瓦斯隧道机械车辆主动防御防爆改装施工工法样本.doc

瓦斯隧道机械车辆主动防御防爆改装施工工法

中铁十二局集团 中铁十二局集团第一工程
王琪 胡曙峰 王万通 安建国 姜军

1.序言
因为瓦斯隧道施工高风险性，一般机械设备无法在瓦斯隧道内作业，所以，机械设备防爆改装是瓦斯隧道施工中最关键内容之一，机械设备防爆性能直接决定瓦斯隧道施工成败。金竹山瓦斯隧道是达陕高速公路高风险控制性工程，全长2700m，不良地质关键有采空区、煤层、瓦斯、小煤窑、极软弱破碎围岩等，施工条件极其复杂。为了安全、优质完成施工任务，中铁十二局集团组织隧道施工、瓦斯防治和设备改装教授和技术人员成立了攻关小组，对金竹山瓦斯隧道关键施工技术课题进行研究。用KZJ001-F煤矿监测分站和KG9701A低浓度甲烷传感器对机械和车辆进行主动防御防爆改装为课题关键技术之一，并申请了《车载瓦斯监测系统》专利，且已授权，经查新此项技术在中国外首次使用，8月31日山西省科技厅组织教授进行技术判定，认为该项技术达成国际优异水平。该项技术在瓦斯隧道施工中有较大推广价值，经过实践检验总结形成本工法。
2.工法特点
2.1机械车辆用KZJ001-F煤矿监测分站和KG9701A低浓度甲烷传感器进行主动防御防爆改装，形成车载瓦斯监控系统，防爆改装价格廉价实惠。
2.2防爆装置安装快捷，维护简便，系统运行稳定可靠。
2.3不会改变机械车辆动力特征。
2.4可同时防御监测多个有害气体，甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化氮、风速等。
2.5 本工法将传统设备被动防御防爆改装（对设备进行特殊设计实现设备在瓦斯超限等危险条件下含有继续作业能力）变为主动防御防爆改装（采取一定方法手段，使机械设备在瓦斯超限等危险条件下设备自动停止作业，瓦斯在正常范围后设备会重新开启作业）,结合瓦斯隧道施工实际情况分析，施工机械如挖掘机和装载机在作业时会不可避免产生摩擦或碰撞火花，瓦斯浓度超限情况下很危险，但被动防御防爆设备是无法克服。所以该类设备必需采取主动防御方法来实现设备防爆功效,确保瓦斯隧道施工安全。
3.适用范围
本工法防爆改装技术适适用于无严重瓦斯突出危险高瓦斯隧道和低瓦斯隧道，隧道含有良好通风换气条件，施工机械设备情况良好。
4.工艺原理
主动防御防爆改装系统关键利用煤矿监控分站和传感器采集施工机械工作区域环境瓦斯气体浓度参数，形成车载瓦斯监控系统。控制分站依据采集浓度值和控制逻辑进行分析处理。系统工作时，当环境瓦斯浓度逐步上升，达成比较危险浓度（比如根据相关要求设定为0.3%），分站向报警器发出报警信号，报警器发出声光报警，驾乘人员听到或看到报警信号后，立即停止作业，通知相关人员核查现场实际情况，在查明起因并解除危险后再行作业，能够实现危险提前处理作用。假如瓦斯浓度上升较快或是施工机械现场无人值守时，环境瓦斯浓度达成较高危险限值0.5%后，此时控制分站再次向机械断油熄火控制器发出控制信号，使机械自动停止工作，实现闭锁。系统工作原理示意以下图4所表示。

图4 车载瓦斯系统工作原理示意
5.施工工艺步骤及操作关键点
5.1施工工艺步骤 见图5.1
5.2操作关键点
5.2.1防爆改装系统组成
防爆改装系统关键由三部分组成：系统维护和配置管理中心、控制分站、检测控制器。系统结构以下图5.2.1。
1、 系统维护和配置管理中心
系统维护和配置管理中心关键用于设置、调试系统配置参数和控制逻辑。关键由中心电脑、系统软件、数据传输接口组成。这部分配置关键由设备提供方使用，用户也可购置用于平时维护，系统正常运行时不需该部分设备。

图5.1施工工艺步骤图 图5.2.1防爆改装系统结构图
2 、控制分站
分站是系统数据采集处理和逻辑控制中心，负责从传感器采集环境参数，并将结果根据管理中心软件所设计控制逻辑进行判定处理，依据配置方案在检测到异常时输出报警和断电等控制信号；分站还含有和管理中心进行数据通信功效，接收管理中心下达配置逻辑指令并可将采集数据发送至管理中心进行实时监测调试。
3、检测控制器
检测控制器包含传感器和报报警器。
传感器关键是采集隧道环境参数，传感器种类比较多，如：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化氮、风速等。现在车载瓦斯监控系统配置传感器多为沼气传感器，也可依据现场需要配置其它类型传感器。
报警器接收分站发来报警信号，发出声光报警提醒，提前发出预警。
5.2.2施工准备
关键是防爆改装系统分站、传感器准备和安装所用工具准备。
5.2.3防爆改装主体机械检验
对需要改装机械性能和状态进行检验，确保所改装机械含有良好工作状态。假如机械工作状态满足不了要求，则需对机械进行维修和保养。
5.2.4防爆系统安装
监测分站安装位置可依据机械本身结构特点进行选择，可安装于驾驶室、机械底部或侧面和驾驶室和车箱连接处等。传感器安装于驾驶室顶部通风处。因为机械是一个振动猛烈载体，所以相关设备需要作加固和防振设计。防爆改装系统装置部署示意以下图5.2.4。

图5.2.4防爆改装系统装置部署图
5.2.5防爆系统精调
用标准甲烷气体对改装后机械车辆进行检测，系统检测瓦斯精度控制在±0.1%以内，同时确保整个系统在检测到瓦斯气体情况下根据设定要求进行报警和瓦机闭锁。
5.2.6防爆机械验收
1、防爆系统安装完成后对整个机械性能进行验收，确保增加防爆系统后不能改变机械操作性能。
2、机械防爆改装完成后要求连续7天跟踪检验防爆系统对瓦斯监测灵敏度，和瓦检员光干涉检测仪数据进行比较，同时观察机械实际作业性能有没有改变。
6.材料和设备
材料和设备见表6
表6 材料设备
序号
设备名称
型号
单位
数量
备注
1
煤矿监测分站
KZJ001-F
台
1
防振设计
2
低浓度甲烷传感器
KG9701A
个
2
带保护箱,防振设计
3
声光报警器

个
1

4
专用线缆及配件

套
1

5
标气

瓶
1
校准用
6
减压阀

个
1
7
流量计

个
1
7.质量控制
7.1精度控制
系统精度：≤±0.1%；扫描间隔: ≤0.4秒；控制实施时间：≤1秒；数据传输速率：2500bps，误码率≤10-8
7.2质量确保方法
7.2.1防爆改装前专业技术人员先对机械状态和防爆系统进行认真检验测试，各项指标均合格后才能进行防爆设备改装工作。
7.2.2系统安装完成后必需进行反复验证，各项功效均满足要求后方能投入使用。
8.安全方法
8．1做好全部作业人员安全教育和培训工作，明确责任和完成工作时应注意安全事项。
8．2由司机配合瓦斯监测工天天对防爆系统分站、传感器和熄火装置进行检验，每三天防爆系统瓦斯监控设备进行一次现场调校，以确保防爆瓦斯监控系统正确性和可靠性，发觉问题立即处理，处理不了问题通知厂家专业技术人员来现场处理，严禁非专业人员私自维修和拆卸。
8．3机械车辆防爆装置严禁在隧道内车辆开启状态下检验，有故障时必需在洞外进行。
8．4完善各项操作细则，严格遵守《煤矿安全规程》各项要求。
8．5监控分站和传感器应设置很好防尘、防水和防震等安全方法，确保其正常工作环境。
9.环境保护方法
9．1成立施工环境保护领导小组，依据相关规范制订环境保护方案和方法，组织相关作业人员学习环境保护方面知识，并常常进行宣传教育。
9．2施工期间要确保防爆瓦斯监控系统有效作业环境，常常对尘埃、烟气、尾气等污染进行清理，确保其工作环境达成相关要求。
10.效益分析
10.1经济效益
用KZJ001-F煤矿监测分站和KG9701A低浓度甲烷传感器对机械和车辆进行防爆改装，形成车载瓦斯监测系统，将被动防御变为主动防御，大大提升设备防爆安全性能，为有轨运输变无轨运发明了有利条件。和购置防爆设备、无轨运输方案相比费用成本节省789万元。
10.2社会效益
在金竹山隧道施工中，因为机械设备主动防御防爆设备改装研究内容突破，确保了瓦斯隧道施工安全和质量，同时又节省了成本，提升了工作效率，缩短了施工工期。金竹山隧道施工得到了交通部质监总站、四川省交通厅、川高集团、达陕高速公路业主和监理单位一致好评；和连续两年被四川川高集团评为A级信用单位。
11.应用实例
本工法在达陕高速公路金竹山瓦斯隧道、狮子寨瓦斯隧道和达万高速公路天坪寨瓦斯隧道中成功应用，改装后机械设备运行稳定可靠，为瓦斯隧道安全、快速、经济施工做出了一定贡献，能够为同类隧道施工提供一定借鉴和参考，得到了建设单位和监理单位一致好评。