瓦斯隧道機械車輛主動防御防爆改裝施工工法

11/11HYPERLINK"/"瓦斯隧道機械車輛主動防備防爆改裝施工工法中鐵十二局集團有限公司中鐵十二局集團第一工程有限公司王琪胡曙峰王萬通安建國姜軍1.前言由于瓦斯隧道施工的高風險性，一般機械設備無法在瓦斯隧道內作業(yè)，因此，機械設備防爆改裝是瓦斯隧道施工中最重要的內容之一，機械設備的防爆性能直接決定瓦斯隧道施工的成敗。金竹山瓦斯隧道是達陜高速公路高風險操縱性工程，全長2700m，不良地質要緊有采空區(qū)、煤層、瓦斯、小煤窯、極軟弱破裂圍巖等，施工條件極其復雜。為了安全、優(yōu)質的完成施工任務，中鐵十二局集團有限公司組織隧道施工、瓦斯防治與設備改裝專家和技術人員成立了攻關小組，對金竹山瓦斯隧道關鍵施工技術課題進行研究。用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器對機械和車輛進行主動防備防爆改裝為課題關鍵技術之一，并申請了《車載瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)》專利，且已授權，經查新此項技術在國內外首次使用，2011年8月31日山西省科技廳組織專家進行技術鑒定，認為該項技術達到國際先進水平。該項技術在瓦斯隧道施工中有較大的推廣價值，通過實踐檢驗總結形成本工法。2.工法特點2.1機械車輛用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器進行主動防備防爆改裝，形成車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，防爆改裝價格廉價實惠。2.2防爆裝置安裝快捷，維護簡便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。2.3可不能改變機械車輛的動力特性。2.4可同時防備監(jiān)測多種有害氣體，甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、風速等。2.5本工法將傳統(tǒng)的設備被動防備防爆改裝（對設備進行專門的設計實現(xiàn)設備在瓦斯超限等危險條件下具備接著作業(yè)的能力）變?yōu)橹鲃臃纻浞辣难b（采納一定的措施手段，使機械設備在瓦斯超限等危險條件下設備自動停止作業(yè)，瓦斯在正常范圍后設備會重新啟動作業(yè)）,結合瓦斯隧道施工的實際情況分析，施工機械如挖掘機和裝載機在作業(yè)時會不可幸免的產生摩擦或碰撞火花，瓦斯?jié)舛瘸薜那闆r下特不危險，但被動防備的防爆設備是無法克服的。因此該類設備必須采納主動防備的措施來實現(xiàn)設備的防爆功能,確保瓦斯隧道的施工安全。3.適用范圍本工法防爆改裝技術適用于無嚴峻瓦斯突出危險的高瓦斯隧道和低瓦斯隧道，隧道具備良好的通風換氣條件，施工機械設備狀況良好。4.工藝原理主動防備防爆改裝系統(tǒng)要緊利用煤礦監(jiān)控分站和傳感器采集施工機械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體濃度參數(shù)，形成車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。操縱分站依照采集的濃度值和操縱邏輯進行分析處理。系統(tǒng)工作時，當環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達到比較危險的濃度（比如按照有關規(guī)定設定為0.3%），分站向報警器發(fā)出報警信號，報警器發(fā)出聲光報警，駕乘人員聽到或看到報警信號后，立即停止作業(yè)，通知相關人員核查現(xiàn)場實際情況，在查明起因并解除危險后再行作業(yè)，能夠實現(xiàn)危險提早處理的作用。假如瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機械現(xiàn)場無人值守時，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_到較高危險限值0.5%后，現(xiàn)在操縱分站再次向機械的斷油熄火操縱器發(fā)出操縱信號，使機械自動停止工作，實現(xiàn)閉鎖。系統(tǒng)工作原理示意如下圖4所示。圖4車載瓦斯系統(tǒng)工作原理示意5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程見圖5.15.2操作要點5.2.1防爆改裝系統(tǒng)組成防爆改裝系統(tǒng)要緊由三部分組成：系統(tǒng)維護與配置治理中心、操縱分站、檢測操縱器。系統(tǒng)結構如下圖5.2.1。1、系統(tǒng)維護與配置治理中心系統(tǒng)維護與配置治理中心要緊用于設置、調試系統(tǒng)配置參數(shù)和操縱邏輯。要緊由中心電腦、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)傳輸接口組成。這部分配置要緊由設備提供方使用，用戶也可購置用于平常的維護，系統(tǒng)正常運行時不需該部分設備。圖5.1施工工藝流程圖圖5.2.1防爆改裝系統(tǒng)結構圖2、操縱分站分站是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理和邏輯操縱中心，負責從傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并將結果按照治理中心軟件所設計的操縱邏輯進行推斷處理，依照配置方案在檢測到異常時輸出報警和斷電等操縱信號；分站還具備與治理中心進行數(shù)據(jù)通信的功能，接收治理中心下達的配置邏輯指令并可將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至治理中心進行實時監(jiān)測調試。3、檢測操縱器檢測操縱器包括傳感器和報報警器。傳感器要緊是采集隧道的環(huán)境參數(shù)，傳感器的種類比較多，如：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、風速等。目前車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)配置的傳感器多為沼氣傳感器，也可依照現(xiàn)場需要配備其他類型傳感器。報警器接收分站發(fā)來的報警信號，發(fā)出聲光報警提示，提早發(fā)出預警。5.2.2施工預備要緊是防爆改裝系統(tǒng)分站、傳感器的預備和安裝所用工具的預備。5.2.3防爆改裝的主體機械檢查對需要改裝的機械性能和狀態(tài)進行檢查，確保所改裝的機械具有良好的工作狀態(tài)。假如機械的工作狀態(tài)滿足不了要求，則需對機械進行維修和保養(yǎng)。5.2.4防爆系統(tǒng)的安裝監(jiān)測分站安裝位置可依照機械自身的結構特點進行選擇，可安裝于駕駛室、機械底部或側面以及駕駛室與車箱連接處等。傳感器安裝于駕駛室頂部通風處。由于機械是一個振動劇烈的載體，因此相關設備需要作加固與防振設計。防爆改裝系統(tǒng)裝置布置示意如下圖5.2.4。圖5.2.4防爆改裝系統(tǒng)裝置布置圖5.2.5防爆系統(tǒng)的精調用標準甲烷氣體對改裝后的機械車輛進行檢測，系統(tǒng)檢測瓦斯精度操縱在±0.1%以內，同時保證整個系統(tǒng)在檢測到瓦斯氣體的情況下按照設定要求進行報警和瓦機閉鎖。5.2.6防爆機械的驗收1、防爆系統(tǒng)安裝完成后對整個機械性能進行驗收，保證增加防爆系統(tǒng)后不能改變機械的操作性能。2、機械防爆改裝完成后要求連續(xù)7天跟蹤檢查防爆系統(tǒng)對瓦斯監(jiān)測的靈敏度，與瓦檢員的光干涉檢測儀數(shù)據(jù)進行比較，同時觀看機械的實際作業(yè)性能有無改變。6.材料與設備材料與設備見表6表6材料設備序號設備名稱型號單位數(shù)量備注1煤礦監(jiān)測分站KZJ001-F臺1防振設計2低濃度甲烷傳感器KG9701A個2帶愛護箱,防振設計3聲光報警器個14專用線纜及配件套15標氣瓶1校準用6減壓閥個17流量計個17.質量操縱7.1精度操縱系統(tǒng)精度：≤±0.1%；掃描間隔:≤0.4秒；操縱執(zhí)行時刻：≤1秒；數(shù)據(jù)傳輸速率：2500bps，誤碼率≤10-87.2質量保證措施7.2.1防爆改裝前專業(yè)技術人員先對機械狀態(tài)和防爆系統(tǒng)進行認確實檢查測試，各項指標均合格后才能進行防爆設備改裝工作。7.2.2系統(tǒng)安裝完成后必須進行反復的驗證，各項功能均滿足要求后方能投入使用。8.安全措施8．1做好所有作業(yè)人員的安全教育和培訓工作，明確責任和完成工作時應注意的安全事項。8．2由司機配合瓦斯監(jiān)測工每天對防爆系統(tǒng)的分站、傳感器和熄火裝置進行檢驗，每三天防爆系統(tǒng)的瓦斯監(jiān)控設備進行一次現(xiàn)場調校，以保證防爆瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和可靠性，發(fā)覺問題及時處理，處理不了的問題通知廠家專業(yè)技術人員來現(xiàn)場處理，嚴禁非專業(yè)人員擅自維修和拆卸。8．3機械車輛的防爆裝置嚴禁在隧道內車輛啟動狀態(tài)下檢查，有故障時必須在洞外進行。8．4完善各項操作細則，嚴格遵守《煤礦安全規(guī)程》的各項要求。8．5監(jiān)控分站和傳感器應設置較好的防塵、防水和防震等安全措施，保證其正常的工作環(huán)境。9.環(huán)保措施9．1成立施工環(huán)保領導小組，依照相關的規(guī)范制定環(huán)保方案和措施，組織有關作業(yè)人員學習環(huán)保方面的知識，并經常進行宣傳教育。9．2施工期間要保證防爆瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的有效作業(yè)環(huán)境，經常對塵埃、煙氣、尾氣等污染進行清理，確保其工作環(huán)境達到相關要求。10.效益分析10.1經濟效益用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器對機械和車輛進行防爆改裝，形成車載的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，將被動防備變?yōu)橹鲃臃纻?，大大提高設備的防爆安全性能，為有軌運輸變無軌運制造了有利的條件。與購置防爆設備、無軌運輸方案相比費用成本節(jié)約789萬元。10.2社會效益在金竹山隧道的施工中，由于機械設備主動防備防爆設備改裝研究內容的突破，確保了瓦斯隧道施工的安全和質量，同時又節(jié)約了成本，提高了工作效率，縮短了施工工期。金竹山隧道的施工得到了交通部質監(jiān)總站、四川省交通廳、川高集團、達陜高速公路