清平三汇隧道瓦斯专项监测方案Word文档下载推荐.docx

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《遵循802.11b、802.11g无线网络传输规范》

2.工程概况

清平隧道与三汇隧道设计均为分离式隧道，双向四车道，车速80Km/h，隧道净宽10.25m，净高5m；

紧急停车带净宽13m，净高5m，车行横通道净宽4.5m，净高5m；

人行横通道净宽2m，净高2.5m。

2.1地理位置与地形地貌

清平隧道：

拟建清平隧道进洞口位于合川区清平镇横担村五社，南向约600m有简易公路直达，交通较方便。

出洞口位于狮滩镇白银村六社四方井，有公路直达，交通方便。

如图2-1所示。

隧道里程桩号：

左洞K37+052~K40+705，隧道长3653m，右洞YK37+077~YK40+675，隧道长3598m。

图2-1交通位置图

隧址区为构造剥蚀溶蚀低山地貌，地形起伏较大，最高点为隧道里程K38+350，高程约580m。

最低点位于隧道进口点，高程约381m，相对高差达200m。

隧道进、出口段地形起伏不大，地形坡脚15°

~40°

，植被较发育，洞身段纵向向上地形坡角变化均较大，坡角30°

~60°

，局部近直立。

三汇隧道：

拟建三汇隧道进洞口位于合川区三汇镇老龙村六组，如图1。

有简易公路直达，交通较方便。

出洞口位于三汇镇八字村十一组，距离357县道250m，交通较方便。

三汇隧道里程桩号：

左洞K41+951~K43+288，长1337m，右洞YK41+940.718~YK43+271.916，隧道长1331.198m。

隧址区为构造剥蚀溶蚀低山地貌，地形起伏较大，最高点为隧道里程K42+160，高程约510m。

最低点位于隧道出口点，高程约315m，相对高差达195m。

~30°

2.2气象、水文及地质构造

隧址区内气候冬暖春早，夏热秋雨，四季分明；

平均气温16.6℃～18.6℃之间，东部地区年总降水量1050～1350毫米，西部地区1000毫米左右。

夏、秋两季降水量占全年降水总量的70％左右，年平均相对湿度78.9％左右。

拟建隧道位于新华夏系四川沉降带川东褶皱带，由一系列走向北东的条形背斜、向斜相间排列的梳状构造和隔挡式构造形成的构造地貌，北部收敛，南部散开似帚状展布。

如图2-2构造纲要图所示。

观音山背斜、沥鼻峡背斜轴部及两翼多为低山，海拔高度在1000-1300m，背斜中部形成细长的与山体走向一致的岩溶槽谷，两侧为脊状山或单斜山，呈“一山二岭一槽”“一山三岭二槽”式地貌形态特征，总体地势较陡，坡角一般在30°

-50°

，沟谷发育，纵坡降多大于30%，切割较深，一般几十至数百米。

悦来向斜、北碚向斜、合川向斜轴部及两翼多为丘陵，高程在300-500m，岩性为砂泥岩互层，呈叠瓦状，地形坡角一般为10°

-30°

，沟谷发育，纵坡降多小于20%，切割深度多在10-30m。

区域构造上，清平隧道与三汇隧道分别位于沥鼻峡背斜的两翼（清平隧道位于东南翼，三汇隧道位于西北翼），二者地层岩性呈对称分布，具体详见下节描述。

背斜构造中部因断层发育而成剥蚀为峡谷——沥鼻峡。

图2-2构造纲要图

位于沥鼻峡背斜南东翼，岩层呈单斜构造产出，如图2-3。

受构造控制，区内冲沟较发育，平面上多属树枝状水系。

该隧道所在的山脊为分水岭，出口段汇集到坡脚岩溶槽谷地下暗河中；

进口段经小型冲沟汇集到地形低洼处，其水量主要受大气降水影响。

经现场调查，隧道内无大的地表水体。

隧道区位于沥鼻峡背斜北西翼，岩层亦呈单斜构造产出，如图2-4。

该隧道所在的山脊为分水岭，进口段汇集到坡脚岩溶槽谷地下暗河中；

出口段经小型冲沟汇集到地形低洼处，其水量主要受大气降水影响。

2.3地层岩性与煤层地质情况

拟建隧道穿越地层主要包括：

第四系地层、侏罗系下统珍珠冲组（J1z）、三叠系上统须家河组（T3xj）、三叠系中统雷口坡组（J2l）、三叠系下统嘉陵江组（J1j）。

以沥鼻峡为对称轴，两隧道地层呈对称出露。

如图2-3、图2-4：

图2-3清平隧道地层剖面图（左侧为背斜翼部，右侧为背斜核部）

图2-4三汇隧道地层剖面图（左侧为背斜核部，右侧为背斜翼部）

各地层岩性如图2-5所示，这里需要着重指出的是煤系地层三叠系须家河组（T3xj）。

该地层分布于沥鼻峡背斜翼部隧道洞身段，占据了清平、三汇隧道长度的的绝大部分（如图2-3、2-4），岩性上由六层段组成，其中T3xj1、T3xj3、T3xj5段为区域性泥岩含煤段，T3xj2、

图2-5隧址区地层柱状图

T3xj4、T3xj6为厚层砂岩段，与下伏地层过渡接触，总厚度可达400-600m。

弱风化带以下的长石砂岩属Ⅴ级次坚石，其余岩性属Ⅳ级软石。

各段岩性如下：

一段（T3xj1）：

浅灰、青灰色页岩夹砂质页岩、砂质泥岩及薄煤层；

二段（T3xj2）：

为青灰、灰白色厚层状长石石英砂岩夹灰黑色页岩和砂质页岩；

三段（T3xj3）：

灰色、深灰色及黑色薄层状泥岩，粘土质泥岩、砂质泥岩夹泥质粉砂岩，含钙质粉砂岩、煤线及炭质泥岩，局部含较多含铁矿晶粒。

夹大独连煤层，上部煤层结构较简单，属较不稳定煤层；

四段（T3xj4）：

黄灰色、浅灰色薄至巨厚层状，细至中粒长石石英砂岩，上部夹长石砂岩，局部含砾石，成分以燧石为主，次为石英岩、泥岩；

五段（T3xj5）：

灰色、深灰色薄层状泥岩，砂质泥岩夹黄灰色薄至中厚层状粉砂岩，钙质粉砂岩及含钙质砂质泥岩、煤层、煤线。

其中烧炭煤层位于上部，距六段T3xj6底界8-10m，为大部可采煤层，煤层结构简单，煤层厚0.2-0.4m，含夹矸石一层，夹矸厚0.06-0.14m，属较稳定煤层；

六段（T3xj6）：

黄灰色中至巨厚层状中粒长石石英砂岩，局部夹粉砂岩，中下部含燧石、石英岩及砂岩等砾石，中部含菱铁矿结核。

根据初勘报告，清平隧道隧址区主要矿山为合川区横担煤业有限责任公司横担煤矿，为多个小煤窑整合而成，开采三叠系须家河组煤层。

隧道洞身段K36+945至K37+896为三叠系上统须家河组（T3xj）地层，岩性为砂岩、页岩及煤层，煤主要以透镜体或煤线产出，分布于须家河组一，三，五段中，厚度一般是10cm至50cm。

根据初勘报告，三汇隧道隧址区主要矿山为合川区大光明煤业有限责任公司梭罗沟井，开采三叠系须家河组煤层。

隧道洞身段K42+190至K42+800为三叠系上统须家河组（T3xj）地层，岩性为砂岩、页岩及煤层，煤主要以透镜体或煤线产出，分布于须家河组一，三，五段中，厚度一般是10cm至50cm。

3.瓦斯自动监控系统

3.1监测系统方案设计

清平及三汇隧道无线综合参数实时监控系统主要监测几大环境数据，并进行分析，分别是：

瓦斯、硫化氢、CO、风速进行实时的监测、报警；

并结合强制断电（动力电源）等手段已达到杜绝有毒有害气体安全隐患的目的。

表3-1瓦斯监控系统

数据传输系统

数据采集系统：

交换机、宽电源模块（90-420V电压）、电源避雷器、EMI滤波器

数据直放站：

无线网桥、EMI滤波器

数据基站：

交换机、电源模块、电源避雷器、EMI滤波器

综合参数传感器监测系统

无线瓦斯传感器、无线风速传感器、无线CO传感器、无线硫化氢传感器

无线综合参数信号处理器、断电仪、防爆开关、声光\断电仪控制器

LED显示\报警系统

户外高亮度LED屏、声光报警器、显示屏专用显卡、显示屏专用同步卡、显示屏专用开关电源、电源线缆、网线、电源插板

数据通讯转换器

3.1.1总体设计方案

清平及三汇隧道无线综合参数实时监控系统包括对施工现场瓦斯、CO浓度、硫化氢、风速等监测。

清平及三汇隧道无线综合参数实时监控系统前端通过各类传感器，如瓦斯传感器、CO传感器、风速传感器、等采集现场数据。

本系统中主要以瓦斯和风速传感器为主，在隧道施工掌子面挖掘现场左部、顶部、右部分别安装瓦斯传感器监测各施工点瓦斯数据，在掌子面挖掘现场回风巷安装风速传感器监测风机工作风速大小。

当监测现场数据超标或不达标时，传感器自身进行声光报警，以警示施工现场工作人员注意施工安全，传感器采集到的各类数据信号通过防爆无线综合参数信号处理器处理，以无线zigbee2.4GHz无线传输方式将信号传输至图像信号采集系统配套连接的无线综合参数信号处理器，图像数据采集系统将接收到的各类传感器信号及监控视频信号通过zigbee2.4Ghz无线传输至数据直放站，数据直放站将所有信号分别传输至数据基站和施工项目现场监控室的一体化工作站，数据基站通过连接局域网和外网，将传感器实时监测信号和视频信息传输至局域网监控软件客户端和远程监控软件客户端，通过局域网监控软件客户端和远程监控软件客户端实时查阅各施工现场传感器监测的数据，在客户端上自动保存各传感器监测数据以备查阅备档。

一体化工作站通过串口

连接人员管理系统智能读卡器，通过串口

连接声光报警/断电仪控制器再分别连接声光报警器和断电仪，通过串口

连接LED大屏幕，当各类传感器监测的数据超标或不达标时，除隧道内掌子面施工现场传感器进行声光报警外，隧道外的声光报警器也会发出报警，同时系统通过智能分析判断是临时受施工现场环境影响还是监测数据确实超标或不达标，如果判断确为监测数据超标或不达标，则启动断电仪对隧道内施工的动力线路进行自动断电，从而保护施工现场人员安全。

LED大屏幕实时显示当前传感器监测的数据及隧道的施工进度。

清平及三汇隧道无线综合参数实时监控系统是依据最新科技和监管行政单位信息化管理研制而成，在于使最新科学技术适用于交通隧道安全施工建设，同时为政府监管单位、业主、施工单位对于隧道施工现场现代化、信息化、智能化、安全化提供支撑。

3.1.2系统特点

1、一体化系统设备

采用一体化集成式监控终端，内置无线传输天线、无线遥控、防水牢固。

2、无线传输

无线微波传输，点对点或点对多点，系统可扩展性强，频率：

2.3-2.5G，有效距离：

点对点15公里，数据传输15公里点对点实际速度在20Mbps以上，无线数据传输稳定可靠，三公里延时小于10ms。

3、实时、准确

实时、准确将各传感器监测数据通过综合参数监控软件显示在洞口LED大屏幕上；

智能分析判断监测数据是否异常，透明无线数据传输保证数据准备可靠。

4．安全、稳定、可靠

系统联合专业传感器厂家，研发专用的无线瓦斯监测报警及自动断电控制系统，当监测数据超标或不达标时，智能分析断电，以保证施工人员安全。

5．便捷、省力

该系统通过信号无线传输特色，在隧道内从掌子面、隧道内的关键部位各传感器监测信号无线传输至局域网和公网，大大减少了对施工的干扰，省去了信号传输线缆铺设及保护工作，信号出洞口后并入网络进行远程监控。

3.1.3系统拓朴图

图3-1系统拓扑图

3.1.4系统主要产品介绍

（1）瓦斯传感器

根据隧道施工环境，存在较大的粉尘，和较高的湿度，因此在传感器的选择上，应充分考虑实用性，红外瓦斯传感器发射的红外光线可能会受到隧道内粉尘影响，导致检测不准确，因此，经过权衡，最终选用传统热催化剂形式的瓦斯传感器。

该传感器连续检测瓦斯浓度的大小，主要用于煤矿井下具有煤与瓦斯突出的危险场所。

该传感器具有声光报警功能，带输出信号接口。

防爆标志为：

ExibdI

图3-2瓦斯传感器

主要技术性能指标：

整机工作电压：

（9～24）VDC

测量范围：

0.00%CH4～4.00%CH4

基本误差：

单位：

%CH4

表3-2瓦斯传感器技术指标

测量范围

基本误差

0.00～1.00

1.00～3.00

3.00～4.00

±

0.10

10%真值

0.30

显示方式：

四位红色数码管

采样方式：

限制扩散式

检测响应速度：

≤20s

催化元件寿命：

一年以上

防爆型式：

ExibdⅠ矿用本安兼隔爆型

设备安装位置：

由于传感器采用催化剂形式，当出现大量瓦斯情况时，催化剂即迅速反映，导致传感器失效，除此之外传感器正常使用寿命为一年半，因此为保证传感器传感元件需要每年更换一次（单独更换传感器催化元件）；

（2）校准设备

根据国家安全生产规定，有害气体传感器每15天应调校一次，为了每15天对传感器进行调校需要，每个隧道口需要配备便携式调校设备。

设备配备：

每个隧道口必须配备一台调校设备，此设备由专人管理。

图3-3调校设备

（3）GLH100煤矿用硫化氢传感器

传感器是采用智能化设计的单片机控制仪器，技术先进，功能齐全，性能稳定。

能够对矿山井下、避难硐室的救生舱内有可燃气体爆炸环境中的硫化氢浓度进行实时连续的检测，电路采用矿用本质安全型电路设计，结构简单、使用维护方便、全功能遥控调校。

具备声光报警和故障自动诊断功能，可与国内各类型监测系统配套使用。

井下硫化氢的最高允许浓度为6.6ppm。

可用于避难硐室的救生舱内！

图3-4GLH100煤矿用硫化氢传感器

技术参数：

测试范围：

0～100×

10-6

测量误差：

0～49≤±

3×

10－6

50～100≤真值的±

10%

响应时间：

≤45秒

输出特性

显示方式：

4位LED数码管显示

显示精度：

1×

10-6

响应时间：

≤60秒

报警范围：

报警方式：

断续声响（声级＞80dB）

间歇闪光（红色）

输出信号：

电流：

DC1mA～5mA;

4mA～20mA;

200～1000Hz（脉冲宽度大于0.3ms）

输出信号制式任设一种

（4）风速传感器

根据煤矿设计规范，因在回风巷设置风速传感器，测试巷道内通风情况，是保证安全生产的重要仪器；

采用超声波旋涡原理，无转动部件，性能可靠，可长时间连续工作，当风速低于报警点或高于上限报警点时，能发出声光报警，具有测量精度高、范围宽、维护方便等特点。

图3-5风速传感器

表3-3主要技术指标 

防爆形式

矿用本质安全型“ExibI”

风速0.3m/s~15m/s

坑道断面积

小于30m/s（可任意设置）

允许误差

小于±

0.3m/s

重复性误差

读数值+1%

输出信号

200Hz~1000Hz/5Hz~15Hz4~20mA/1~5mA/RS485总线

工作电压

本安DC9V~24V

工作电流

不大于100mA

外型尺寸及质量

370mm×

160mm×

55mm

（5）一氧化碳传感器

该传感器采用原装英国进口City一氧化碳元件，测试精度高、性能稳定可靠、使用寿命长、智能化设计、红外线遥控调整，当一氧化碳浓度超过设定的报警值时，可发出声光报警信号，输出接口信号多样化，可与我国各种监控系统配接使用，主要用于煤矿井下或其它需要检测一氧化碳浓度的场所。

图3-6一氧化碳传感器

表3-4主要技术指标

工作电压、电流

9～24VDC、≤100mA本安电源

测量范围1×

0～1000

基本误差1×

（0.000～100）±

4、（100～500）测量值的±

5%、（500～10000）测量值的±

6%

输出信号制式

频率型（200～1000）Hz可调

（6）防爆无线综合参数信号处理器

隧道内部具有较多的监测点，每一个传感器均配备一个无线综合参数信号处理器，降低采用有线的施工布线难度，本模块采用自行设计的数据发送模块，采用Zigbee2.4GHz，可在隧道内进行远距离传输，其发射功率为50MW，此模块内部包括为传感器供

电的电源模块，此模块按照防爆设计；

图3-7防爆无线综合参数信号处理器

产品特点：

1.将传感器的脉冲信号转换为电波信号进行发射

2.可发送2.4GHZ信号，在空间内无线传播

3.具备地址编码识别，每一个与之绑定的瓦斯传感器均具备唯一地址，方便管理

每一个工作的传感器均含一个2.4GHz无线数传模块

（7）断电仪

本断电控制器为本安信号驱动，无需外接供电电源。

断电接点两组，一组为高压双向可控硅40A/660V；

另一组普通接点0.25A/24V．并具有馈电检测功能，可将被控设备的断电状态传回分站，无需另设线路，可有效地监控断电失效状态。

图3-8断电仪

表3-5主要技术指标：

断电控制容量

0.3A/380V

额定工作电压、电流

18VDC、≤20mA

控制距离

2km

防爆标志

ExibI

预计每个隧道口安装一台断电仪

（8）数据直放站

KJ1072B数据直放站采用工业铝型材设计，室外防水

结构，通过集成多种系统功能来满足隧道现场监控的需要，其可靠性和实用性能大大提高。

通过集成无线传输模块、防雷模块、电源模块等，有效对图像数据采集系统（KJ1071B）提供有力的数据图像传输保证，为图像数据传输更远的距离提供了有力支持。

KJ1072B数据直放站内置无线传输模块采用专利天线技术，依靠内部无线传输模块的桥接技术，能达到1.5公里通信距离，由于对WMM（无线多媒体协议）的支持更是为系统的无线视频、音频数据传输提供了技术保证。

图3-9数据直放站

技术参数：

1、电源电压：

AC220V±

15%

2、工作频段：

2.412GHz～2.472GHz（IEEE802.11b/g）

3、发射功率\接收灵敏度：

10~26dBm（可调）\-97dBm

4、信道宽带：

20Mhz,10Mhz,5Mhz（软件可调）

5、发射功率：

10~26dBm（可调）

6、数据速率：

1,2,5.5,11,6,9,12,18,24,36,48,54Mbp 

7、支持协议：

IPv4、UDP、TCP、ICMP、Telnet、EP/WPA、WDS、STP、RSTP、Multicast

8、QoS功能：

802.11e/WMM 

支持无线多媒体功能

9、多重安全措施：

支持64/128bitWEP加密、WPA、WPA2、MAC地址过滤、支持二层隔离等多种安全方式；

信道宽度可调，无线通信更加隐蔽安全；

（9）数据基站（数据采集前端除电源外其余均参数相同）

KJ1073B数据基站采用工业铝型材设计，室外防水

通过集成无线传输模块、网络模块、防雷模块、电源模块等，有效的接收数据直放站（KJ1072B）传输的数据图像信号，以及与本地Internet网络进行有效连接，使图像数据采集系统（KJ1071B）采集的图像数据信号有效进入公网，从而是模拟监控转向网络监控。

KJ1073B数据直放站内置无线传输模块采用专利天线技术，能达到1.5公里通信距离，由于对WMM（无线多媒体协议）的支持更是为系统的无线视频、音频数据传输提供了技术保证。

图3-10数据基站

（10）LED点阵面板系统

洞口需要设置一个点阵面板实时刷新显示隧道内瓦斯状况，并能根据瓦斯浓度智能报警，为方便观看，采用点阵面板进行显示，采用红光LED面板制成显示，可以方便对施工瓦斯显示监控，除了显示瓦斯数据外，还可根据要求在制定位置，更改显示数据。

图3-11LED单色大屏幕显示板

产品特点:

1.支持本地数据修改显示，当检测到瓦斯量超标时，自动提示并声音报警

2.实时刷新显示数据

3.高亮LED显示屏幕，在白天也能清晰观看显示数据

4.具备户外防水功能，适合户外安装

3.1.5系统客户端软件

局域网综合参数监控系统软件

局域网监控系统软件，由传感器连接的无线综合参数信号处理器通过无线传输至图像信号采集系统连接的无线综合参数信号处理器，该处理器输出串行信号经过网络服务器，通过数据直放站、数据基站传输至局域网和公网，局域网监控系统软件则实时显示当前隧道内个传感器监测点的数据。

图3-12系统客户端软件

基于网络服务器，在接入局域网内任一计算机均可实时查看隧道内传感器数据，且能自动生成报表数据，可自动提示红色指示报警。

。

远程综合参数监控系统软件

远程综合参数监控系统软件通过互联网远程实时显示各监控点监控数据，并对超标或不达标参数可自动提示红色指示报警。

图3-13远程综合参数监控系统软件

基于网络服务器，在接入互联网的任何一台计算机均可实时查看隧道内传感器数据能自动生成报表数据。

3.1.6管理平台后端

瓦斯监控系统管理平台界面显示

图3-14管理平台后端

3.2传感器的悬挂位置及预警值

3.2.1传感器悬挂位置

各种传感器对应悬挂位置；

表3-6传感器悬挂位置对应表

名称

安全地点

安装位置

要求及标准

甲烷传感器

掌子面、回风流20m、二次衬砌台车、掌子面以外第1加宽带、掘进中的联络巷

掌子面的操作台车或顶板上、回风流20m的顶板上、加宽带顶板上、联络巷的顶板上、二次衬砌台车上