在建隧道无线综合参数监测系统

一、系统概述

   有害气体事故防治是隧道施工中一个很重要的安全问题，一般都采用加强通风、加强有害气体监测、使用防爆型机电设备、严格管理洞内火源等措施来防止有害气体事故的发生。随着监测技术的发展，汇集现有传感器技术、信息传输技术、计算机技术等综合技术的推广应用后，大大的提高了隧道施工的技术管理水平。随着国家对隧道施工有害气体事故防治的重视，越来越多的隧道施工采用了全自动化的有害气体监测系统，此系统结合隧道施工自身特点采用无线传输方式，既考虑了技术上的安全可靠，又考虑了经济上的价格合理。

 

二、系统特点

1、实时、准确：本系统能够将隧道内部各关键点的有害气体浓度数据反映到管理中心及洞口LED打屏幕上，当有有害气体浓度超过预设报警值时系统会自动报警。

2、智能、安全：本项目组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，并发出报警信号。

3、便捷、省力：该系统采用2.4G无线微波传输到洞口，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。

4、全自动、全天候：本系统采用设备的完全自动化全天候的模式运行，后期人工复核干预，保证整个工程施工安全。

 

三、系统主要设备介绍

1、甲烷传感器

    低浓度甲烷传感器是一种智能型检测仪表，具有自动调零、自动调灵敏度、非线性补偿等功能（所有功能可通过遥控器来实现），具有精度高、使用方便、稳定可靠等优点。能与国内外各种煤矿监测系统及甲烷断电仪等配套使用。

主要技术指标  

   * 防爆型式：矿用本安兼隔爆型  

   * 防爆标志：ExibdI  

   * 测量范围：0～4.00%CH4  

   * 测量误差：0～1.00% CH4 δ≤0.10% CH4 1.00～3.00% CH4 δ≤真值的±10% 3.00～4.00% CH4 δ≤0.30% CH4  

   * 响应时间：小于20s  

   * 报警点： 0.50～3.50% CH4 可任意设置  

   * 报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器鸣叫  

   * 输出信号：频率200～1000Hz 电流1～5mA RS485接口，传输速率1200bps  

   * 断电输出：0/5mA电流脉冲  

   * 工作电压：本安DC9～18V  

   * 电流： DC18V≤100mA。

 

2、一氧化碳传感器

矿用一氧化碳传感器是矿用连续检测矿井下一氧化碳浓度的高精度仪表。传感器能够实时地测量并且显示矿井下的一氧化碳浓度，而且根据浓度值的大小产生声光报警信号，并且输出与一氧化碳浓度相对应的模拟信号。还能够和国内其它的煤矿监测系统相兼容；也可以独立使用于多种矿用检测系统。传感器使用国外的进口检测元件，使传感器的性能更加稳定、测量更加精确，使用寿命大大延长。

主要技术参数 

   * 产品执行标准：AQ 6205-2006 

  * 防爆型式：矿用本质安全型；

  * 防爆标志：ExibI 

  * 量    程：0～1000×10-6； 

  * 基本误差：见说明书 

  * 输出信号：200～1000Hz2 供电电压范围：DC 9～24V；

  * 工作电流：Ii：90mA（Ui：18.4V 工作时）； 

  * 报警方式：间歇式声光交替；

  * 报警点：可调； 

  * 音量：≥80dB ；

  * 光可见度：≥20m 

  * 外型尺寸：225*110*35mm；

  * 重量：1kg 

 

3、风速传感器

   风速传感器主要用于煤矿井下风速的测量，安装在测风站、进回风巷和采区工作面等场所，是保证煤矿安全生产的重要仪器。具有遥控调校功能，其主要作用是不受通风巷道断面大小影响，能很方便地进行安装调校，并且好具有更好的信号远传功能。同时，该传感器是用压电超声原理研制成的无转动部件，结构小型化，使用方便，检出量不受环境、温度、气压、粉尘和电磁干扰影响，具有测量精度高、范围宽、维护方便等优点。可与矿井环境监测系统配套使用。

主要技术指标：     

   * 防爆形式： 矿用本质安全型“ExibI”    

   * 测量范围： 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~15Hz  4~20mA/1~5mA/RS485总线    

   * 工作电压：  本安DC12V~18V    

   * 工作电流：  不大于100mA    换能器工作频率140~150kHz    

   * 外型尺寸及质量370mm×160mm×55mm        

   * 重量：2Kg

 

4、硫化氢传感器

  矿用硫化氢传感器为本质安全型仪器。适用于煤矿井下以及非煤矿山各作业场所中测量空气中的H2S浓度。具有红外线遥控调校功能；具有超限声、光报警功能。传感器具备H2S浓度信号远传功能，通过频率、电流或数字信号传输。 

主要技术指标 

   * 测量范围：0～100×10-6 H2S。    

   * 分辨率：1.0×10-6 H2S。 

   * 显示方式：4位LED显示   

   * 响应时间：≤30s 

   * 报警点：可调，出厂时设定为24.0×10-6 H2S 

   * 报警方式：声、光 

   * 防爆型式：矿用本质安全型 防爆标志：ExibI 

   * 输出信号： 电流：DC 1～5mA(负载电阻≤500Ω)、4～20mA（负载电阻≤125Ω)； 频率：200～1000Hz。 

   * 本安参数：a）Ui：21.5V DC；Ii：40mA；b）Ci：0uF；Li：0mH。 

     供电电压：9V～24V DC 

5、KJ1061A发射机

   KJ1061A无线综合参数检测发射机主要由：安装在防爆外壳里的发射机主板、2.4G Zigbee 发射模块、全向天线以及安装在防爆外壳上连接传感器的四芯航插、连接DC12V直流电源的三芯航插、电源指示灯组成。其功能是将各种传感器检测到脉冲信号转换成电信号后，通过2.4G Zigbee发射模块、全向天线以无线方式发射。

主要技术指标  

   * 防爆型式：隔爆型  

   * 供电电压：DC12V

   * 无线发射频率：2.4G Zigbee

   * 无线发射功率：50mW

   * 连接传感器数量：1个

   * 连接传感器类型：CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、H2S(硫化氢)、O2(氧气)、温湿度、风速等。

   * 工作温度：0-40℃，湿度≦98%

   * 防水等级：IP65

 

6、KJ1062A接收机

   KJ1062A无线综合参数检测接收机主要由：安装在防爆外壳里的接收机主板、2.4G Zigbee 接收模块、以太网模块、全向天线以及安装在防爆外壳上连接无线网桥Secondary口的四芯航插、连接DC12V直流电源的三芯航插、电源指示灯组成。其功能是通过2.4G Zigbee接收模块、全向天线接收KJ1061A发送的2.4G无线电信号，并通过以太网模块将接收到的电信号发送到无线网桥（2.4G/5.8G）。

主要技术指标

   * 防爆型式：隔爆型

   * 供电电压：DC12V

   * 无线接收频率：2.4G Zigbee

   * 无线接收功率：50mW

   * 接收信号数量：可同时接收200个发射机发送的信号

   * 工作温度：0-40℃，湿度≦98%

   * 防水等级：IP65

 

7、KJ1063A集中供电宽电压电源

   KJ1063A无线综合参数检测电源由安装在防爆外壳内的宽电源控制变压器、开关电源和安装在防爆外壳上的四芯航插（市电输入）、三芯航插（DC12V输出）、输入输出电源指示灯、保险管（座）组成。主要功能是为KJ1061A、KJ1062A提供稳定的直流工作电源。

 其特点是：适应交流电压范围宽，在125V~500V范围内，都能输出恒定的直流电压。

主要技术指标

   * 防爆型式：隔爆型

   * 输入电压：AC 140V~440V

   * 输出电压：DC 12V × 4路 25W/路

   * 功率：100W

   * 工作温度：0-40℃，湿度≦98%

   * 防水等级：IP65

 

8、断电仪

   甲烷断电仪（以下简称断电仪）适用于煤矿中有瓦斯(甲烷)和煤尘爆炸危险的场合，与低浓度甲烷传感器配接，连续监测被控区域风流中的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到或超过报警值时，传感器立即发出声、光报警信号，当瓦斯浓度达到或超过断电值时, 断电仪立即断电（切断被控设备用电），以确保生产安全。当瓦斯浓度回落到解锁值以下时, 断电仪自动解锁（恢复被控设备用电），并继续进行监控。

产品参数 

  1) 使用环境条件：工作温度（0-40)℃；相对温度≤98%； 气压（80-110）kpa；风速≤8m/s；具有甲烷煤尘爆炸危险的煤矿井下。 

  2) 测量范围：（0.00-4.00）%CH4。 

  3) 测量误差：（0.00-1.00）%CH4时，≤±0.10%CH4 （0.00-3.00）%CH4时，真值的±10%；（3.00-4.00）%CH4时，≤±0.30%CH4 

  4) 响应时间：≤20s 

  5) 显示方式：三位红色数码显示，一位正负号显示。 

  6) 工作方式：长时间连续式工作。 

  7) 开机延时：0-250s DJ4/1140(660)J机载式甲烷断电仪是实现监测区域内甲烷浓度显示、报警,并对受控电气装置实施闭锁、解锁控制的装置,包括低浓度甲烷传感器和电源控制警报装置. 

  8) 超限报警功能：

   * 报警范围：参照传感器条款    

   * 报警误差：±0.10%CH4  

   * 报警方式：红色闪光、警车声         

   * 报警声级强度：≥80dB（A）《煤矿安全规程》规定：机掘工作面的掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪，报警浓度为≥0.8％，断电浓度为≥0.8％，断电范围为掘进机电源。

   * 甲烷传感器应悬挂在棚梁下10～30cm处。 

  9) 输入电压等级：660V/380V/220V/127V/110V/36V 10.断电仪由主机、传感器及电缆组成。  

  10) 矿用机载式甲烷报警断电仪主机 

   * 防爆型式：矿用本质安全兼隔爆型；   

   * 防爆标志：Exd[ib]1  

   * 外形尺寸：218*178*102（mm）；    

   * 重量：≤7kg；  

   * 主机本质安全电源直流输出：15V/510mA DC

 

9、LED显示屏

   安装在隧道口附近，用于显示综合参数各种传感器采集数据的信息，使管理先进化，透明化。显示的内容包括：气体浓度，时间，状态，以及隧道工程进展等信息。

 

四、系统拓扑图

 

五、系统软件

 1、现场版本

 

 2、网络版本

   

     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。产品特点：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值，并能自动生成报表数据。

 

六、工程案例

签订日期	单位名称	项目名称	项目类型
2011年6月	重庆中业矿山技术有限公司	丹景隧道	隧道无线视频监控系统、综合参数检测系统、人员管理系统
2013年5月	成都纳森机电设备有限公司	四川二郎山隧道	隧道无线视频监控系统、综合参数检测系统
2013年8月	四川天壹科技发展有限公司	四川天壹科技发展有限公司	隧道无线视频监控系统、综合参数检测系统、人员管理系统
2014年10月	中国水利水电第七工程局有限公司渝广高速公路项目经理部	华蓥山项目	隧道施工安全监测系统（无线视频监控、综合参数检测、人员区域定位系统）
2013年12月	中国水利水电第十四工程局有限公司重庆梁忠高速公路项目经理部	梁忠高速	隧道无线视频监控系统、综合参数检测系统、人员管理系统
2014年4月	中铁一局集团有限公司桃巴高速公路LJ1合同段项目经理部	米仓山隧道	隧道无线视频监控系统、综合参数检测系统、隧道报警电话系统、人员管理系统
2015年3月	重庆涪陵路桥工程有限公司	白涛隧道	隧道无线视频监控系统、有害气体监测系统、安全质量管理系统、人员区域管理系统等
2015年4月	中国建筑五局隧道公司	缙云山隧道	综合参数检测系统、人员管理系统
2016年4月	中交一公局第一工程有限公司重庆九龙破至永川高速公路第四合同项目经理部	九永高速	隧道无线视频监控系统、有害气体监测系统、人员区域管理系统等
2016年4月	中交一公局第四工程有限公司重庆九龙破至永川高速公路第一合同项目经理部	九永高速	隧道无线视频监控系统、有害气体监测系统、人员区域管理系统等
2016年5月	中国水利水电第七工程局有限公司渝广高速公路项目经理部	华蓥山隧道	隧道施工安全监测系统（无线视频监控、综合参数检测、人员区域定位系统）
2016年9月	中铁二十五局集团第一工程有限公司	万州铁峰山隧道	隧道无线视频监控系统、有害气体监测系统、人员区域管理系统等
2016年9月	中铁十一局集团第五工程有限公司	万州铁峰山隧道	隧道无线视频监控系统、有害气体监测系统、人员区域管理系统等
2016年10月	招商局重庆交通科研设计院有限公司	甘肃渭武高速隧道	五位一体气体检测系统
2016年10月	甘肃省交通科学研究院有限公司	甘肃渭武高速隧道	五位一体气体检测系统