瓦斯隧道機(jī)械車輛主動(dòng)防御防爆改裝施工工法

1、瓦斯隧道機(jī)械車輛主動(dòng)防御防爆改裝施工工法中鐵十二局集團(tuán)有限公司 中鐵十二局集團(tuán)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(fēng)險(xiǎn)性，普通機(jī)械設(shè)備無法在瓦斯隧道內(nèi)作業(yè)，因此，機(jī)械設(shè)備防爆改裝 是瓦斯隧道施工中最重要的內(nèi)容之一，機(jī)械設(shè)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(dá)陜高速公路高風(fēng)險(xiǎn)控制性工程，全長2700m不良地質(zhì)主要有采空區(qū)、煤層、瓦斯、小煤窯、極軟弱破碎圍巖等，施工條件極其復(fù)雜。為了安全、優(yōu)質(zhì)的完成施工任務(wù)，中鐵十二局集團(tuán)有限 公司組織隧道施工、瓦斯防治與設(shè)備改裝專家和技術(shù)人員成立了攻關(guān)小組，對金竹山瓦斯隧道關(guān)鍵施 工技術(shù)課題進(jìn)行研

2、究。用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和 KG9701A氐濃度甲烷傳感器對機(jī)械和車輛進(jìn)行主動(dòng) 防御防爆改裝為課題關(guān)鍵技術(shù)之一，并申請了車載瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)專利，且已授權(quán)，經(jīng)查新此項(xiàng)技 術(shù)在國內(nèi)外首次使用， 2011 年 8 月 31 日山西省科技廳組織專家進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)達(dá)到國 際先進(jìn)水平。該項(xiàng)技術(shù)在瓦斯隧道施工中有較大的推廣價(jià)值，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)總結(jié)形成本工法。2. 工法特點(diǎn)2.1機(jī)械車輛用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A氐濃度甲烷傳感器進(jìn)行主動(dòng)防御防爆改裝， 成車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，防爆改裝價(jià)格便宜實(shí)惠。2.2 防爆裝置安裝快捷，維護(hù)簡便，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2.3不會(huì)改變機(jī)械車輛的動(dòng)

3、力特性。2.4 可同時(shí)防御監(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(fēng)速等。2.5本工法將傳統(tǒng)的設(shè)備被動(dòng)防御防爆改裝（對設(shè)備進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備在瓦斯超限等危險(xiǎn)條件下具備繼續(xù)作業(yè)的能力）變?yōu)橹鲃?dòng)防御防爆改裝（采用一定的措施手段，使機(jī)械設(shè)備在瓦斯超限等危險(xiǎn)條件下設(shè)備自動(dòng)停止作業(yè)，瓦斯在正常范圍后設(shè)備會(huì)重新啟動(dòng)作業(yè)），結(jié)合瓦斯隧道施工的實(shí)際情況分析，施工機(jī)械如挖掘機(jī)和裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)會(huì)不可避免的產(chǎn)生摩擦或碰撞火花，瓦斯?jié)舛瘸薜那闆r下非常危險(xiǎn)，但被動(dòng)防御的防爆設(shè)備是無法克服的。因此該類設(shè)備必須采用主動(dòng)防御的措施來實(shí) 現(xiàn)設(shè)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

4、防爆改裝技術(shù)適用于無嚴(yán)重瓦斯突出危險(xiǎn)的高瓦斯隧道和低瓦斯隧道，隧道具備良好的通風(fēng)換氣條件，施工機(jī)械設(shè)備狀況良好。4. 工藝原理主動(dòng)防御防爆改裝系統(tǒng)主要利用煤礦監(jiān)控分站和傳感器采集施工機(jī)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)?？刂品终靖鶕?jù)采集的濃度值和控制邏輯進(jìn)行分析處理。系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達(dá)到比較危險(xiǎn)的濃度（比如按照有關(guān)規(guī)定設(shè)定為0.3%）,分站向報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警，駕乘人員聽到或看到報(bào)警信號(hào)后，立即停止作業(yè)，通知相關(guān) 人員核查現(xiàn)場實(shí)際情況，在查明起因并解除危險(xiǎn)后再行作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)提前處理的作用。如果瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機(jī)械現(xiàn)場無

5、人值守時(shí)，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_(dá)到較高危險(xiǎn)限值0.5%后，此時(shí)控制分站再次向機(jī)械的斷油熄火控制器發(fā)出控制信號(hào)，使機(jī)械自動(dòng)停止工作，實(shí)現(xiàn)閉鎖。系統(tǒng)工作原理示意如下圖4所示。危險(xiǎn)氣體圖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(diǎn)5.1施工工藝流程見圖5.15.2操作要點(diǎn)防爆改裝系統(tǒng)組成防爆改裝系統(tǒng)主要由三部分組成：系統(tǒng)維護(hù)與配置管理中心、控制分站、檢測控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如下圖。1、系統(tǒng)維護(hù)與配置管理中心系統(tǒng)維護(hù)與配置管理中心主要用于設(shè)置、調(diào)試系統(tǒng)配置參數(shù)和控制邏輯。主要由中心電腦、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)傳輸接口組成。這部分配置主要由設(shè)備提供方使用，用戶也可購置用于平時(shí)的維護(hù)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不需該部分設(shè)備

6、。圖5.1施工工藝流程圖2、控制分站圖防爆改裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分站是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理和邏輯控制中心，負(fù)責(zé)從傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并將結(jié)果按照管理中 心軟件所設(shè)計(jì)的控制邏輯進(jìn)行判斷處理，根據(jù)配置方案在檢測到異常時(shí)輸出報(bào)警和斷電等控制信號(hào)； 分站還具備與管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能，接收管理中心下達(dá)的配置邏輯指令并可將采集的數(shù)據(jù)發(fā) 送至管理中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測調(diào)試。3、檢測控制器檢測控制器包括傳感器和報(bào)報(bào)警器。傳感器主要是采集隧道的環(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(fēng)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，也可根據(jù)現(xiàn)場需要配備其他類型傳感器。報(bào)警器接

7、收分站發(fā)來的報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警提示，提前發(fā)出預(yù)警。522施工準(zhǔn)備主要是防爆改裝系統(tǒng)分站、傳感器的準(zhǔn)備和安裝所用工具的準(zhǔn)備。防爆改裝的主體機(jī)械檢查對需要改裝的機(jī)械性能和狀態(tài)進(jìn)行檢查，確保所改裝的機(jī)械具有良好的工作狀態(tài)。如果機(jī)械的工 作狀態(tài)滿足不了要求，則需對機(jī)械進(jìn)行維修和保養(yǎng)。防爆系統(tǒng)的安裝監(jiān)測分站安裝位置可根據(jù)機(jī)械自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行選擇，可安裝于駕駛室、機(jī)械底部或側(cè)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(fēng)處。由于機(jī)械是一個(gè)振動(dòng)劇烈的載體，因此 相關(guān)設(shè)備需要作加固與防振設(shè)計(jì)。防爆改裝系統(tǒng)裝置布置示意如下圖。防爆系統(tǒng)的精調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)甲烷氣體對改裝后的機(jī)械車輛進(jìn)行檢測，系統(tǒng)檢測瓦斯精

8、度控制在土0.1%以內(nèi)，同時(shí)保證整個(gè)系統(tǒng)在檢測到瓦斯氣體的情況下按照設(shè)定要求進(jìn)行報(bào)警和瓦機(jī)閉鎖。防爆機(jī)械的驗(yàn)收1、防爆系統(tǒng)安裝完成后對整個(gè)機(jī)械性能進(jìn)行驗(yàn)收，保證增加防爆系統(tǒng)后不能改變機(jī)械的操作性 能。2、 機(jī)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(jìn)行比較，同時(shí)觀察機(jī)械的實(shí)際作業(yè)性能有無改變。6. 材料與設(shè)備材料與設(shè)備見表6表6 材料設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)單位數(shù)量備注1煤礦監(jiān)測分站KZJ001-F臺(tái)1防振設(shè)計(jì)2低濃度甲烷傳感器KG9701A個(gè)2帶保護(hù)箱，防振設(shè)計(jì)3聲光報(bào)警器個(gè)14專用線纜及配件套15標(biāo)氣瓶1校準(zhǔn)用6減壓閥個(gè)17流量計(jì)個(gè)17. 質(zhì)

9、量控制7.1精度控制系統(tǒng)精度：W± 0.1% ;掃描間隔： 0.4秒；控制執(zhí)行時(shí)間：W 1秒；數(shù)據(jù)傳輸速率：2500bps, 誤碼率w 10-87.2質(zhì)量保證措施防爆改裝前專業(yè)技術(shù)人員先對機(jī)械狀態(tài)和防爆系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的檢查測試，各項(xiàng)指標(biāo)均合格后才能進(jìn)行防爆設(shè)備改裝工作。系統(tǒng)安裝完成后必須進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證，各項(xiàng)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(xùn)工作，明確責(zé)任和完成工作時(shí)應(yīng)注意的安全事項(xiàng)。8. 2由司機(jī)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(jìn)行檢驗(yàn)，每三天防爆 系統(tǒng)的瓦斯監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行一次現(xiàn)場調(diào)校，以保證防爆瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和

10、可靠性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí) 處理，處理不了的問題通知廠家專業(yè)技術(shù)人員來現(xiàn)場處理，嚴(yán)禁非專業(yè)人員擅自維修和拆卸。8. 3機(jī)械車輛的防爆裝置嚴(yán)禁在隧道內(nèi)車輛啟動(dòng)狀態(tài)下檢查，有故障時(shí)必須在洞外進(jìn)行。8. 4完善各項(xiàng)操作細(xì)則，嚴(yán)格遵守煤礦安全規(guī)程的各項(xiàng)要求。8. 5監(jiān)控分站和傳感器應(yīng)設(shè)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(lǐng)導(dǎo)小組，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范制定環(huán)保方案和措施，組織有關(guān)作業(yè)人員學(xué)習(xí)環(huán) 保方面的知識(shí)，并經(jīng)常進(jìn)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(jīng)常對塵埃、煙氣、尾氣等污染進(jìn)行清理，確保其工作環(huán)境達(dá)到相關(guān)要求。10. 效益分析10.1 經(jīng)濟(jì)效益用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和 KG9701A氐濃度甲烷傳感器對機(jī)械和車輛進(jìn)行防爆改裝，形成車載 的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，將被動(dòng)防御變?yōu)橹鲃?dòng)防御，大大提高設(shè)備的防爆安全性能，為有軌運(yùn)輸變無軌運(yùn)創(chuàng) 造了有利的條件。與購置防爆設(shè)備、無軌運(yùn)輸方案相比費(fèi)用成本節(jié)約789萬元。10.2 社會(huì)效益 在金竹山隧道的施工中，由于機(jī)械設(shè)備主動(dòng)防御防爆設(shè)備改裝研究內(nèi)容的突破，確保了瓦斯隧道 施工的安全和質(zhì)量，同時(shí)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(zhì)監(jiān)總站、四川省交通廳、川高集團(tuán)、達(dá)陜高速公路業(yè)主和監(jiān)理單