朱得斌

摘要：基于瓦窯嶺高瓦斯隧道在施工過程中瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，重點介紹了瓦斯監(jiān)測系統(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。在施工過程中采用人工瓦斯檢測和瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)相互配合，對整個施工過程進行現(xiàn)場實際監(jiān)測，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)測系統(tǒng)的應(yīng)用對指導(dǎo)高瓦斯隧道施工的重要性。

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

中圖分類號：U456.33文獻標(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，中國加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對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，因此通過強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)項目為背景，在整個施工過程中通過對瓦斯控制過程進行現(xiàn)場實際調(diào)查，分析所采用的瓦斯檢測技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)和檢測設(shè)備，總結(jié)應(yīng)用瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)對指導(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)項目屬于國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隧道，隧道左洞全長1 464.44 m，右洞全長1 470 m，是采空區(qū)瓦斯隧道。隧道設(shè)計行車速度為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級圍巖，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計為復(fù)合式襯砌，進口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。

瓦窯嶺隧道施工前對采空區(qū)進行治理，施工中注意通風(fēng)，并采取瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)與相關(guān)技術(shù)措施進行瓦斯監(jiān)測。隧道瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)在采用自動監(jiān)控的同時，也采用人工監(jiān)測，2種監(jiān)測方式功能互補、職能互動，形成較為完善的聯(lián)控監(jiān)控體系，能及時報告隧道進、出口瓦斯?jié)舛炔⒂袌缶δ?，能及時采取相應(yīng)的防范措施對隧道施工進行有效的動態(tài)管理。

2隧道瓦斯檢測監(jiān)控系統(tǒng)

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

隧道瓦斯檢測監(jiān)控系統(tǒng)在整個施工過程中檢測和監(jiān)視CH4、CO等有關(guān)氣體濃度、環(huán)境及洞內(nèi)工作面的機電設(shè)備運行狀態(tài)等，數(shù)據(jù)的分析和處理采用計算機來完成，是對洞內(nèi)施工環(huán)境或施工過程進行控制的一種系統(tǒng)[913]。

對礦井空氣成分的監(jiān)測是傳統(tǒng)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容，空氣中污染物的濃度是主要的監(jiān)測指標(biāo)，包括CH4、CO、NO、NO2、炮煙等；溫度、風(fēng)速等指標(biāo)屬于對空氣物理狀態(tài)的監(jiān)測；同時還要監(jiān)測施工中各種設(shè)備的運行狀況。隧道施工過程中的主要監(jiān)測內(nèi)容相對煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進行了簡化，主要包括對隧道內(nèi)空氣成分、風(fēng)機風(fēng)速和施工過程中洞內(nèi)人員（人數(shù)）。

KJ90新型寬帶快速反應(yīng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)是該隧道施工過程中采用的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，由中國煤炭科學(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、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。瓦斯報警斷電裝置是隧道中應(yīng)用較廣泛的瓦斯監(jiān)測儀器，長期自動、連續(xù)監(jiān)測風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛取．?dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r，儀器發(fā)出聲光報警信號；為保證施工安全，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^斷電值時，主機切斷洞內(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型瓦斯報警斷電儀、AK20A瓦斯報警切斷儀切斷洞內(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

隧道施工過程中，嚴格按要求進行瓦斯?jié)舛鹊臋z測。在隧道洞口設(shè)置瓦斯檢測系統(tǒng)控制室，配備主機1臺，分機2臺，工作人員2名。分別在隧道二次襯砌（檢測回風(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監(jiān)測洞內(nèi)瓦斯?jié)舛龋總€洞分別安裝1套瓦斯檢測設(shè)備。

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

在隧道施工過程中，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)見圖2。

（1） 當(dāng)隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛炔恍∮?5%時，第1次聲光報警，可正常施工，但停止洞內(nèi)內(nèi)燃機；隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛炔恍∮?.0%時，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，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、非防爆改裝的運輸工具、混凝土泵機、鉆機等）的電源并閉鎖；當(dāng)隧道開挖工作面瓦斯?jié)舛刃∮?.0% 時，自動解鎖。

（2）隧道開挖工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔恍∮?0%時，聲光報警，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，自動解鎖。

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

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

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構(gòu)，制定嚴格的規(guī)章制度，全隧道定點設(shè)置瓦斯報警儀，監(jiān)測隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓闆r。專業(yè)瓦斯檢測人員、洞內(nèi)領(lǐng)班人員和生產(chǎn)指揮者均攜帶便攜式瓦斯報警儀，隨時檢測瓦斯?jié)舛取?/p>

該項目施工過程中進口工作面配置安全工程師1名、現(xiàn)場安全員3名（1名負責(zé)現(xiàn)場安全，2名負責(zé)炸藥庫管理）、瓦斯檢測員2名、洞內(nèi)領(lǐng)班4名、現(xiàn)場技術(shù)員2名、項目副經(jīng)理1名。出口工作面與進口工作面人員配置相同。另外，現(xiàn)場監(jiān)理員與監(jiān)理安全工程師也對現(xiàn)場有監(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，真正做到了對瓦斯?jié)舛鹊膶崟r監(jiān)測。瓦斯檢測員嚴格執(zhí)行“一炮三檢”制度，即在鉆孔前、鉆孔后及爆破后分別進行及時的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，對比瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進一步為施工提供安全保障[1417]。

3現(xiàn)場瓦斯監(jiān)測應(yīng)用

瓦窯嶺瓦斯隧道分為進口和出口2個工作面，每個工作面分別設(shè)置一整套KJ90瓦斯檢測系統(tǒng)，在整個施工過程中檢測瓦斯?jié)舛取O濃度及回風(fēng)流風(fēng)速?，F(xiàn)場配置2名瓦斯檢測系統(tǒng)管理人員，全天24 h對隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M行實時監(jiān)測。下面簡單介紹KJ90瓦斯檢測系統(tǒng)在實際監(jiān)測中的幾點應(yīng)用。

3.1測點定義

系統(tǒng)定義的核心內(nèi)容就是測點定義，只有先進行測點的定義，才能對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。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報表編排與打印

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

3.3瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測實例分析

隧道施工中為保證現(xiàn)場施工安全，防止瓦斯爆炸，進口和出口在采用自動監(jiān)控的同時，也采用人工監(jiān)測，二者互相驗證。每個工作面安排2名瓦斯檢測員進行瓦斯檢測，分白班和夜班兩班倒，在整個施工過程中不間斷進行瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控。瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)瓦斯?jié)舛茸兓鐖D4所示，現(xiàn)場實際檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

4結(jié)語

在瓦斯隧道施工過程中，自動監(jiān)控和人工監(jiān)測同時進行，以確保施工過程的安全。在施工過程中先后出現(xiàn)2次瓦斯?jié)舛瘸^5.0%的緊急情況，在此過程中瓦斯檢測監(jiān)控系統(tǒng)自動報警，自動斷電，使洞內(nèi)施工人員及時退出危險區(qū)域，避免了人員和財產(chǎn)的損失。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]