CN110130989A - 一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工安全防范领域，公开了一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，包括：监控中心、分站、输入设备和输出设备；监控中心包括监控主机和数据接口交换机；监控主机的输入端连接数据接口交换机的输出端；输入设备包括视频监控摄像头和瓦斯传感器；视频监控摄像头的输出端和瓦斯传感器的输出端与分站的输入端连接；分站的输出端连接数据接口交换机的输入端；输出设备包括声光报警器和馈电断电仪；声光报警器的输入端和馈电断电仪的输入端与监控主机的输出端连接。本发明在地铁隧道开挖过程中，能够实时监测隧道瓦斯浓度，有助于避免瓦斯浓度过高带来的安全隐患，从而为人员安全施工及管理提供保障。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工安全防范领域，更具体地，涉及一种隧道施工过程中瓦斯浓度监测方法和人员安全管理系统。
背景技术
随着近年我国西部大开发战略的实施，大量的铁路、公路隧道以及水电引水隧洞开始涌现，在这过程中遇到了越来越多的高瓦斯隧道，瓦斯灾害是目前隧道建设中重大的安全隐患之一，尤以瓦斯爆炸最为常见且危害最大。
目前，国内外瓦斯隧道的监测还没有形成体系，在大量瓦斯隧道建设中大多直接采用了煤矿生产中的瓦斯监测系统。交通隧道的瓦斯监测以人工监测为主，即由检测人员携带检测设备在工地各个监测点进行巡查，不能保证全面的、实时的监控，并且检测人员也无法在一些危险地段进行即时准确的监测，容易造成漏测而引发瓦斯灾害事故。
因此，有必要在瓦斯隧道建设过程构建一个实时的、网络化的瓦斯监测系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其目的在于，通过瓦斯传感器进行瓦斯监测，并通过分站将监测状况实时汇总至监控中心，通过监控中心进行查看，由此替代人工监测，实现隧道施工过程中瓦斯的全面、实时检测，减少安全隐患。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，包括：监控中心、分站、输入设备和输出设备；
监控中心包括监控主机和数据接口交换机；监控主机的输入端连接数据接口交换机的输出端；
输入设备包括视频监控摄像头和瓦斯传感器；视频监控摄像头的输出端和瓦斯传感器的输出端与分站的输入端连接；
分站的输出端连接数据接口交换机的输入端；
输出设备包括声光报警器和馈电断电仪；声光报警器的输入端和馈电断电仪的输入端与监控主机的输出端连接。
进一步地，瓦斯传感器包括CH4传感器、H2S传感器、CO传感器和CO2传感器中的至少一种。
进一步地，输出设备还包括LED显示屏，LED显示屏的输入端连接监控主机。
进一步地，LED显示屏为点阵LED面板。
进一步地，LED显示屏为红光点阵LED面板。
进一步地，输入设备还包括便携式终端，便携式终端集成定位仪、警报器和通讯器，通过分站与监控中心连接或直接与监控中心连接。
进一步地，便携式终端为人员精确定位卡。
进一步地，所述监控主机配备UPS电源及电源避雷器。
进一步地，输出设备还包括打印机，打印机的输入端口连接监控主机的输出端口。
本发明的基本原理在于，由于瓦斯泄漏一般出现于掌子面开挖过程中和结束开挖后一定时间内，因此可以在施工前将瓦斯传感器和视频监控摄像头预先布置在指定的监测位置，而将监控中心布置在远离监测位置的地方，通过分站和数据接口交换机，将瓦斯传感器、视频监控摄像头与监控中心相连，构建一个实时的瓦斯监测网络，然后在隧道建设过程中进行自动化瓦斯监测，并直接通过监控中心实时查看隧道状况，从而可以取得以下有益效果：
1)针对隧道施工的关键点或人工检测不易到达的危险区域，例如掌子面开挖区域、二衬台车工作区域等，能够直接通过瓦斯传感器进行24小时实时监测，并通过监控中心及时掌握隧道掘进中的瓦斯涌入而导致的瓦斯超标情况，通过声光报警器及时报警，并通过馈电断电仪对出险区域内的电气设备进行断电，从而保证施工人员安全撤离，避免瓦斯泄漏、爆炸等引起重大灾害；
2)通过馈电断电仪，及时停止瓦斯浓度超标状态下电气设备的运转，排除引起瓦斯爆炸的隐患，实施安全管控。
3)通过视频监控摄像头可以实时观察隧道施工情况，并且，通过视频监控摄像头结合便携式终端的定位仪可以实时、准确掌握作业人员情况，有利于管理者对作业人员进行更为精确和安全的管理。
4)通过便携式终端的警报器和通讯器，使得作业人员能够与监控中心的监控或管理人员实时进行通讯，并发送和接收警报信息，有利于监控中心及时通知作业人员撤离，以及作业人员遇到危险时及时向监控中心呼救。
附图说明
图1是本发明的隧道施工瓦斯监测及人员安全管理系统的框架图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明优选实施例的隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统主要包括如下四个部分：监控中心、分站、输入设备、输出设备。
隧道洞口建立瓦斯监控中心站，其中布设监控主机、电源避雷器、UPS电源、数据接口交换机。隧道洞口还布设输出设备，包括LED显示屏、打印机、声光报警装置和馈电断电器。LED显示屏设于隧道洞口，实时显示隧道内瓦斯状况，CH4浓度、H2S浓度、CO浓度、CO2浓度均可在LED显示屏上滚动显示。为方便观看，采用点阵面板进行显示，采用红光LED面板制成显示，可以方便对施工瓦斯显示监控。
此外，还可以选择在后台的调度中心配置大屏幕电视墙，通过无线或有线传输形式，接收并显示监控中心接收到的监控数据，形成集传感器监测数据、视频监控图像和现场声音采集、语音通讯为一体的多媒体安全生产综合调度指挥系统。
输入设备包括瓦斯传感器、视频监控摄像头和便携式终端。瓦斯传感器包括CH4、H2S、CO、CO2传感器，分别在掌子面、二衬台车、回风地点布设。将便携式终端给工作人员配备，在隧道中安装视频监控摄像头，可以实时监测工作人员情况与隧道情况。便携式终端集成定位仪、警报器和通讯器，通过分站与监控中心连接或直接与监控中心连接，以便于监控中心实时掌握工作人员的位置，并随时进行通讯和发送警报。优选地，便携式终端采用KJ系列的人员精确定位卡，例如KJ271-K、KJ936-F等，该系列定位卡集成了定位、声光报警功能，能够双向的传输，可以实现紧急呼救、卡电量低报警、持卡人被呼叫、持卡人定位。
各传感器的安装位置及数量、种类，可以由作业人员根据实际的施工环境自由测试及调节。例如，可以在开挖掌子面、二衬台车、以及回风流20m处安装CH4传感器，优选地，CH4传感器的吊挂离顶部不大于30cm，离隧道两边不小于20cm处，其迎风流和背风流0.5m内不得有阻挡物。
在开挖掌子面、回风流中安装H2S传感器、CO2传感器、CO传感器。H2S传感器及CO2传感器要求在掌子面操作台车下方的左侧或右侧1.5m处。CO传感器要求在掌子面操作台车上方的左侧或右侧、洞顶下部悬挂不大于30cm。
采用分站布置的优势在于，当隧道内施工段较长时，监测点会间隔较远，可以在每个监测点布置一个分站，连接该监测点的视频监控摄像头和瓦斯传感器，并且通过分站作为便携式终端与监控中心通讯的中转站，避免工作人员距离监控中心过远导致通讯中断。分站是一种以嵌入式芯片为核心的微型计算机装置，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数如瓦斯、风速等进行连续监测，具有多通道、多制式的信号采集功能和通信功能。本发明优选分站型号为KJ90NA，分站接收由输入设备采集到的信号，通过逻辑变换，输出控制信号，通过断电器对控制对象进行通、断电控制。
下面对本发明的使用方法进行说明：
当系统工作时，输入设备首先开始工作，监控摄像头、定位仪以及各传感器将隧道环境情况及人员情况传输到分站，监控中心站与分站之间通信通过数据接口转换机连接，接收分站内的信息。可在LED显示屏上或者监控主机的显示器上实时显示隧道瓦斯浓度情况，并可以通过监控主机控制声光报警器及馈电断电器。通过打印机可以根据需要将监测信息进行打印。
此外，监控中心的管理者可以根据不同的环境指标要求，控制馈电断电器、声光报警器的工作，以及与便携式终端通讯，对隧道内的工作人员进行调度。例如，当某个监测点检测到瓦斯浓度超过1％时，通过馈电断电器切断瓦斯浓度超限区(例如电机附近、变压器、电气开关附近、电缆接头的地点)的非本质安全型电气设备的电源。
当瓦斯浓度达到报警值时，如表1、2所示，声光报警器应发出声、光报警信号。监控中心可以采取相应的措施应对风险。
表1甲烷传感器预警范围表
表2硫化氢、一氧化碳传感器预警设置表
表1、表2中的瓦斯浓度及采取的措施仅仅是对本发明的用法的示意性说明。可以理解，在实际使用本发明的过程中，表中内容应当由管理者根据当前的施工环境、施工作业标准及规范进行制定。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，包括：监控中心、分站、输入设备和输出设备；
监控中心包括监控主机和数据接口交换机；监控主机的输入端连接数据接口交换机的输出端；
输入设备包括视频监控摄像头和瓦斯传感器；视频监控摄像头的输出端和瓦斯传感器的输出端与分站的输入端连接；
分站的输出端连接数据接口交换机的输入端；
输出设备包括声光报警器和馈电断电仪；声光报警器的输入端和馈电断电仪的输入端与监控主机的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，瓦斯传感器包括CH4传感器、H2S传感器、CO传感器和CO2传感器中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，输出设备还包括LED显示屏，LED显示屏的输入端连接监控主机。
4.根据权利要求3所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，LED显示屏为点阵LED面板。
5.根据权利要求4所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，LED显示屏为红光点阵LED面板。
6.根据权利要求1或2所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，输入设备还包括便携式终端，便携式终端集成定位仪、警报器和通讯器，通过分站与监控中心连接或直接与监控中心连接。
7.根据权利要求6所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，便携式终端为人员精确定位卡。
8.根据权利要求1或2所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，所述监控主机配备UPS电源及电源避雷器。
9.根据权利要求1或2所述的一种隧道施工过程中的瓦斯远程监测及报警系统，其特征在于，输出设备还包括打印机，打印机的输入端口连接监控主机的输出端口。
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