CN203412611U - 一种长大隧道通风系统风量的分配控制系统 - Google Patents

Abstract

一种长大隧道通风系统风量的分配控制系统，它在平导或副隧道洞口的通风机通往正隧道前、后掌子面的前、后支管上设置分别设有后电磁阀；前电磁阀、后电磁阀均与控制处理中心电连接；所述的通风机也与控制处理中心电连接；前掌子面附近设置有与控制处理中心电连接的前瓦斯浓度检测仪、前粉尘浓度检测仪、前一氧化碳浓度检测仪及前硫化氢浓度检测仪；后掌子面附近设置有与控制处理中心电连接的后瓦斯浓度检测仪、后粉尘浓度检测仪、后一氧化碳浓度检测仪及后硫化氢浓度检测仪。该系统能根据正隧道前、后掌子面的污染状况，自动调节控制送往前、后掌子面的通风量，既能同时保证两个掌子面的通风效果，通风效果好；又避免了能量的浪费。

Description

一种长大隧道通风系统风量的分配控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种长大隧道通风系统的风量分配系统及其控制方法。

背景技术

由于隧道结构的封闭性，隧道施工过程中机械作业产生的尾气、爆破产生的硝烟、地层溢出的有毒有害气体等将会在隧道内积聚，威胁作业人员健康和施工安全。为改善公路隧道施工作业环境，保障施工人员的健康，必须采取适当的通风措施。特别是对于有瓦斯、H₂S等有毒有害气体存在的特殊危险隧道，必须要保证充足的通风量及风速，稀释冲淡有毒有害气体。

作为预防和治理瓦斯隧道施工中瓦斯灾害、实现安全生产的基本手段，施工通风主要包括压入式通风和巷道式通风。其中巷道式通风是指在隧道开设平行的导坑（平导）或在双洞隧道的施工时，通过在两个巷道布置相互配合的通风装置实现较好的通风。

长大隧道施工到一定阶段，为提高工作效率，可先使平导或副隧道的贯穿深度超过正隧道，通过平导或副隧道前端的横通道在正隧道掌子面的前方增加一个开挖掌子面，即正隧道中出现前、后两个掌子面，前、后两个工作区间同时进行掘进开挖作业。这种正隧道有两个掌子面的长大隧道施工对通风的要求更高，目前采用以下的巷道式通风方法进行通风：

在平导或副隧道洞口设置通风机，与通风机连接的通风管的出风口设在平导或副隧道的掌子面附近，新鲜空气从洞外经通风机、通风管送到平导或副隧道掌子面，稀释污染物，污浊空气则经由最靠近掌子面的横通道流入正隧道；同时，在平导或副隧道洞口设置另一通风机，与该通风机连接的通风管通过三通接头分成前、后两个支管，前支管穿过最靠近前掌子面的横通道到达正隧道的前掌子面附近，后支管穿过最靠近后掌子面的横通道到达正隧道的后掌子面附近；新鲜空气从洞外经通风管的前、后支管分别送到正隧道的前、后掌子面，稀释污染物；并在正隧道的洞口设置抽出式风机，将正隧道内经稀释的污浊空气通过正隧道向洞外排出。

以上的通风方法存在的问题是：前、后掌子面的送风量固定，而前、后掌子面需风量却不尽相同，并不断变化，导致或者无法同时保证两个掌子面的通风效果，或者造成能量浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种长大隧道通风系统的风量分配控制系统，该系统能根据正隧道前、后掌子面的污染状况，自动调节控制送往前、后掌子面的通风量，既能同时保证两个掌子面的通风效果，通风效果好；又避免了能量的浪费。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是，一种长大隧道通风系统的风量分配控制系统，包括在平导或副隧道洞口设置通风机，与通风机连接的通风管通过三通接头分成前支管、后支管；前支管穿过最靠近正隧道的前掌子面的横通道到达前掌子面附近，后支管穿过最靠近正隧道的后掌子面的横通道到达后掌子面附近；其特征在于：

所述的前支管上设置有前电磁阀、后支管上设置有后电磁阀；前电磁阀、后电磁阀均与控制处理中心电连接；所述的通风机也与控制处理中心电连接；

前掌子面附近设置有与控制处理中心电连接的前瓦斯浓度检测仪、前粉尘浓度检测仪、前一氧化碳浓度检测仪及前硫化氢浓度检测仪；

后掌子面附近设置有与控制处理中心电连接的后瓦斯浓度检测仪、后粉尘浓度检测仪、后一氧化碳浓度检测仪及后硫化氢浓度检测仪。

使用本实用新型进行长大隧道通风系统风量的分配控制的方法是：

（1）、污染状态的检测

控制处理中心实时采集前掌子面的污染物浓度：前瓦斯浓度检测仪测出的前掌子面瓦斯浓度VW1，前粉尘浓度检测仪测出的前掌子面粉尘浓度VD1，前一氧化碳浓度检测仪测出的前掌子面一氧化碳浓度VY1，前硫化氢浓度检测仪测出的前掌子面硫化氢浓度VL1；

同时，控制处理中心实时采集后掌子面的污染物浓度：后瓦斯浓度检测仪测出的后掌子面瓦斯浓度VW2，后粉尘浓度检测仪测出的后掌子面粉尘浓度VD2，后一氧化碳浓度检测仪测出的后掌子面一氧化碳浓度VY2，后硫化氢浓度检测仪测出的后掌子面硫化氢浓度VL2；

（2）、智能模糊控制

控制处理中心将实时采集到的前掌子面的污染物浓度、后掌子面的污染物浓度进行智能模糊推理，得出当前时刻的通风机风量增量△F，前电磁阀的理想开度K1’，后电磁阀的理想开度K2’，并据以对通风机的风量F和前电磁阀的开度K1，后电磁阀的开度K2进行控制。

控制处理中心将实时采集到的前掌子面的污染物浓度、后掌子面的污染物浓度进行智能模糊推理，得出当前时刻的通风机风量增量△F，前电磁阀的理想开度K1’，后电磁阀的理想开度K2’的具体做法为：

A、污染物浓度偏差值的计算及其模糊化

将采集的前掌子面瓦斯浓度VW1、前掌子面粉尘浓度VD1、前掌子面一氧化碳浓度VY1、前掌子面硫化氢浓度VL1分别与瓦斯浓度控制值VW、粉尘浓度控制值VD、硫化氢浓度控制值VL相减得出：前掌子面瓦斯浓度偏差值△VW1、前掌子面粉尘浓度偏差值△VD1、前掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY1、前掌子面硫化氢浓度偏差值△VL1；将这些偏差值△VW1、△VD1、△VY1、△VL1模糊化后得到相应的模糊量△VW1’、△VD1’、△VY1’、△VL1’，找出其中最大的模糊量作为前掌子面偏差值的模糊量△1，即Δ1=max{△VW1’，△VD1’，△VY1’，△VL1’}；

将采集的后掌子面瓦斯浓度VW2、后掌子面粉尘浓度VD2、后掌子面一氧化碳浓度VY2、后掌子面硫化氢浓度VL2分别与瓦斯浓度控制值VW、粉尘浓度控制值VD、硫化氢浓度控制值VL相减得出：后掌子面瓦斯浓度偏差值△VW2、后掌子面粉尘浓度偏差值△VD2、后掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY2、后掌子面硫化氢浓度偏差值△VL2；将这些偏差值△VW2、△VD2、△VY2、△VL2模糊化后得到相应的模糊量△VW2’、△VD2’、△VY2’、△VL2’，找出其中最大的模糊量作为后掌子面偏差值的模糊量△2，即Δ2=max{△VW2’，△VD2’，△VY2’，△VL2’}；

B、模糊推理

将前掌子面偏差值的模糊量△1和后掌子面偏差值的模糊量△2作为模糊推理的输入量，根据下表的模糊推理规则，得出通风机风量增量△F的模糊量，前电磁阀的理想开度K1’的模糊量，后电磁阀的理想开度K2的模糊量；解模糊后得到通风机风量增量△F，前电磁阀的理想开度K1’，后电磁阀的理想开度K2；

表中前掌子面偏差值的模糊量△1和后掌子面偏差值的模糊量△2的取值含义为：NB-负大，NM-负中，NS-负小，Z-零，PS-正小，PM-正中，PB-正大；

单元格中从左至右分别为通风机风量△F、前电磁阀理想开度K1’和后电磁阀理想开度K2对应的模糊量，其取值含义为SS-小，SM-中小，M-中，BM-中大，BB-大。

通过以上模糊控制的方法，使本实用新型控制模型的建立与运算简单，能快捷、准确的根据正隧道前、后掌子面的污染状况，自动实时的对前、后掌子面的通风量进行适当、有效的控制，能同时保证两个掌子面的通风效果，同时也能对隧道双掌子面的通风。同时通过智能模糊控制，可减少风机及电磁阀的调整频度，延长风机及电磁阀寿命，并节省电力消耗。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

该系统能通过前、后掌子面设置的瓦斯、粉尘、一氧化碳、硫化氢四种浓度检测仪分别测出正隧道前、后掌子面的四种污染物的污染状况，并由控制处理中心进行模糊计算处理、进而自动调节控制与分配送往前、后掌子面的通风量，既能同时保证两个掌子面的通风效果，通风效果好；避免了靠加大风机风量来保证两个掌子面通风效果而造成的能量的浪费。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例的风量分配控制系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的风量分配控制系统的电路框图。

图3是前（后）掌子面瓦斯浓度偏差值△VW1（△VW2）的论域及隶属函数图。

图4是前（后）掌子面粉尘浓度偏差值△VD1（△VD2）的论域及隶属函数图。

图5是前（后）掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY1（△VY2）的论域及隶属函数图。

图6是前（后）掌子面硫化氢浓度偏差值△VL1（△VL2）的论域及隶属函数图。

图7是通风机的风量增量△F的论域及隶属函数图。

图8是前（后）电磁阀的理想开度K1（K2）的论域及隶属函数图。

具体实施方式

实施例

图1、图2示出，本实用新型的一种具体实施方式是，一种长大隧道通风系统的风量分配控制系统，包括在平导或副隧道洞口2b设置通风机3，与通风机3连接的通风管4通过三通接头5分成前支管4a、后支管4b；前支管4a穿过最靠近正隧道1的前掌子面1a的横通道到达前掌子面1a附近，后支管4b穿过最靠近正隧道1的后掌子面1b的横通道到达后掌子面1b附近；其特征在于：

所述的前支管4a上设置有前电磁阀401、后支管4b上设置有后电磁阀402；前电磁阀401、后电磁阀402均与控制处理中心KZ电连接；所述的通风机3也与控制处理中心KZ电连接；

前掌子面1a附近设置有与控制处理中心KZ电连接的前瓦斯浓度检测仪W1、前粉尘浓度检测仪D1、前一氧化碳浓度检测仪Y1及前硫化氢浓度检测仪L1；

后掌子面1b附近设置有与控制处理中心KZ电连接的后瓦斯浓度检测仪W2、后粉尘浓度检测仪D2、后一氧化碳浓度检测仪Y2及后硫化氢浓度检测仪L2。

使用本例的分配控制系统进行风量分配控制的方法是：

（1）、污染状态的检测

控制处理中心KZ实时采集前掌子面的污染物浓度：前瓦斯浓度检测仪W1测出的前掌子面瓦斯浓度VW1，前粉尘浓度检测仪D1测出的前掌子面粉尘浓度VD1，前一氧化碳浓度检测仪Y1测出的前掌子面一氧化碳浓度VY1，前硫化氢浓度检测仪L1测出的前掌子面硫化氢浓度VL1；

同时，控制处理中心KZ实时采集后掌子面的污染物浓度：后瓦斯浓度检测仪W2测出的后掌子面瓦斯浓度VW2，后粉尘浓度检测仪D2测出的后掌子面粉尘浓度VD2，后一氧化碳浓度检测仪Y2测出的后掌子面一氧化碳浓度VY2，后硫化氢浓度检测仪L2测出的后掌子面硫化氢浓度VL2；

（2）、智能模糊控制

控制处理中心KZ将实时采集到的前掌子面的污染物浓度、后掌子面的污染物浓度进行智能模糊推理，得出当前时刻的通风机3风量增量△F，前电磁阀401的理想开度K1’，后电磁阀402的理想开度K2’，并据以对通风机的风量F和前电磁阀401的开度K1，后电磁阀402的开度K2进行控制（即使通风机当前时刻的风量F等于前一时刻的风量F加上增量风量△F、当前时刻的前电磁阀401的开度K1等于理想开度K1’，后电磁阀402的开度K2等于理想开度K2’）。

本例的控制处理中心KZ将实时采集到的前掌子面的污染物浓度、后掌子面的污染物浓度进行智能模糊推理，得出当前时刻的通风机3风量增量△F，前电磁阀401的理想开度K1’，后电磁阀402的理想开度K2’的具体做法为：

A、污染物浓度偏差值的计算及其模糊化

将采集的前掌子面瓦斯浓度VW1、前掌子面粉尘浓度VD1、前掌子面一氧化碳浓度VY1、前掌子面硫化氢浓度VL1分别与瓦斯浓度控制值VW、粉尘浓度控制值VD、硫化氢浓度控制值VL相减得出：前掌子面瓦斯浓度偏差值△VW1、前掌子面粉尘浓度偏差值△VD1、前掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY1、前掌子面硫化氢浓度偏差值△VL1；将这些偏差值△VW1、△VD1、△VY1、△VL1模糊化后得到相应的模糊量△VW1’、△VD1’、△VY1’、△VL1’，找出其中最大的模糊量作为前掌子面偏差值的模糊量△1，即Δ1=max{△VW1’，△VD1’，△VY1’，△VL1’}；

将采集的后掌子面瓦斯浓度VW2、后掌子面粉尘浓度VD2、后掌子面一氧化碳浓度VY2、后掌子面硫化氢浓度VL2分别与瓦斯浓度控制值VW、粉尘浓度控制值VD、硫化氢浓度控制值VL相减得出：后掌子面瓦斯浓度偏差值△VW2、后掌子面粉尘浓度偏差值△VD2、后掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY2、后掌子面硫化氢浓度偏差值△VL2；将这些偏差值△VW2、△VD2、△VY2、△VL2模糊化后得到相应的模糊量△VW2’、△VD2’、△VY2’、△VL2’，找出其中最大的模糊量作为后掌子面偏差值的模糊量△2，即Δ2=max{△VW2’，△VD2’，△VY2’，△VL2’}；

B、模糊推理

将前掌子面偏差值的模糊量△1和后掌子面偏差值的模糊量△2作为模糊推理的输入量，根据下表的模糊推理规则，得出通风机3风量增量△F的模糊量，前电磁阀401的理想开度K1’的模糊量，后电磁阀402的理想开度K2的模糊量；解模糊后得到通风机3风量增量△F，前电磁阀401的理想开度K1’，后电磁阀402的理想开度K2；

表中前掌子面偏差值的模糊量△1和后掌子面偏差值的模糊量△2的取值含义为：NB-负大，NM-负中，NS-负小，Z-零，PS-正小，PM-正中，PB-正大；

单元格中从左至右分别为通风机风量△F、前电磁阀理想开度K1’和后电磁阀理想开度K2对应的模糊量，其取值含义为SS-小，SM-中小，M-中，BM-中大，BB-大。

上表共有147个判定规则，如表中第7行、第3列的规则为：

R_7-3:IFΔ1is PB andΔ2is NS THENΔF is Z and K1’is BB and K2’is SM；即当前掌子面偏差值的模糊量△1为正大，后掌子面偏差值的模糊量△2为负小时，通风机的风量增量的模糊量ΔF为零，前电磁阀理想开度K1’的模糊量为大，后电磁阀理想开度K2’的模糊量为中小。

图3-6分别给出了本例在进行污染物浓度偏差值的模糊化时的前（后）掌子面瓦斯浓度偏差值△VW1（△VW2）、前（后）掌子面粉尘浓度偏差值△VD1（△VD2）、前（后）掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY1（△VY2）、前（后）掌子面硫化氢浓度偏差值△VL1（△VL2）。图3—图6中横坐标的单位为mg/m³。

前（后）掌子面瓦斯浓度偏差值△VW1（△VW2）、前（后）掌子面粉尘浓度偏差值△VD1（△VD2）、前（后）掌子面一氧化碳浓度偏差值△VY1（△VY2）、前（后）掌子面硫化氢浓度偏差值△VL1（△VL2）的模糊化,采用单点模糊化方法，分别由图3—5的论域及隶属函数图得出。

图7、图8分别给出了本例的通风机的风量增量△F、前（后）电磁阀的理想开度K1（K2）的论域及隶属函数图。通风机的风量增量△F、前（后）电磁阀的理想开度K1（K2）的解模糊采用重心法，分别由图7-8的论域及隶属函数图得出。图7中，△Fmax为通风机风量增量△F的最大值，其具体值根据各遂道的掌子面面积来确定；当掌子面为面积63m²的标准掌子面时，其取值通常为45～50m³/s；若实际隧道的掌子面的面积为标准掌子面的K倍，则其△Fmax=K（45～50）m³/s。

Claims (1)

1.一种长大隧道通风系统风量的分配控制系统，包括在平导或副隧道洞口（2b）设置通风机（3），与通风机（3）连接的通风管（4）通过三通接头（5）分成前支管（4a）、后支管（4b）；前支管（4a）穿过最靠近正隧道（1）的前掌子面（1a）的横通道到达前掌子面（1a）附近，后支管（4b）穿过最靠近正隧道（1）的后掌子面（1b）的横通道到达后掌子面（1b）附近；其特征在于：

所述的前支管（4a）上设置有前电磁阀（401）、后支管（4b）上设置有后电磁阀（402）；前电磁阀（401）、后电磁阀（402）均与控制处理中心（KZ）电连接；所述的通风机（3）也与控制处理中心（KZ）电连接；

前掌子面（1a）附近设置有与控制处理中心（KZ）电连接的前瓦斯浓度检测仪（W1）、前粉尘浓度检测仪（D1）、前一氧化碳浓度检测仪（Y1）及前硫化氢浓度检测仪（L1）；

后掌子面（1b）附近设置有与控制处理中心（KZ）电连接的后瓦斯浓度检测仪（W2）、后粉尘浓度检测仪（D2）、后一氧化碳浓度检测仪（Y2）及后硫化氢浓度检测仪（L2）。

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