陳榮鵬 樊靜 王超

摘 ?要：鉆爆法開采隧道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體[1]，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法精度不高，施工中通常選擇過(guò)度通風(fēng)，帶來(lái)了巨大的能源消耗。本系統(tǒng)在現(xiàn)有束管系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，將系統(tǒng)進(jìn)行整合，采用氣相色譜檢測(cè)單元結(jié)合智能算法，解決了現(xiàn)有傳感器交叉干擾嚴(yán)重的問(wèn)題，提高檢測(cè)精度，形成風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)的精確控制。

關(guān)鍵詞：隧道施工;束管檢測(cè);光學(xué)分析

中圖分類號(hào)：TD752.2 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0045-02

Abstract： When drilling and blasting method mining tunnel， it will produce a lot of toxic gas. The accuracy of traditional detection method is not high， and excessive ventilation is usually chosen in construction， which brings huge energy consumption. The system is improved on the existing beam tube system， the system is integrated， and the gas chromatography detection unit combined with intelligent algorithm is adopted to solve the serious problem of cross interference of existing sensors and improve the detection accuracy. The closed-loop control system of fan is formed to realize the accurate control of tunnel ventilation.

Keywords： tunnel construction; beam tube detection; optical analysis

1 概述

束管檢測(cè)系統(tǒng)是一種有效的環(huán)境參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，普遍應(yīng)用在煤礦等工業(yè)場(chǎng)景中，該系統(tǒng)能利用色譜分析技術(shù)對(duì)周圍環(huán)境的氣體成分及濃度進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)其濃度的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。而在隧道施工通風(fēng)過(guò)程中，隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，隧道內(nèi)的氣體環(huán)境需要精確監(jiān)測(cè)，以防止隧道開采過(guò)程中產(chǎn)生的大量有毒有害氣體對(duì)工作人員的人身安全造成危害。隧道開采時(shí)，需要通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)行換氣，由于氣體檢測(cè)不準(zhǔn)確，對(duì)風(fēng)機(jī)控制精度不夠，每日電費(fèi)花銷很大，容易造成資源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的氣體傳感器只能檢測(cè)單點(diǎn)，而且在實(shí)際使用過(guò)程中，普遍存在檢測(cè)精度不高，很難依靠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)形成風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此行業(yè)急需一種精確有效的新型檢測(cè)設(shè)備。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

就國(guó)內(nèi)外行情，不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，引進(jìn)一套設(shè)備造價(jià)不菲，而且維護(hù)費(fèi)用高，由于單點(diǎn)檢測(cè)，數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，耗電量大，使用費(fèi)用高。束管監(jiān)測(cè)技術(shù)一般應(yīng)用在隧道施工，煤礦氣體檢測(cè)等。束管檢測(cè)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在一共經(jīng)歷了四代。

第四代束管檢測(cè)系統(tǒng)把抽氣系統(tǒng)與氣體分析系統(tǒng)全部布置在現(xiàn)場(chǎng)，使得束管的維修工作大大降低，并提高了分析實(shí)時(shí)性及精確性。同時(shí)，第四代束管在實(shí)時(shí)性有較大突破，但是目前市面現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)論從系統(tǒng)搭配、監(jiān)測(cè)方式方法以及成本方面仍存在問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜、氣體監(jiān)測(cè)方法不可靠、系統(tǒng)成本高等。色譜儀應(yīng)用到隧道施工現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)工作量大。另外紅外氣體傳感器氣體交叉干擾嚴(yán)重，應(yīng)用效果不理想;電化學(xué)傳感器易受到水汽等氣體的交叉干擾等問(wèn)題。目前該類束管系統(tǒng)尚未得到良好的推廣。

目前國(guó)內(nèi)外第四代束管監(jiān)測(cè)技術(shù)不夠成熟，依然存在檢測(cè)精度不夠，束管鋪設(shè)過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。束管現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的趨勢(shì)，具有精度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)有重要作用。

3 工作流程

該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)控制終端組成[2]，其工作流程圖如圖1所示。在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，按照固定距離安裝監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的氣體環(huán)境進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爆破現(xiàn)場(chǎng)的氣體成分及濃度。系統(tǒng)工作時(shí)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)將氣體的光譜數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳送給隧道外的計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)終端通過(guò)算法分析氣體光譜數(shù)據(jù)，得出氣體的成分及各自的濃度，當(dāng)隧道內(nèi)的氣體環(huán)境符合安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再安排人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的布置方式如圖2所示。系統(tǒng)主體為各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)在隧道內(nèi)按需分布安裝，每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所屬區(qū)域的氣體環(huán)境質(zhì)量。每個(gè)節(jié)點(diǎn)各自獨(dú)立運(yùn)行，由隧道外的計(jì)算機(jī)終端控制。

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。檢測(cè)節(jié)點(diǎn)主要由氣相色譜儀，光源，抽氣泵，濾網(wǎng)，供電模塊組成。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，通過(guò)抽氣泵將氣體吸入通風(fēng)管道[3]，光源照射經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾的氣體，再通過(guò)氣相色譜儀獲得氣體的光譜數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)回傳至計(jì)算機(jī)終端，再通過(guò)算法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到氣體成分及濃度。

5 系統(tǒng)功能及優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抗干擾能力強(qiáng)，精確度大大提高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布置多點(diǎn)采集，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸通道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣環(huán)境指數(shù)。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抽樣檢測(cè)，自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)處理及輸出，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳至計(jì)算機(jī)終端。

（2）成本降低，造價(jià)便宜。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)能根據(jù)隧道長(zhǎng)短按需安裝，配置靈活方便，節(jié)點(diǎn)分布簡(jiǎn)單，易于查找故障點(diǎn)節(jié)省人力，降低系統(tǒng)造價(jià)和維護(hù)成本;分析儀器通過(guò)一臺(tái)光譜分析儀，終端運(yùn)用智能算法分析檢測(cè)，減少之前多種空氣傳感器的使用，束管道路大大縮短，成本降低。

（3）操作簡(jiǎn)單，易于調(diào)控。本系統(tǒng)依托以太網(wǎng)傳輸，終端分析，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和處理組織，擁有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，用戶能通過(guò)計(jì)算機(jī)終端在上位機(jī)軟件上監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可更加全面分析隧道內(nèi)氣體環(huán)境質(zhì)量。

6 結(jié)論

解決目前第四代束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存在的諸多問(wèn)題，提高整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可用性和準(zhǔn)確性，為隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)和通風(fēng)工作的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供技術(shù)支撐，從而降低通風(fēng)成本，縮短通風(fēng)時(shí)間;同時(shí)本項(xiàng)目還可以應(yīng)用于煤礦氣體檢測(cè)，預(yù)防井下自燃，瓦斯爆炸等災(zāi)害。

參考文獻(xiàn)：

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