置、FD2B1型風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置等。

2.2隧道監(jiān)控系統(tǒng)布局

隧道施工過(guò)程中，嚴(yán)格按要求進(jìn)行瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。在隧道洞口設(shè)置瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)控制室，配備主機(jī)1臺(tái)，分機(jī)2臺(tái)，工作人員2名。分別在隧道二次襯砌（檢測(cè)回風(fēng)流瓦斯?jié)舛龋┖驼谱用嬖O(shè)置瓦斯傳感器、CO傳感器和風(fēng)速傳感器，為保證能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?，每個(gè)洞分別安裝1套瓦斯檢測(cè)設(shè)備。

瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)的布置包括洞口值班室、瓦斯檢測(cè)安全員室、各工作面?zhèn)鞲衅鞑贾眉皵嚯妰x布置等。隧道施工過(guò)程中，檢測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)掌子面、邊墻開挖面、襯砌工作面和洞口的瓦斯?jié)舛?、CO濃度及風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)。瓦斯監(jiān)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)設(shè)置如圖1所示。

在隧道施工過(guò)程中，根據(jù)不同的瓦斯?jié)舛戎苯又笇?dǎo)施工，為施工安全提供技術(shù)保障。瓦斯?jié)舛仁┕ぶ笇?dǎo)見(jiàn)圖2。

（1） 當(dāng)隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛炔恍∮?5%時(shí)，第1次聲光報(bào)警，可正常施工，但停止洞內(nèi)內(nèi)燃機(jī)；隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛炔恍∮?.0%時(shí)，可正常施工，但停止放炮作業(yè)；隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛炔恍∮?.5%時(shí)，切斷隧道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（電焊設(shè)備、切割設(shè)備、非防爆改裝的運(yùn)輸工具、混凝土泵機(jī)、鉆機(jī)等）的電源并閉鎖；當(dāng)隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛刃∮?.0% 時(shí)，自動(dòng)解鎖。

（2）隧道開挖工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔恍∮?0%時(shí)，聲光報(bào)警，切斷開挖隧道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源并閉鎖；當(dāng)隧道開挖工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛刃∮?0%時(shí)，自動(dòng)解鎖。

（3） 局部瓦斯聚集濃度不小于2.0%時(shí)，20 m范圍內(nèi)停工、斷電、撤人，加強(qiáng)通風(fēng)。

瓦窯嶺隧道掌子面?zhèn)鞲衅鳈M斷面布置見(jiàn)圖3。分別在掌子面拱部設(shè)置1個(gè)瓦斯傳感器和1個(gè)CO傳感器，并在掌子面拱腰部設(shè)置1個(gè)瓦斯傳感器。

2.3隧道監(jiān)控系統(tǒng)人員配置

瓦窯嶺隧道為瓦斯隧道，施工中建立專門防爆機(jī)構(gòu)，制定嚴(yán)格的規(guī)章制度，全隧道定點(diǎn)設(shè)置瓦斯報(bào)警儀，監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓闆r。專業(yè)瓦斯檢測(cè)人員、洞內(nèi)領(lǐng)班人員和生產(chǎn)指揮者均攜帶便攜式瓦斯報(bào)警儀，隨時(shí)檢測(cè)瓦斯?jié)舛取?/p>

該項(xiàng)目施工過(guò)程中進(jìn)口工作面配置安全工程師1名、現(xiàn)場(chǎng)安全員3名（1名負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全，2名負(fù)責(zé)炸藥庫(kù)管理）、瓦斯檢測(cè)員2名、洞內(nèi)領(lǐng)班4名、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員2名、項(xiàng)目副經(jīng)理1名。出口工作面與進(jìn)口工作面人員配置相同。另外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理員與監(jiān)理安全工程師也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有監(jiān)督指導(dǎo)義務(wù)。

瓦窯嶺隧道施工中技術(shù)人員數(shù)量較充足，真正做到了對(duì)瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。瓦斯檢測(cè)員嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度，即在鉆孔前、鉆孔后及爆破后分別進(jìn)行及時(shí)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)，對(duì)比瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為施工提供安全保障[1417]。

3現(xiàn)場(chǎng)瓦斯監(jiān)測(cè)應(yīng)用

瓦窯嶺瓦斯隧道分為進(jìn)口和出口2個(gè)工作面，每個(gè)工作面分別設(shè)置一整套KJ90瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)，在整個(gè)施工過(guò)程中檢測(cè)瓦斯?jié)舛?、CO濃度及回風(fēng)流風(fēng)速。現(xiàn)場(chǎng)配置2名瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)管理人員，全天24 h對(duì)隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。下面簡(jiǎn)單介紹KJ90瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際監(jiān)測(cè)中的幾點(diǎn)應(yīng)用。

3.1測(cè)點(diǎn)定義

系統(tǒng)定義的核心內(nèi)容就是測(cè)點(diǎn)定義，只有先進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的定義，才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在菜單欄中用鼠標(biāo)單擊“參數(shù)設(shè)置（S）”菜單，彈出下拉式菜單，即可完成設(shè)置。

3.2報(bào)表編排與打印

瓦窯嶺瓦斯隧道施工中采用的KJ90煤礦檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件提供報(bào)表打印功能，按時(shí)間分有班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)，按類型分有開關(guān)量報(bào)表、模擬量報(bào)表。報(bào)表內(nèi)容包括類型、最大值、最大值時(shí)刻、最小值、最小值時(shí)刻、設(shè)定斷電、設(shè)定報(bào)警、報(bào)警次數(shù)、超上控次數(shù)、超上控時(shí)間、斷電次數(shù)、斷電時(shí)長(zhǎng)、故障次數(shù)、故障時(shí)間、饋電異常次數(shù)和饋電異常時(shí)間等[1819]。

3.3瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)實(shí)例分析

隧道施工中為保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全，防止瓦斯爆炸，進(jìn)口和出口在采用自動(dòng)監(jiān)控的同時(shí)，也采用人工監(jiān)測(cè)，二者互相驗(yàn)證。每個(gè)工作面安排2名瓦斯檢測(cè)員進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，分白班和夜班兩班倒，在整個(gè)施工過(guò)程中不間斷進(jìn)行瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控。瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛茸兓鐖D4所示，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

4結(jié)語(yǔ)

在瓦斯隧道施工過(guò)程中，自動(dòng)監(jiān)控和人工監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，以確保施工過(guò)程的安全。在施工過(guò)程中先后出現(xiàn)2次瓦斯?jié)舛瘸^(guò)5.0%的緊急情況，在此過(guò)程中瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)斷電，使洞內(nèi)施工人員及時(shí)退出危險(xiǎn)區(qū)域，避免了人員和財(cái)產(chǎn)的損失。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]