CN112267915A - 隧道施工用瓦斯预警系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种隧道施工用瓦斯预警系统，其包括现场监管装置、分站装置以及监管中心装置，监管中心装置包括监管主机以及报警机构；监管主机将现场监管装置检测到的实时甲烷浓度与预设的通风增强触发阈值对比，当实时甲烷浓度超出预设的通风增强触发阈值，所述监管主机输出预设的通风增强控制信息至现场监管装置，并根据通风增强后的风速得到甲烷浓度减小至小于通风增强触发阈值所需的预计回归时间T1，所述现场监管装置控制加强通风；所述监管主机还将预计回归时间T1和预设的报警触发时间T2对比，且当预计回归时间T1大于或等于预设的报警触发时间T2，所述监管主机控制报警机构报警。本申请具有减小隧道内瓦斯误报警几率的效果。

Description

隧道施工用瓦斯预警系统

技术领域

本申请涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道施工用瓦斯预警系统。

背景技术

隧道施工过程中，对安全生产影响最大的是瓦斯(主要成分是CH4)的浓度。故在本隧道施工中，主要以CH4浓度监测为主，以H2S、CO、CO2有毒有害气体的浓度检测相结合。CH4密度比空气轻，易积聚在隧洞顶部，可造成施工人员窒息，在一定浓度下，遇火源易造成燃烧或爆炸；H2S比空气略重，为剧毒物质，易造成施工人员中毒，是重点监测的对象；CO密度比空气轻，易积聚在洞顶，为剧毒物质，易造成施工人员的中毒，是该工程需重点监控的对象；CO2密度比空气重，为无毒气体，但在隧道中浓度过大易造成施工人员缺氧，影响效率。

一种相关技术中，有通过在隧道内设置甲烷浓度检测/报警装置，提高施工的安全性。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：隧道施工过程中往往会出现瓦斯浓度临时性增大的情况，导致易出现误报警，影响正常施工工作。

发明内容

为了减小隧道内瓦斯报警的误报警几率，本申请提供了一种隧道施工用瓦斯预警系统。

本申请提供的一种隧道施工用瓦斯预警系统采用如下的技术方案：

一种隧道施工用瓦斯预警系统，包括：

现场监管装置，其包括多个分别用于检测甲烷和风速的一级传感器和现场控制模块，所述现场控制模块用于连接并控制隧道通风系统的风机；

分站装置，其连接于一级传感器和现场控制模块；以及，

监管中心装置，其包括连接于分站装置的监管主机以及连接于监管主机的报警机构；

所述监管主机将一级传感器检测到的实时甲烷浓度与预设的通风增强触发阈值对比，当实时甲烷浓度超出预设的通风增强触发阈值，所述监管主机输出预设的通风增强控制信息至现场控制模块并根据通风增强后的风速得到甲烷浓度减小至小于通风增强触发阈值所需的预计回归时间T1，所述现场控制模块用于根据通风增强控制信息控制隧道通风系统的风机增大转速，所述监管主机还将预计回归时间T1和预设的报警触发时间T2对比，且当预计回归时间T1大于或等于预设的报警触发时间T2，所述监管主机控制报警机构报警。

通过采用上述技术方案，可利用一级传感器检测并反馈实时甲烷浓度信息和实时风速信息至监管主机；当实时甲烷浓度超出阈值时，监管主机通过现场控制模块控制隧道通风系统的风机增大转速，提高通风效果，以更快的降低甲烷浓度，减小安全隐患；同时，监管主机还在预计回归时间T1超出报警触发时间T2后，控制报警机构报警，减小安全隐患；

由于本申请不再是直接进行报警，而是增强通风效果来降低甲烷浓度，并处理得到预计回归时间T1，根据T1和T2的对比结果确定是否报警，所以本申请即可减小误报警几率，又可以保证一定的施工安全性。

可选的，用于检测甲烷浓度的所述一级传感器的输出端连接有单点报警机构，所述单点报警机构预设单点触发阈值，所述单点触发阈值大于通风增强触发阈值，所述单点报警机构将实时甲烷浓度和单点触发阈值对比，且当实时甲烷浓度超出单点触发阈值，所述单点报警机构报警。

通过采用上述技术方案，单点报警机构可在甲烷局部集聚的情况下，对应做单点报警，即在减小对整体施工干扰的情况下，做区域报警，提高工作人员在各个区域施工时的安全性。

可选的，所述单点报警机构包括连接于一级传感器输出端的微处理单元以及连接于微处理单元的单点声光报警器。

通过采用上述技术方案，可利用微处理单元接收一级传感器反馈的信息，并利用其控制单点声光报警器做报警；相对于采用开关单元直接控制单点声光报警器，其适用性相对更佳。

可选的，所述现场监管装置还包括用于启停隧道施工电气设备的瓦斯闭锁机构，所述瓦斯闭锁机构连接于分站装置。

通过采用上述技术方案，工作人员可利用监管主机配合分站装置对瓦斯闭锁机构控制，此时只需将瓦斯闭锁机构安装并应用于隧道施工的各个电气设备，即可远程或通过设置监管主机自动对隧道施工的各个电气设备做启停，以进一步减小安全隐患。

可选的，所述瓦斯闭锁机构包括多个连接于分站装置的馈电断电器和开停传感器。

通过采用上述技术方案，可通过馈电断电器对隧道施工的各个电气设备做启停控制，并利用开停传感器了解控制命令执行结果。

可选的，所述现场监管装置还包括多个分别用于检测硫化氢、一氧化碳、二氧化碳和温度信息的二级传感器，所述二级传感器连接于分站装置。

通过采用上述技术方案，工作人员还可通过监管主机了解隧道内硫化氢、一氧化碳、二氧化碳和温度情况，其中，硫化氢、一氧化碳和二氧化碳的含量直接影响了施工安全，而温度则在一定程度上影响了其他安全影响因素导致安全隐患发生、恶化的几率。

可选的，还包括移动安装架，所述移动安装架包括主锚杆以及用于连接一级传感器和二级传感器的端头组，所述端头组包括次级柱体和螺纹插接于次级柱体的辅助螺杆，所述次级柱体远离辅助螺杆的一端螺纹连接于主锚杆且形成有锚固头。

通过采用上述技术方案，工作人员可随着隧道施工的推进，相对更便捷的完成各个位置的传感器的安装工作；例如：在传感器上开设一适配辅助螺杆的螺纹孔；使用时，如果传感器安装点距离基础面较远，则先插接主锚杆，再依次连接固定次级柱体和辅助螺杆，再将传感器和辅助螺杆固定完成安装；如果传感器安装点距离基础面较近，则可直接插接次级柱体，再将辅助螺杆和次级柱体固定，然后螺纹连接传感器。

可选的，所述移动安装架还包括连接组件，所述连接组件包括多个活动翅片和弹簧；

所述活动翅片的一端径向伸入次级柱体的内腔且呈滑移连接，所述辅助螺杆的锚固头形成有锥面，所述活动翅一端固定有抵接于辅助螺杆的锥面的防脱球，且另一端开设有通孔，

所述弹簧套设于活动翅片且一端抵接于防脱球，另一端抵接于次级柱体的内壁；

所述一级传感器和二级传感器分别可拆卸连接于活动翅片。

通过采用上述技术方案，工作人员安装传感器相对更加方便；例如：此时，传感器不必再开设适配辅助螺杆的螺纹孔，而是可以通过拉绳穿过通孔，悬挂固定于活动翅片且因为活动翅片为多个，所以可选择同一位置悬挂多个传感器，或采用多条拉绳固定同一传感器，从而使用效果更佳；又因为工作人员可调节辅助螺杆，调节活动翅片，所以又可在不需要活动翅片时将其收起，从而使用效果相对更佳。

可选的，所述主锚杆的外壁还设置有多个铰接的用于辅助支撑的撑杆。

通过采用上述技术方案，主锚杆锚定于某一位置时，可利用撑杆做辅助支撑，以减小歪斜几率；同时，因为撑杆为铰接，所以其使用性相对更佳。

可选的，所述主锚杆远离端头组的一端的端头形成有锥面且环绕锥面固定有螺旋叶片。

通过采用上述技术方案，主锚杆插接于锚固区域相对更轻松；同时，因为螺旋叶片的存在，在锚固后，相对更加不易被拔出，从而使用效果相对更佳。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：设置多个一级传感器检测隧道内的甲烷浓度和风速，并通过分站装置反馈至监管主机，监管主机在实时甲烷浓度超出阈值时，通过分站装置传输通风增强控制信息至现场控制模块，由现场控制模块控制隧道通风增强，以更快的降低隧道内甲烷浓度，减小安全隐患；同时，监管主机还处理得到甲烷浓度预计回归阈值的时间T1，并将其和报警触发时间T2对比，在T1大于T2时控制报警机构报警；由于本申请并非直接报警，而是先增强隧道排风，再根据预计回归时间T1确定是否报警，所以即保证了报警效果，又减小误报警的几率。

附图说明

图1是本申请的一个实施例的系统框图一；

图2是本申请的一个实施例的系统框图二；

图3是本申请的一个实施例的移动安装架的整体结构示意图；

图4是本申请的一个实施例的端头组的局部爆炸示意图。

附图标记说明：11、一级传感器；12、二级传感器；13、单点报警机构；131、处理单元；132、单点声光报警器；2、现场控制模块；3、矿用分站；4、监管主机；5、报警机构；6、瓦斯闭锁机构；61、馈电断电器；62、开停传感器；7、移动安装架；71、主锚杆；72、端头组；721、次级柱体；722、辅助螺杆；73、连接组件；731、活动翅片；7311、防脱球；7312、通孔；732、弹簧；74、安装环；741、撑杆；75、螺旋叶片。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种隧道施工用瓦斯预警系统。

隧道施工过程中，为防止瓦斯等气体浓度过高造成安全隐患，需要安装/构建通风系统，通风系统由各类风机（如轴流风机、射流风机）配合各个风道组成；本申请配合通风系统使用，以提高使用效果。

参照图1和图2，隧道施工用瓦斯预警系统包括现场监管装置、分站装置以及监管中心装置。

其中，现场监管装置包括多个一级传感器11和现场控制模块2，多个一级传感器11分为两类，一类为用于检测的甲烷浓度的甲烷传感器，另一类为用于检测风速的风速传感器；使用时，工作人员将甲烷传感器布置于掌子面的操作台车上、二衬台车及洞顶，其中洞顶的甲烷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；风速传感器安装于隧道顶以下的三分之一位置，迎向掌子面方向安装。现场控制模块2包括单片机控制器，其在使用时连接于隧道通风系统的风机的变频器，用作调控风机的转速。

现场控制模块2和一级传感器11分别连接于分站装置，分站装置包括多个矿用分站3，其在用作通讯传输的同时安全性相对较高。

监管中心装置包括监管主机4以及连接于监管主机4的报警机构5，其中监管主机4包括通过铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆连接于矿用分站3的计算机；报警机构5包括多个分设于隧道洞口的声光报警器，例如：内置RS485通讯模块的声光报警器，其连接于监管主机4的计算机且安装于监管中心和隧道洞口。

使用前，监管主机4预设通风增强触发阈值和报警触发时间T2；使用时，一级传感器11将实时甲烷浓度和实时风速通过矿用分站3反馈至监管主机4。

当实时甲烷浓度超出预设的通风增强触发阈值，监管主机4输出预设的通风增强控制信息至现场控制模块2并根据增大后的风速得到甲烷浓度减小至小于通风增强触发阈值所需的预计回归时间T1；其中，预计回归时间T1的获取方式，例如：工作人员验证得到多个不同的甲烷浓度在预确定风速情况下的降低至安全值的所花的时间，然后将其统计制成对照表格并预存储于监管主机4，此时监管主机4根据实时风速查表即可得到预计回归时间T1。

后续，现场控制模块2根据通风增强控制信息控制隧道通风系统的风机增大转速（和上述对照表的风速对应）；监管主机4则将预计回归时间T1和预设的报警触发时间T2对比，且当预计回归时间T1大于或等于预设的报警触发时间T2时，监管主机4控制报警机构5报警。

由于本申请在甲烷浓度过高时并非直接报警，而是对应调控隧道通风系统的风机增大速率更为快速的降低甲烷浓度，并同时在预估回归时间T1超出报警触发时间T2后报警，所以其一方面可减小误报警的几率，另一方面可减小甲烷浓度过高的几率，提高施工安全性。

参照图2，部分一级传感器11的输出端还连接有单点报警机构13，连接单点报警机构13的一级传感器11为甲烷传感器，其检测并输出甲烷浓度信号至单点报警机构13，单点报警机构13用做甲烷浓度过高时做报警警示。

单点报警机构13包括处理单元131以及连接于在处理单元131的单点声光报警器132，其中处理单元131连接于甲烷传感器的输出端，其可选择单片机控制器且输出端连接三极管开关电路，此时单点声光报警器132串联于三极管开关电路的受控一路。

使用前，工作人员在处理单元131预设单点触发阈值，进一步的设置为：单点触发阈值大于通风增强触发阈值，且其小于或等于甲烷的最大安全浓度值，例如：上述通风增强触发阈值为低瓦斯工区任意处的限值，甲烷的最大安全浓度值为局部瓦斯聚集限值，以提高通风增强的效用，并使单点报警机构13起局部区域安全警示作用。

使用时，处理单元131将实时甲烷浓度和单点触发阈值对比，当实时甲烷浓度超出单点触发阈值，处理单元131控制单点声光报警器132发出警示，提示工作附近工作人员区域甲烷浓度过高，应该暂时停工撤离等，从而提高施工安全性；处理单元131还设置为反馈报警执行记录至监管主机4，以便工作人员做施工监管。

参照图2，为在甲烷浓度过高时及时降低安全隐患，现场监管装置还包括用于启停隧道施工电机设备的瓦斯闭锁机构6，瓦斯闭锁机构6包括分别连接于各个矿用分站3的多个馈电断电器61和开停传感器62，馈电断电器61和开停传感器62均安装于隧道施工的各个设备，且分别用作对其做通断电控制和开停检测。

在上述基础上，工作人员可根据反馈至监管主机4的隧道内环境信息（如风速和甲烷浓度）远程控制相应设备及时通断电，或通过对监管主机4设置，使其能报警机构5报警时自动对相应设备做断电处理，从而进一步的提高施工安全性。

参照图1，为加强隧道施工的安全性，现场监管装置还包括多个分别用于检测硫化氢、一氧化碳、二氧化碳和温度信息的二级传感器12，各个二级传感器12分别安装于隧道内的各位置，例如：硫化氢传感器安装于掌子面操作台车下方的左侧或右侧1.5m、洞顶下部悬挂不大于30cm；一氧化碳传感器安装于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；二级传感器12连接于矿用分站3，以将检测到的相应信息反馈至监管主机4供安全监管用；其中，用于检测一氧化碳、二氧化碳的二级传感器12同样分别连接单点报警机构13并预设对应的触发阈值，以减小安全隐患。

由于在隧道施工时，工区等为逐渐推进移动，因此一级传感器11和二级传感器12的检测点和位置需要增设和变化，为此，参照图X，设有移动安装架7方便安装；一级传感器11和二级传感器12分别可拆卸连接于移动安装架7。

参照图3和图4，移动安装架7包括主锚杆71和端头组72，其中主锚杆71分为同中心轴的粗杆和细杆，细杆远离粗杆的一端成型锥头，以便插入土层；同时在锥头外壁成型螺旋叶片75，提高抗拔性；在细杆上还套设有安装环74，环绕安装环74设置多个撑杆741，撑杆741铰接于安装环74且铰接转动面平行细杆，撑杆741远离安装环74的端头成型为球体；撑杆741用于辅助支撑，其设置为铰接可提高适用性，端头的球体可减小陷入土层几率，而安装环74套设主锚杆71则可方便拆装。

端头组72包括次级柱体721和辅助螺杆722，次级柱体721呈外螺纹柱状，其一端螺纹连接于主锚杆71且端部成型出锥头，另一端开设出适配辅助螺杆722的螺纹孔；辅助螺杆722螺纹连接于次级柱体721远离锥头的一端且与之同中心轴。

参照图4，移动安装架7还包括连接组件73，连接组件73包括多个活动翅片731和弹簧732；

多个活动翅片731环绕次级柱体721分布且一端穿入次级柱体721的内腔；活动翅片731和次级柱体721呈滑移连接，为此活动翅片731伸入次级柱体721内腔的一端成型出防脱球7311，弹簧732套设于活动翅片731且一端抵接于防脱球7311，另一端抵接于次级柱体721的内壁。

辅助螺杆722螺纹连接于次级柱体721的一端端头成型有锥头且锥面和防脱球7311抵接。

移动安装架7的使用方式有多种，本实施例展示以下三种：

第一种：主锚杆71锚入隧道底面或隧道顶面，此时，先转动辅助螺杆722使其螺纹连接于次级柱体721且利用锥面将活动翅片731朝向次级柱体721外顶出，使得活动翅片731上的通孔7312置于次级柱体721外；再在活动翅片731的通孔7312处捆绑绳子；接着利用绳子的另一端捆绑并悬挂传感器；可以是多根绳子捆绑一个传感器，也可以各个绳子各固定一个传感器。

第二种：不使用主锚杆71，此时，先将次级柱体721通过锥头插入隧道内壁；再转动辅助螺杆722使其螺纹连接于次级柱体721且利用锥面将活动翅片731朝向次级柱体721外顶出，使得活动翅片731上的通孔7312置于次级柱体721外，做增固；接着利用辅助螺杆722和配合传感器上预开的螺纹孔实现传感器安装。

第三种：同样不使用主锚杆71，此时，先将辅助螺杆722固定至台车等某一设施上，再将次级柱体721和辅助螺杆722螺纹连接，并利用辅助螺杆722的锥面将活动翅片731朝向次级柱体721外顶出；接着利用绳子的另一端捆绑并悬挂传感器；可以是多根绳子捆绑一个传感器，也可以各个绳子各固定一个传感器。

根据上述设置，可相对便捷的对各个传感器做各种安装，从而本申请使用相对方便。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于，包括：

现场监管装置，其包括多个分别用于检测甲烷和风速的一级传感器（11）和现场控制模块（2），所述现场控制模块（2）用于连接并控制隧道通风系统的风机；

分站装置，其连接于一级传感器（11）和现场控制模块（2）；以及，

监管中心装置，其包括连接于分站装置的监管主机（4）以及连接于监管主机（4）的报警机构（5）；

所述监管主机（4）将一级传感器（11）检测到的实时甲烷浓度与预设的通风增强触发阈值对比，当实时甲烷浓度超出预设的通风增强触发阈值，所述监管主机（4）输出预设的通风增强控制信息至现场控制模块（2）并根据通风增强后的风速得到甲烷浓度减小至小于通风增强触发阈值所需的预计回归时间T1，所述现场控制模块（2）用于根据通风增强控制信息控制隧道通风系统的风机增大转速，所述监管主机（4）还将预计回归时间T1和预设的报警触发时间T2对比，且当预计回归时间T1大于或等于预设的报警触发时间T2，所述监管主机（4）控制报警机构（5）报警。

2.根据权利要求1所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：用于检测甲烷浓度的所述一级传感器（11）的输出端连接有单点报警机构（13），所述单点报警机构（13）预设单点触发阈值，所述单点触发阈值大于通风增强触发阈值，所述单点报警机构（13）将实时甲烷浓度和单点触发阈值对比，且当实时甲烷浓度超出单点触发阈值，所述单点报警机构（13）报警。

3.根据权利要求2所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述单点报警机构（13）包括连接于一级传感器（11）输出端的微处理单元（131）以及连接于微处理单元（131）的单点声光报警器（132）。

4.根据权利要求1所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述现场监管装置还包括用于启停隧道施工电气设备的瓦斯闭锁机构（6），所述瓦斯闭锁机构（6）连接于分站装置。

5.根据权利要求4所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述瓦斯闭锁机构（6）包括多个连接于分站装置的馈电断电器（61）和开停传感器（62）。

6.根据权利要求1所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述现场监管装置还包括多个分别用于检测硫化氢、一氧化碳、二氧化碳和温度信息的二级传感器（12），所述二级传感器（12）连接于分站装置。

7.根据权利要求6所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：还包括移动安装架（7），所述移动安装架（7）包括主锚杆（71）以及用于连接一级传感器（11）和二级传感器（12）的端头组（72），所述端头组（72）包括次级柱体（721）和螺纹插接于次级柱体（721）的辅助螺杆（722），所述次级柱体（721）远离辅助螺杆（722）的一端螺纹连接于主锚杆（71）且形成有锚固头。

8.根据权利要求7所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述移动安装架（7）还包括连接组件（73），所述连接组件（73）包括多个活动翅片（731）和弹簧（732）；

所述活动翅片（731）的一端径向伸入次级柱体（721）的内腔且呈滑移连接，所述辅助螺杆（722）的锚固头形成有锥面，所述活动翅片（731）一端固定有抵接于辅助螺杆（722）的锥面的防脱球（7311），且另一端开设有通孔（7312），

所述弹簧（732）套设于活动翅片（731）且一端抵接于防脱球（7311），另一端抵接于次级柱体（721）的内壁；

所述一级传感器（11）和二级传感器（12）分别可拆卸连接于活动翅片（731）。

9.根据权利要求8所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述主锚杆（71）的外壁还设置有多个铰接的用于辅助支撑的撑杆（741）。

10.根据权利要求8所述的隧道施工用瓦斯预警系统，其特征在于：所述主锚杆（71）远离端头组（72）的一端的端头形成有锥面且环绕锥面固定有螺旋叶片（75）。

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