賀志榮，薛千里，李定國，左先宇

（中鐵二局集團有限公司，四川 成都610031）

隨著“交通強國、鐵路先行”綱要的發(fā)出，加快了中國交通建設(shè)速度，鐵路、公路建設(shè)延伸至西部山區(qū)，山區(qū)建設(shè)隧道占比較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，時常遇到穿越煤層、油氣層等不良地質(zhì)隧道，施工安全風險異常突出，為確保施工安全，隧道瓦斯?jié)舛鹊膶崟r監(jiān)控成了隧道施工的重要步驟和任務(wù)。目前，瓦斯隧道通過自動檢測及人工監(jiān)測兩種方式完成對隧道瓦斯的監(jiān)測和安全管控。但在隧道瓦斯管理中，各瓦斯隧道監(jiān)測相互獨立，數(shù)據(jù)保存格式由各自采用的檢測設(shè)備決定，或以Excel、Word 等費結(jié)構(gòu)化形式保留在項目本部電腦上。監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的格式和標準，沒有集中進行數(shù)據(jù)的存儲和處理，無法為管理者提供更高層面的瓦斯隧道安全管理支撐。所以，開發(fā)一套隧道瓦斯智能化監(jiān)控信息系統(tǒng)來管理和分析隧道瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)，可以加強隧道生產(chǎn)安全管理，加大管理力度，方便處理和保存瓦斯數(shù)據(jù)。

1 概況

新建黃草二線隧道位于武隆縣黃草鄉(xiāng)境內(nèi)和彭水縣高谷鎮(zhèn)境內(nèi)，緊臨既有渝懷線右側(cè)，兩線間距5～122 m。黃草隧道全長7 131 m，隧道最大埋深約為736 m，穿越頁巖夾炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖等巖層，地層本身具備生烴能力；同時結(jié)合施工現(xiàn)場超前探孔及炮孔施工等情況，隧道瓦斯主要來源于志留系下統(tǒng)龍馬溪組底部的黑色頁巖夾炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖等巖層。

進口斜井工區(qū)絕對瓦斯涌出量為1.416 m3/min，絕對二氧化碳涌出量為0.456 m3/min，進口斜井為高瓦斯工區(qū)，YDK205+125～YDK206+250 為高瓦斯段落，瓦斯等級為二級，詳見圖1。

隧道在采用人工檢測和自動檢測的基礎(chǔ)上，采用了集團公司自主開發(fā)的隧道瓦斯智能化監(jiān)控信息系統(tǒng)進行隧道瓦斯的數(shù)據(jù)采集、分析和瓦斯預(yù)警等瓦斯管理工作。

2 監(jiān)控信息系統(tǒng)體系

瓦斯監(jiān)控信息系統(tǒng)以系統(tǒng)服務(wù)器為核心，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過自動采集和人工錄入兩種渠道實時收集黃草隧道瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)，分析瓦斯?jié)舛茸兓厔?，形成統(tǒng)計分析結(jié)果，并通過短信提醒、系統(tǒng)警報等手段及時提出預(yù)警，告知項目管理人員潛在的瓦斯風險，避免發(fā)生瓦斯隧道事故，減少瓦斯隧道風險損失，提高瓦斯隧道施工的安全系數(shù)，詳見圖2。

圖1 黃草隧道進口斜井工區(qū)洞口實景圖

圖2 瓦斯隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)主界面圖

在已經(jīng)安裝瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)的項目上，洞內(nèi)監(jiān)測點數(shù)據(jù)通過光纜或無線中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至洞口瓦斯監(jiān)測中心機上，智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)通過讀取瓦斯檢測中心機中的檢測數(shù)據(jù)收集瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)。對具備有線網(wǎng)絡(luò)條件的瓦斯監(jiān)測中心機房，直接通過有線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至集團公司瓦斯隧道監(jiān)測服務(wù)器上；對于不具備有線網(wǎng)絡(luò)條件的瓦斯監(jiān)測機房，可通過采用無線網(wǎng)卡方式傳輸數(shù)據(jù)。

集團公司瓦斯檢測服務(wù)器負責接收、存儲和分析來自各條瓦斯隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)分析結(jié)果，及時向隧道項目管理人員反饋瓦斯數(shù)據(jù)和發(fā)出預(yù)警，詳見圖3。

圖3 智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)功能

瓦斯隧道監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)以隧道為單位，實時登記隧道中各瓦斯監(jiān)測點數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，系統(tǒng)將各隧道按瓦斯安全級別分類并向用戶展示；對隧道瓦斯?jié)舛瘸^國家法定標準的，通過手機應(yīng)用、短信、二局門戶系統(tǒng)等方式向項目和相關(guān)管理人員發(fā)送警報信息。

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集分為2 種方式：①對于已經(jīng)安裝的自動瓦斯監(jiān)測設(shè)備中的數(shù)據(jù)，可通過部署計算機接入瓦斯監(jiān)測主機的串口接口，實時獲取隧道各瓦斯監(jiān)測點數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)獲取后，計算機通過有線網(wǎng)絡(luò)或3G 信號，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)上傳至集團公司瓦斯監(jiān)測服務(wù)器中。②通過人工手持設(shè)備監(jiān)測，并手工登錄系統(tǒng)填報監(jiān)測數(shù)據(jù)的方式完成數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)對人工監(jiān)測方式提供基于移動設(shè)備的數(shù)據(jù)錄入接口，瓦檢員可通過手機、平板電腦等移動設(shè)備隨時隨地完成數(shù)據(jù)的錄入上傳工作。

3.2 數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)根據(jù)瓦斯隧道自動或人工錄入的數(shù)據(jù)，能夠進行相應(yīng)的瓦斯?jié)舛茸兓€繪制，分析判斷瓦斯?jié)舛茸兓厔?，當瓦斯?jié)舛茸兓徽r，及時向項目管理人員提出預(yù)警，詳見圖4。

3.3 分級預(yù)警

系統(tǒng)設(shè)置瓦斯?jié)舛阮A(yù)警級別，可包括正常、關(guān)注、危險、危急等多個等級，根據(jù)實時瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)，各瓦斯隧道可處于不同的危險級別，在系統(tǒng)中按級別對隧道項目進行分類展示。

系統(tǒng)以隧道為單位進行瓦斯安全分級，當瓦斯?jié)舛葦?shù)值超標，或瓦斯?jié)舛?時間分析表明瓦斯?jié)舛茸兓徽r，可自動將隧道的瓦斯安全級別進行設(shè)置，及早提示項目、子公司和集團公司各級管理人員進行關(guān)注。管理人員和瓦檢員登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)中所有瓦斯隧道將按預(yù)警級別進行分類顯示，危險級別較高，需要特別關(guān)注的排在最上方，以黑色標志進行警示；危險級別較低，不需要特別關(guān)注的隧道排在最下方，標注為淺灰色。

圖4 智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模塊圖

當有隧道瓦斯?jié)舛然驖舛茸兓瘜е骂A(yù)警級別達到黑色時，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先配置的緊急聯(lián)絡(luò)名單向相關(guān)人員手機發(fā)送提示信息，及時告知可能的危險，詳見圖5。

圖5 智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警示例圖

3.4 身份管理

瓦斯隧道監(jiān)測系統(tǒng)的用戶身份管理依托于集團公司統(tǒng)一身份體系，不再單獨設(shè)立系統(tǒng)賬戶，擁有權(quán)限的用戶可以使用集團公司門戶系統(tǒng)的域賬戶登錄系統(tǒng)并進行操作。根據(jù)域賬戶用戶所屬項目和單位等，系統(tǒng)可為用戶分配相應(yīng)權(quán)限，避免有人惡意填報數(shù)據(jù)或竊取有關(guān)資料。

3.5 與外部集成

系統(tǒng)提供標準的Web Service 接口進行對外的多樣化的信息交互，分類如下：①對于獲得授權(quán)的外部系統(tǒng)，瓦斯隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以提供隧道瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)的查詢或分析結(jié)果展示，系統(tǒng)提供標準的Web Service 服務(wù)接口，能夠?qū)ν獠肯到y(tǒng)發(fā)起的查詢請求進行相應(yīng)，對通過授權(quán)驗證的系統(tǒng)，瓦斯隧道監(jiān)控系統(tǒng)將實時反饋準確的查詢結(jié)果。②對于需要通報信息數(shù)據(jù)的外部系統(tǒng)，比如集團公司安全質(zhì)量管理系統(tǒng)、集團公司門戶系統(tǒng)，系統(tǒng)將通過相關(guān)系統(tǒng)提供的接口規(guī)范，按時向它們進行數(shù)據(jù)推送。比如某隧道瓦斯?jié)舛冗_到警告標準，系統(tǒng)將向集團公司安全質(zhì)量管理系統(tǒng)提交預(yù)警報告，方便上級管理部門隨時掌握項目安全信息。③瓦斯隧道監(jiān)測系統(tǒng)已與集團公司門戶系統(tǒng)進行集成，用戶登錄門戶系統(tǒng)后可以直接訪問瓦斯隧道檢測系統(tǒng)。門戶系統(tǒng)提示信息采集功能，可獲取瓦斯隧道監(jiān)測系統(tǒng)提示信息，將提示信息在門戶系統(tǒng)首頁通知欄中記性顯示，及時對用戶進行預(yù)警提示。

4 黃草瓦斯隧道智能化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

黃草瓦斯隧道瓦斯監(jiān)測管理全面接入了集團公司瓦斯隧道智能化監(jiān)測系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析反饋、瓦斯分級預(yù)警等方面展現(xiàn)出了很強的實用性和有效性，實現(xiàn)了對瓦斯隧道的瓦斯有效管理。

4.1 數(shù)據(jù)填報

黃草隧道瓦斯數(shù)據(jù)采集采用了數(shù)據(jù)自動采集與人工填報相結(jié)合的方式，檢驗了系統(tǒng)的適應(yīng)性。項目現(xiàn)場通過安裝自動設(shè)備廠商提供的自動監(jiān)控設(shè)備進行數(shù)據(jù)收集，定時向系統(tǒng)服務(wù)器上報瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)；在斷網(wǎng)或者無網(wǎng)絡(luò)工點，采用人工填報瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，滿足不同的需要。

4.2 數(shù)據(jù)分析反饋

黃草隧道利用智能系統(tǒng)取得瓦斯數(shù)據(jù)后進行一系列的數(shù)據(jù)分析，形成數(shù)據(jù)自動采集部分的分析報表，并根據(jù)瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)及時進行預(yù)警，達到對高瓦斯隧道項目瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)的及時監(jiān)控，并能實時將監(jiān)控信息發(fā)送至子公司、公司兩級平臺，實現(xiàn)了對瓦斯的實時管理。圖表分析方面，系統(tǒng)提供圖表統(tǒng)計信息，含有日濃度變化圖（手動）、日濃度變化圖（自動）、工點濃度變化圖、隧道濃度變化圖、工程瓦斯預(yù)警次數(shù)，按周隧道瓦斯最高值、隧道瓦斯?jié)舛冉y(tǒng)計、隧道預(yù)警次數(shù)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

4.3 瓦斯分級預(yù)警

黃草隧道利用智能系統(tǒng)對隧道瓦斯隧道進行了實時預(yù)警管理，證明了系統(tǒng)的實用性。系統(tǒng)顯示顯示了工點的詳細預(yù)警情況，包括預(yù)警狀態(tài)、隧道名稱、工點名稱、施工單位。智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警界面見圖6。圖6 中右上角的圖文說明標注了各圖標所代表的含義：淺灰色方塊表示瓦斯?jié)舛劝踩瑵舛确秶鸀?%～0.5%；深灰色方塊表示瓦斯?jié)舛阮A(yù)警，濃度范圍0.5%～1.0%；黑色方塊表示瓦斯?jié)舛任ｋU，濃度范圍大于1.0%（范圍可調(diào)整）。紅色旗幟代表高瓦斯?jié)舛人淼?、綠色旗幟代表低瓦斯?jié)舛人淼?。根?jù)界面右側(cè)的日歷，可以顯示顯示不同日期的該工點的瓦斯?jié)舛茸罡咧档那闆r，黑色表示危險，深灰色預(yù)警。點擊不同的日期，可以查詢不同日期該工點的瓦斯?jié)舛阮A(yù)警詳細情況，詳見圖6。

圖6 智能化隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警界面圖

5 結(jié)束語

經(jīng)過嚴密的測試和項目上線運行，集團公司研發(fā)的瓦斯智能化監(jiān)控信息系統(tǒng)功能穩(wěn)定、操作簡單、方便、能根據(jù)管理需要生成各種分析報表，以及分析圖例，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳、瓦斯?jié)舛瘸瑯祟A(yù)警、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)有效儲存等功能，特別是保存和處理瓦斯數(shù)據(jù)以及瓦斯實時預(yù)警方面具有巨大優(yōu)勢，能達到系統(tǒng)的使用需求。另外，瓦斯智能化監(jiān)控信息系統(tǒng)為管理者提供了全面和有效的瓦斯隧道安全管理支撐，加強了隧道生產(chǎn)安全管理，加大了管理力度，保障了瓦斯隧道瓦斯安全。