CN218093140U - 瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，包括安装于隧道内的瓦斯监测传感器、粉尘监测传感器、轴流风机、射流风机、喷淋设备及配套电磁阀、LED大屏幕、语音广播终端，还具有现场监控系统及远端监控系统；用电工作设备、电磁阀、轴流风机及射流风机的电源输入端分别和现场监控系统的多路控制电源输出端电性连接；现场监控系统内安装有数据接收单元、数据分析单元、数据传输单元、控制单元；远端监控系统包括数据收发单元、数据分析及显示单元。该系统应用分五个步骤，在瓦斯或粉尘浓度超标时，通过提高风机风速、开启喷淋设备等降低瓦斯浓度及粉尘量，可断开动力电源，且能通过语音提示人员警戒或撤离，降低隧道安全风险。

Description

瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工中瓦斯、粉尘监测及通风降尘自动化控制技术相关的领域，具体来讲是一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统。

背景技术

在山区隧道工程施工中，遇到的地质情况呈现出复杂多样性，瓦斯作为复杂地质之一，当其聚集到一定浓度时易引发爆炸或燃烧，处治不当将对隧道施工安全带来严重威胁，因此加强监控和及时降低瓦斯浓度是避免隧道施工中瓦斯安全事故的重要手段之一。隧道施工过程中，钻爆、开挖、运输等都会不可避免地产生粉尘和有害气体，这些有害物质在相对封闭的洞内作业环境中不易散失，直接危害着施工人员的职业健康，损害设备设施，甚至可能产生严重危害施工安全的粉尘爆炸。而及时高效和经济地清除洞内有害气体和粉尘，不但体现了绿色环保安全的人文理念，还能有效提高工作效率，降低安全风险。

现有技术在瓦斯隧道施工中，一般采用人工携带便携式甲烷检测报警仪和瓦斯安全监测系统相配合的方式进行瓦斯监测，当发现隧道施工现场瓦斯浓度超标时，都是通过人工控制隧道内相应的安全辅助设备进行处置。而目前隧道施工中一般通过人工控制风机风速和喷淋装置进行排烟降尘操作。上述监测控制手段致使瓦斯、粉尘浓度超标时不能达到控制各相关安全辅助设备的工作时效性，因此也不能有效保障施工人员的生命安全及身体健康。基于上述，提供一种可有效监测隧道施工区域内的可燃气体（瓦斯）的浓度及粉尘浓度，且在空气中发生可燃气体或粉尘浓度超标时能第一时间打开隧道内相应安全辅助设备工作，尽可能减少施工人员受到伤害的监测与自动化控制系统及应用方法显得尤为必要。

实用新型内容

因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统；集瓦斯、粉尘监测分析和自动化控制、预警为一体，在隧道施工现场相应区域安装瓦斯及粉尘监测传感器等，传感器监测的现场瓦斯浓度及粉尘浓度数据能通过无线方式实时传输，各种数据经分站响应软件单元分析处理后发送至基站接收端（同时现场数据自动录入服务器），再通过基站将采集的数据信号传输至局域网和公网，保证了施工单位能有效远程实时监管现场数据，且在施工区域安装了瓦电联动、风电设备及风速自动化控制、喷淋自动化控制综合系统等，在施工区域发生可燃气体超标及粉尘超标时，自动控制调节风机风速，开关喷淋设备，减少瓦斯的浓度及粉尘浓度等，并能切断现场动力电源，为现场管理人员手机推送短信，开启语音广播，提示洞内作业人员警戒或撤离施工现场，由此降低隧道施工安全风险。

本实用新型是这样实现的，一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，包括瓦斯监测传感器、粉尘监测传感器、轴流风机、射流风机、喷淋设备、环型喷淋设备、电磁阀、LED大屏幕、语音广播终端，还具有现场监控系统及远端监控系统；其特征在于；所述喷淋设备安装于隧道掌子面处；所述环型喷淋设备安装于隧道二衬台车后方往洞口方向的已成型二衬砼段，其中进风洞内设置1～2处环型喷淋设备，其中出风洞内设置1～多处环型喷淋设备，环型喷淋设备按每隔100～150m间隔布置；所述瓦斯监测传感器分别安装于掌子面作业台车和防水板台车上；所述粉尘监测传感器分别安装于掌子面作业台车上和隧道出风洞加宽带内；所述喷淋设备进水端分别安装有电磁阀分别与洞内高压水管或带管道加压泵的水箱装置连接；所述环型喷淋设备进水端分别安装有电磁阀，分别与洞内高压水管连接；还包括隧道施工现场动力用电工作设备，所述隧道施工现场动力用电工作设备、多只电磁阀的电源输入端、多套轴流风机及多套射流风机的电源输入端分别和现场监控系统的多路控制电源输出端电性连接；所述多套语音广播终端分别间隔距离安装在隧道的进风洞及出风洞内。

根据本实用新型所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述瓦斯监测传感器、粉尘监测传感器具有无线传输数据的功能，语音广播终端具有语音对讲和语音广播的功能。

根据本实用新型所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述瓦斯监测传感器、粉尘监测传感器、轴流风机、射流风机、喷淋设备、环型喷淋设备、电磁阀、语音广播终端分别具有多套；所述LED大屏幕安装在隧道洞口；所述轴流风机、射流风机根据不同通风方式布置，采用巷道式通风时，从洞口往洞内方向临近车行横洞处的隧道进风洞洞内两侧分别安装有轴流风机，其中一侧轴流风机连接风管至临近进风洞掌子面，另一侧轴流风机连接风管经车行横洞至临近出风洞掌子面，车行横洞内安装有射流风机并由进风洞向出风洞方向接引风力，隧道出风洞内自安装有射流风机的车行横洞往洞口方向安装1～多台射流风机并往出风洞洞口接引风力。

根据本实用新型所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述现场监控系统的上位机内安装有数据接收单元、数据分析单元、数据传输单元、控制单元；

所述远端监控系统包括数据收发单元、数据分析及显示单元。

本实用新型具有如下优点：本实用新型提供一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，包括安装于隧道内的瓦斯监测传感器、粉尘监测传感器、轴流风机、射流风机、喷淋设备及配套电磁阀、LED大屏幕、语音广播终端，还具有现场监控系统及远端监控系统；用电工作设备、电磁阀、轴流风机及射流风机的电源输入端分别和现场监控系统的多路控制电源输出端电性连接；现场监控系统内安装有数据接收单元、数据分析单元、数据传输单元、控制单元；远端监控系统包括数据收发单元、数据分析及显示单元。该系统应用分五个步骤，在瓦斯或粉尘浓度超标时，通过提高风机风速、开启喷淋设备等降低瓦斯浓度及粉尘量，可断开动力电源，且能通过语音提示人员警戒或撤离，降低隧道安全风险。

附图说明

图1是采用巷道式通风时洞内监控设备部件布置示意图；

图2是本实用新型的各部件及系统架构示意框图；

图3是本实用新型的现场监控系统及远端监控系统的组成单元示意框图。

其中：瓦斯监测传感器1，粉尘监测传感2，喷淋设备301，环型喷淋设备302，轴流风机4，射流风机5，电磁阀6。

具体实施方式

下面将结合附图1-图3对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进在此提供一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，如图1-图3所示，可以按照如下方式予以实施；包括瓦斯监测传感器1、粉尘监测传感器2、轴流风机4、射流风机5、喷淋设备301、环型喷淋设备302、电磁阀6、LED大屏幕、语音广播终端，其特征在于还具有现场监控系统及远端监控系统；所述瓦斯监测传感器1、粉尘监测传感器2具有无线传输数据的功能，语音广播终端具有语音对讲和语音广播的功能；所述瓦斯监测传感器1、粉尘监测传感器2、轴流风机4、射流风机5、喷淋设备301、环型喷淋设备302、电磁阀6、语音广播终端分别具有多套；所述LED大屏幕安装在隧道进口的上端。从隧道洞口往洞内方向临近车行横洞处的隧道进风洞（也称作新鲜风巷）洞内两侧分别安装有轴流风机4，其中一侧轴流风机4连接风管至临近进风洞掌子面，另一侧轴流风机4连接风管经车行横洞至临近出风洞（也称作污风巷）掌子面，车行横洞内安装有射流风机5并由进风洞向出风洞方向接引风力，隧道出风洞内自安装有射流风机5的车行横洞往洞口方向安装1～多台射流风机5并往出风洞洞口接续风力。所述喷淋设备301安装于隧道掌子面处；所述环型喷淋设备302安装于隧道二衬台车后方往洞口方向的已成型二衬砼段，其中进风洞内设置1～2处环型喷淋设备，其中出风洞内设置1～多处环型喷淋设备302，环型喷淋设备302按每隔100～150m间隔布置；所述瓦斯监测传感器1分别安装于掌子面作业台车和防水板台车上；所述粉尘监测传感器2分别安装于掌子面作业台车上和隧道出风洞加宽带内；所述喷淋设备301进水端分别安装有电磁阀（6）分别与洞内高压水管或带管道加压泵的水箱等装置连接；所述环型喷淋设备302进水端分别安装有电磁阀6，分别与洞内高压水管连接；所述隧道施工现场动力用电工作设备、多只电磁阀6的电源输入端、多套轴流风机4及多套射流风机5的电源输入端分别和现场监控系统的多路控制电源输出端经导线连接；所述多套语音广播终端分别间隔距离安装在隧道的进风洞及出风洞内；所述现场监控系统（分站监控系统）位于施工区域附近的监控室内，现场监控系统的上位机内安装有数据接收单元、数据分析单元、数据传输单元、控制单元应用软件；远端监控系统包括数据收发单元、数据分析及显示单元，数据收发单元、数据分析及显示单元是安装在远端施工单位、监管单位等互联网智能设备（包括手机、PC机、平板电脑等）内的应用软件。

如图1-图3所示，数据接收单元能接收隧道内多套瓦斯监测传感器1、粉尘监测传感器2经无线方式传输的现场数据，然后输出到数据分析单元进行分类分析，并同时通过数据传输单元传输给基站接收端（同时现场数据自动录入服务器）及控制单元，再通过基站将采集的数据信号传输至局域网和公网，进而传输到远端监控系统（基于以太网的高速采集模式，无延迟；不同于现有技术的RS485总线模式，总机和分机逐台通讯存在采集数据延迟的缺点）；数据分析单元分析后将各监测点的瓦斯浓度数据、粉尘浓度数据实时传输给LED大屏幕的显示屏进行显示，提示进入隧道前的人员及车辆等（进入隧道前的车辆及人员发现瓦斯超标等时可不进入隧道内，减少了事故发生的机率）。控制单元对输入数据进行进一步分析处理后，分别控制隧道施工现场动力用电工作设备及多只电磁阀6及多套轴流风机4的工作方式；所述控制单元还能在现场瓦斯浓度超标及粉尘超标时，为现场管理人员手机推动短信，从而使现场施工人员，施工项目现场管理办公室能有效管控现场安全，杜绝潜在威胁发生；控制单元的数据子单元内存有施工现场历史粉尘浓度数据、瓦斯浓度数据，管理人员可方便进行调阅，控制单元的数据判断子单元具有粉尘浓度、瓦斯浓度量安全阈值数据，现场粉尘浓度、瓦斯浓度超限后，分别控制隧道洞内喷淋设备301、环型喷淋设备302的电磁阀6，以及轴流风机4的工作方式，并能切断洞内动力工作设备电源。

如图1-图3所示，数据收发单元接收现场数据传输单元传输的粉尘浓度数据、瓦斯浓度数据，并将各数据处理后传输给数据分析及显示单元，数据分析及显示单元对各数据分类别分析处理后在互联网智能设备屏幕上显示，施工单位等可以实时远程掌控施工现场监测数据。语音广播终端能实现隧道内与监控中心（监控室）语音对讲，监控中心网络寻呼话筒对隧道内所有语音广播终端进行语音广播，提示施工人员警戒或撤离现场。

如图1-图3所示，本实用新型工作时，隧道内瓦斯监测传感器1、粉尘监测传感器2经无线方式传输现场数据，监控室内数据接收单元接各数据，然后输出到数据分析单元进行分类别分析，然后再通过网络传递到远端监控系统，施工单位可以实时远程掌控施工现场监测数据。

如图1-图3所示，本实用新型工作时，控制单元对数据分析单元输入的各数据进行判断，现场粉尘浓度、瓦斯浓度超限后，分别控制隧道洞内喷淋设备301、环型喷淋设备302的电磁阀6，以及轴流风机4的工作方式，并能切断洞内动力工作设备电源，进而达到控制现场瓦斯浓度、粉尘浓度低于限值和安全生产的目的。具体控制如下，隧道进风洞掌子面或防水台车处瓦斯浓度超过或一直持续上升接近安全值（0.5%可设置）时，控制单元自动控制向进风洞掌子面供风的轴流风机4加大风量送风（轴流风机4转速增大，平时轴流风机4处于低转速下，保证隧道内通风的前提下节能），新鲜空气加快流向进风洞掌子面，并在车行横洞内射流风机5、出风洞内射流风机5的风力接引作用下向隧道出风洞外排出，上述情况直到恢复到安全值，控制轴流风机4恢复低转速；当进风洞掌子面粉尘超过或一直上升接近安全粉尘值（1-1000mg/m³可设置）时，控制单元自动开启该隧道进风洞洞内喷淋设备301、环型喷淋设备302以及出风洞内环型喷淋设备302的电磁阀6，通水后进行喷雾降尘，同时向进风洞掌子面供风的轴流风机4加大风量送风，上述情况直到恢复到安全值（1-600分钟内可调），关闭喷淋设备301及环型喷淋设备302的电磁阀6停止喷淋，控制轴流风机4恢复低转速。

隧道出风洞掌子面或防水台车处瓦斯浓度超过或一直持续上升接近安全值（0.5%可设置）时，控制单元自动控制向出风洞掌子面供风的轴流风机4加大风量送风（轴流风机4转速增大，平时轴流风机4处于低转速下，保证隧道内通风的前提下节能），新鲜空气加快流向出风洞掌子面，置换出污浊空气，并在出风洞内射流风机5的风力接引作用下向隧道出风洞外排出，上述情况直到恢复到安全值，控制轴流风机4恢复低转速；当出风洞掌子面粉尘超过或一直上升接近安全粉尘值（1-1000mg/m³可设置）时，控制单元自动开启该隧道出风洞洞内喷淋设备301、环型喷淋设备302的电磁阀6，通水后进行喷雾降尘，同时向出风洞掌子面供风的轴流风机4加大风量送风，上述情况直到恢复到安全值（1-600分钟内可调），关闭喷淋设备301及环型喷淋设备302的电磁阀6停止喷淋，控制轴流风机4恢复低转速。

如图1-图3所示，本实用新型工作时，当隧道内瓦斯浓度超标时，控制单元能控制隧道洞内所有用电动力工作设备停止工作，瓦斯达到安全值时，用电动力工作设备恢复得电工作。现场发生瓦斯超标时，监控中心和隧道内语音广播终端可进行语音对讲，监控中心网络寻呼话筒对隧道内所有语音广播终端进行语音广播播报，提示施工人员警戒或撤离现场，这样减少了施工人员停留的时间，相应减少了由此带来的人身伤害。本实用新型对于轴流风机4、射流风机5、电磁阀6等工作方式控制，还能采用人工方式控制。本实用新型多模块使用者可根据需要进行选配，应用更加灵活。

本实用新型在隧道施工现场相应区域安装了瓦斯监测传感器及粉尘监测传感器等，监测的现场瓦斯浓度及粉尘浓度数据能通过无线方式传输，各种数据经分站分析处理后发送至基站接收端，再通过基站将采集的数据信号传输至局域网和公网，保证了施工单位能远程有效实时监控现场数据。本实用新型还在施工区域安装了风电、瓦电联动、风速自动化控制、喷淋自动化控制综合系统等，在施工区域发生瓦斯浓度超标及粉尘浓度超标时，自动控制轴流风机、喷淋设备等能实时分别工作，减少现场瓦斯的浓度及粉尘浓度等，可断开动力电源，且能通过语音提示人员警戒或撤离，降低隧道安全风险。

隧道施工中，包含压入式通风、抽出式通风、送排风混合式通风、巷道式通风等多种通风方式。本实施例虽然以巷道式通风方式进行说明，但在隧道施工进程中采用其他通风方式时，结合本实用新型相关技术方案仍然能得到实施。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，包括瓦斯监测传感器（1）、粉尘监测传感器（2）、轴流风机（4）、射流风机（5）、喷淋设备（301）、环型喷淋设备（302）、电磁阀（6）、LED大屏幕、语音广播终端，还具有现场监控系统及远端监控系统；其特征在于；所述喷淋设备（301）安装于隧道掌子面处；所述环型喷淋设备（302）安装于隧道二衬台车后方往洞口方向的已成型二衬砼段，其中进风洞内设置1～2处环型喷淋设备，其中出风洞内设置1～多处环型喷淋设备（302），环型喷淋设备（302）按每隔100～150m间隔布置；所述瓦斯监测传感器（1）分别安装于掌子面作业台车和防水板台车上；所述粉尘监测传感器（2）分别安装于掌子面作业台车上和隧道出风洞加宽带内；所述喷淋设备（301）进水端分别安装有电磁阀（6）分别与洞内高压水管或带管道加压泵的水箱装置连接；所述环型喷淋设备（302）进水端分别安装有电磁阀（6），分别与洞内高压水管连接；还包括隧道施工现场动力用电工作设备，所述隧道施工现场动力用电工作设备、多只电磁阀（6）的电源输入端、多套轴流风机（4）及多套射流风机（5）的电源输入端分别和现场监控系统的多路控制电源输出端电性连接；所述多套语音广播终端分别间隔距离安装在隧道的进风洞及出风洞内。

2.根据权利要求1所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述瓦斯监测传感器（1）、粉尘监测传感器（2）具有无线传输数据的功能，语音广播终端具有语音对讲和语音广播的功能。

3.根据权利要求1所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述瓦斯监测传感器（1）、粉尘监测传感器（2）、轴流风机（4）、射流风机（5）、喷淋设备（301）、环型喷淋设备（302）、电磁阀（6）、语音广播终端分别具有多套；所述LED大屏幕安装在隧道洞口；所述轴流风机（4）、射流风机（5）根据不同通风方式布置，采用巷道式通风时，从洞口往洞内方向临近车行横洞处的隧道进风洞洞内两侧分别安装有轴流风机（4），其中一侧轴流风机（4）连接风管至临近进风洞掌子面，另一侧轴流风机（4）连接风管经车行横洞至临近出风洞掌子面，车行横洞内安装有射流风机（5）并由进风洞向出风洞方向接引风力，隧道出风洞内自安装有射流风机（5）的车行横洞往洞口方向安装1～多台射流风机（5）并往出风洞洞口接引风力。

4.根据权利要求1所述瓦斯隧道施工环境监测与自动化控制系统，其特征在于；所述现场监控系统的上位机内安装有数据接收单元、数据分析单元、数据传输单元、控制单元；

所述远端监控系统包括数据收发单元、数据分析及显示单元。

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