一种运营隧道瓦斯远程监控系统和瓦斯集聚防治方法

摘要

本发明涉及一种运营隧道瓦斯远程监控系统和瓦斯集聚防治方法，属于运营隧道的瓦斯防治技术领域。本发明公开了一种运营隧道瓦斯远程监控系统以及运营隧道瓦斯集聚防治方法，该远程监控系统包括监控分站、通风系统、监控主机和监控中心，并通过营隧道瓦斯远程监控系统进行瓦斯监测，即通过监测分站将隧道内瓦斯浓度状况汇总至监控总机，通过监控总机自动隧道内通风系统运行状态，防止隧道内瓦斯集聚引发瓦斯灾害；同时，通过监控总机向监控中心报警，由监控人员调控隧道通行状态，防止车辆进入隧道发生事故，全面保障隧道运营安全。

说明书

技术领域

本发明属于运营隧道的瓦斯防治技术领域，具体涉及一种运营隧道瓦斯远程监控系统和瓦斯集聚防治方法。

背景技

近年来，我国基础设施建设逐渐向西部山区转移，西部山区大规模修建高等级公路，而穿山隧道是西部山岭地区修建公路和铁路的重要组成部分。诸如贵州、四川、重庆等省市是我国重要的煤炭生产基地，在这些地区穿山隧道难免需要穿越煤系地层，而这些地区煤层瓦斯含量高、压力大，瓦斯灾害严重。隧道运营过程中，瓦斯从隧道衬砌裂缝涌入隧道不可避免，而对瓦斯运营隧道集聚在隧道某些部位，极易引发瓦斯爆炸事故，严重影响隧道运营安全。

瓦斯发生爆炸或燃烧有三个条件，一是瓦斯浓度(当空气中瓦斯浓度达到5～16％)；二是充足的氧气环境(当空气中氧气浓度大于12％时就会发生爆炸、燃烧)；三是点火源(瓦斯的引火温度为650℃～750℃)。在运营隧道内，空气浓度恒定不变；由于过往车辆汽(柴)油燃烧不充分排出的烟气常含有火星或高温，同时车辆电路运行过程中也会产生电火花。依次如果隧道内的瓦斯浓度处于燃烧或爆炸范围内(空气中瓦斯浓度达到5～16％)，则极易引发瓦斯灾害。

目前，对于穿越煤系地层隧道施工期瓦斯浓度监控及瓦斯灾害防治方法已经比较成熟，但对于运营期隧道内瓦斯浓度的监控及防治的研究相对比较缺乏。因此，对运营隧道内瓦斯进行有效监控并及时处治是防治运营隧道瓦斯灾害，保障隧道运营安全的关键，故而需要对运营隧道瓦斯远程监控系统和瓦斯集聚防治方法进行深入研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种运营隧道瓦斯远程监控系统；本发明的目的之二在于提供一种运营隧道瓦斯集聚防治方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种运营隧道瓦斯远程监控系统，所述系统包括监控分站、通风系统、监控主机和监控中心；

所述监控分站、通风系统和监控主机彼此之间相互连接，所述监控主机和监控中心相连。

优选的，所述监控分站由瓦斯传感器、风速传感器、视频监控组成。

优选的，所述瓦斯传感器、风速传感器、视频监控的输出端与监控分站的输入端连接。

进一步优选的，所述监控主机由中央控制计算机、UPS电源及电源避雷器组成。

进一步优选的，所述UPS电源为所述系统进行不间断供电。

进一步优选的，所述电源避雷器保护所述UPS电源不受雷击影响。

进一步优选的，所述监控主机内置有第一模糊智能控制器和第二模糊智能控制器的控制程序。

优选的，所述监控中心由报警系统、显示系统、输出系统和人工控制系统组成。

优选的，所述监控分站的输出端与监控主机的输入端连接。

优选的，所述监控主机的输出端与监控中心的报警系统、显示系统、输出系统的输入端连接。

进一步优选的，所述监控中心的人工控制系统输出端与监控主机的输入端连接。

进一步优选的，所述瓦斯传感器、风速传感器、视频监控安装于所述运营隧道进出口以及所述运营隧道的中部。

优选的，所述瓦斯传感器的安装高度为距离运营隧道的拱顶20cm处。

优选的，所述通风系统由射流风机、变频器组成。

2.一种运营隧道瓦斯集聚防治方法，所述防治方法过程中采用上述远程监控系统，具体方法如下：

(1)通过监控分站对隧道内瓦斯浓度、瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向进行监测，然后将检测的结果传输至监控主机；

(2)监控主机对瓦斯浓度、瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向进行判断，

若瓦斯浓度值超过监控主机设定的瓦斯浓度上限值，则监控主机控制监控中心进行报警、显示或输出，同时监控主机控制第一模糊智能控制器计算处理接收到的瓦斯浓度并将计算处理后得到的控制频率信号输出给射流风机，射流风机根据控制频率信号改变运行频率，直至瓦斯浓度值低于中央控制计算机的设定上限值即可，

若瓦斯浓度值未超过监控主机设定的瓦斯浓度上限值，则监控主机计算当前瓦斯浓度下隧道所需风速值，若隧道所需风速值大于隧道内风速值，监控主机控制监控中心进行报警、显示或输出，同时监控主机控制第二模糊智能控制器计算处理接收到的隧道风速值，第二模糊智能控制器将计算处理后得到的控制频率信号输出给射流风机，射流风机根据控制频率信号改变运行频率，直至隧道内风速值大于或等于隧道所需风速值即可。

优选的，步骤(2)中所述瓦斯浓度上限值为0.5％。

本发明的有益效果在于：本发明公开了一种运营隧道瓦斯远程监控系统以及运营隧道瓦斯集聚防治方法，该远程监控系统包括监控分站、通风系统、监控主机和监控中心，并通过营隧道瓦斯远程监控系统进行瓦斯监测，即通过监测分站将隧道内瓦斯浓度状况汇总至监控总机，通过监控总机自动隧道内通风系统运行状态，防止隧道内瓦斯集聚引发瓦斯灾害；同时，通过监控总机向监控中心报警，由监控人员调控隧道通行状态，防止车辆进入隧道发生事故，全面保障隧道运营安全。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例1中一种运营隧道瓦斯远程监控系统；

图2为实施例1中模糊智能控制器的原理及计算处理过程图；

图3为根据系统监测结果调节射流风机的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种运营隧道瓦斯远程监控系统，如图1所示，其中该远程监控系统包括监控分站、通风系统、监控主机和监控中心。在系统中监控分站、通风系统和监控主机彼此之间相互连接，监控主机和监控中心相连。

监控分站由安装于运营隧道进出口和中部的瓦斯传感器、风速传感器、视频监控组成；同时由于瓦斯密度小于空气的密度，需要将瓦斯传感器的安装高度设置为距离运营隧道的拱顶20cm处；其中的瓦斯传感器、风速传感器、视频监控的输出端与监控分站的输入端连接，从而使得系统中瓦斯传感器检测的瓦斯浓度、风速传感器检测到的隧道内风速和风向以及视频监控检测到的瓦斯集聚位置传输监控主机进行计算和分析。

监控主机由中央控制计算机、UPS电源及电源避雷器组成，其中中央控制计算机中具有将接收到的瓦斯浓度、瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向等参数与本身设定的瓦斯浓度上限值进行比较，以进一步决定系统的后续操作；UPS电源的作用是持续稳定的向整个监控系统不间断供电；电源避雷器的作用是保证UPS电源不被雷击。另外监控主机内置有第一模糊智能控制器和第二模糊智能控制器的控制程序。

监控中心由报警系统、显示系统、输出系统和人工控制系统组成，其中报警系统可以根据监控主机判断的结果进行报警；显示系统则是显示监控主机计算的进行防治需要的调节参数；输出系统和人工控制系统则是根据现有的参数进行人工操作，从而通过输出系统再反馈会监控主机。

监控分站的输出端与监控主机的输入端连接；监控主机的输出端与监控中心的报警系统、显示系统、输出系统的输入端连接；监控中心的人工控制系统输出端与监控主机的输入端连接。

通风系统由射流风机、变频器组成。

上述涉及到的瓦斯传感器、风速传感器、射流风机、视频监控等安装在隧道内的电气设备及线缆必须具有防爆功能。

实施例2

一种运营隧道瓦斯集聚防治方法，采用实施例1中的运营隧道瓦斯远程监控系统进行防治，具体方法如下：

(1)通过监控分站对隧道内瓦斯浓度、瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向进行监测，然后将检测的结果传输至监控主机，具体为：

将监控站分站瓦斯传感器、风速传感器、视频监控安装于待防治的运营隧道进出口以及运营隧道中间位置，且将瓦斯传感器的安装高度设置为距离运营隧道的拱顶20cm处，通过瓦斯传感器对待防治的运营隧道内的瓦斯浓度、风速传感器对待防治的运营隧道内的隧道内风速和风向、视频监控对待防治的运营隧道内的瓦斯聚集位置进行监控和检测，将检测得到的结果经过与监控主机相连的输出端经过监控主机的输入端传输到监控主机。

(2)监控主机对瓦斯浓度、瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向进行判断，具体为：

首先，根据瓦斯发生爆炸或燃烧的条件以及检测到的瓦斯聚集位置、隧道内风速和风向等参数，确定待防治的运营隧道内所允许的瓦斯浓度上限值(一般为0.5％)并输入到监控主机的中央控制计算机(PLC)中，在中央控制计算机内将检测到的瓦斯浓度与瓦斯浓度上限值进行比较和判断，根据不同的结果分别进行如下操作：

如果接受到的瓦斯浓度值超过监控主机中中央控制计算机内设定的瓦斯浓度上限值，则监控主机通过监控中心的报警系统进行报警、通过监控中心的显示系统显示瓦斯超限位置、瓦斯浓度值、隧道内通风风速、风向及现场视频监控情况，同时监控主机控制第一模糊智能控制器计算处理接收到的瓦斯浓度并将计算处理后得到的控制频率信号输出给射流风机，射流风机根据控制频率信号改变运行频率，直至瓦斯浓度值低于中央控制计算机的设定上限值，则报警系统停止报警，射流风机恢复正常运行状态；

如果瓦斯浓度值未超过监控主机中中央控制计算机内设定的瓦斯浓度上限值，则监控主机中央控制计算机计算当前瓦斯浓度下隧道所需风速值，若隧道所需风速值大于隧道内风速值，监控主机通过监控中心的报警系统进行报警、通过监控中心的显示系统显示相关的，同时监控主机控制第二模糊智能控制器计算处理接收到的隧道风速值，第二模糊智能控制器将计算处理后得到的控制频率信号输出给射流风机，射流风机根据控制频率信号改变运行频率，直至隧道内风速值大于或等于隧道所需风速值，则射流风机恢复正常运行状态；

另外如果系统无法通过中央控制计算机及射流风机有效降低隧道内瓦斯浓度时，监控中心工作人员可以通过监控中心的人工控制系统调节待防治的运营隧道的通风系统，直到瓦斯浓度降低至安全浓度范围以内后报警信号解除；若人工控制系统无法有效降低隧道内瓦斯浓度时，监控中心工作人员应启动应急预案，控制隧道通行状态，禁止车辆进入隧道，并关闭隧道内非防爆机电设备，防止车辆或机电设备产生引火源，防止瓦斯燃烧或瓦斯爆炸灾害发生。

模糊智能控制器的原理及计算处理过程(如图2所示)：建立两输入、三输出的模糊智能控制器。第一模糊智能控制器的输入为瓦斯浓度的偏差e(k)和偏差变化率e

参数K

式中，u(n)—第n次采样时刻控制器输出的控制量；

e(n)—第n次采样时的偏差值；

K

K

K

上述根据系统监测结果调节射流风机的流程图如图3所示。

综上所述，本发明公开了一种运营隧道瓦斯远程监控系统以及运营隧道瓦斯集聚防治方法，该远程监控系统包括监控分站、通风系统、监控主机和监控中心，并通过营隧道瓦斯远程监控系统进行瓦斯监测，即通过监测分站将隧道内瓦斯浓度状况汇总至监控总机，通过监控总机自动隧道内通风系统运行状态，防止隧道内瓦斯集聚引发瓦斯灾害；同时，通过监控总机向监控中心报警，由监控人员调控隧道通行状态，防止车辆进入隧道发生事故，全面保障隧道运营安全。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。