摘要：基于瓦斯隧道施工过程中瓦斯浓度信息实时监控需求，通过互联网建立数据采集、分析、预警，项目部、子公司、公司实时掌控的智能化监控系统，并对该系统的结构模式、设计功能进行了全面的探讨，结合该系统在项目应用情况可以看出，该系统可以为瓦斯隧道施工智能化监控发展起到安全风险防范作用。
关键词：隧道瓦斯；智能监控；应用研究；互联网
随着“交通强国、铁路先行”纲要的发出，加快了中国交通建设速度，铁路、公路建设延伸至西部山区，山区建设隧道占比较大，地质条件复杂，时常遇到穿越煤层、油气层等不良地质隧道，施工安全风险异常突出，为确保施工安全，隧道瓦斯浓度的实时监控成了隧道施工的重要步骤和任务。目前，瓦斯隧道通过自动检测及人工监测两种方式完成对隧道瓦斯的监测和安全管控。但在隧道瓦斯管理中，各瓦斯隧道监测相互独立，数据保存格式由各自采用的检测设备决定，或以Excel、Word等费结构化形式保留在项目本部电脑上。监测数据没有统一的格式和标准，没有集中进行数据的存储和处理，无法为管理者提供更高层面的瓦斯隧道安全管理支撑。所以，开发一套隧道瓦斯智能化监控信息系统来管理和分析隧道瓦斯浓度数据，可以加强隧道生产安全管理，加大管理力度，方便处理和保存瓦斯数据。
1概况
新建黄草二线隧道位于武隆县黄草乡境内和彭水县高谷镇境内，紧临既有渝怀线右侧，两线间距5～122m。黄草隧道全长7131m，隧道最大埋深约为736m，穿越页岩夹炭质页岩、粉砂质泥岩等岩层，地层本身具备生烃能力；同时结合施工现场超前探孔及炮孔施工等情况，隧道瓦斯主要来源于志留系下统龙马溪组底部的黑色页岩夹炭质页岩、粉砂质泥岩等岩层。进口斜井工区绝对瓦斯涌出量为1.416m3/min，绝对二氧化碳涌出量为0.456m3/min，进口斜井为高瓦斯工区，YDK205+125～YDK206+250为高瓦斯段落，瓦斯等级为二级，详见图1。隧道在采用人工检测和自动检测的基础上，采用了集团公司自主开发的隧道瓦斯智能化监控信息系统进行隧道瓦斯的数据采集、分析和瓦斯预警等瓦斯管理工作。
2监控信息系统体系
瓦斯监控信息系统以系统服务器为核心，利用数据采集系统、应用服务器、数据库服务器，通过自动采集和人工录入两种渠道实时收集黄草隧道瓦斯浓度数据，分析瓦斯浓度变化趋势，形成统计分析结果，并通过短信提醒、系统警报等手段及时提出预警，告知项目管理人员潜在的瓦斯风险，避免发生瓦斯隧道事故，减少瓦斯隧道风险损失，提高瓦斯隧道施工的安全系数，详见图2。在已经安装瓦斯自动监测系统的项目上，洞内监测点数据通过光缆或无线中继方式将监测数据发送至洞口瓦斯监测中心机上，智能化隧道瓦斯监控系统通过读取瓦斯检测中心机中的检测数据收集瓦斯监测数据。对具备有线网络条件的瓦斯监测中心机房，直接通过有线网络将监测数据发送至集团公司瓦斯隧道监测服务器上；对于不具备有线网络条件的瓦斯监测机房，可通过采用无线网卡方式传输数据。集团公司瓦斯检测服务器负责接收、存储和分析来自各条瓦斯隧道的监测数据信息，并根据分析结果，及时向隧道项目管理人员反馈瓦斯数据和发出预警，详见图3。
3系统功能
瓦斯隧道监测系统数据以隧道为单位，实时登记隧道中各瓦斯监测点数据，根据监测结果，系统将各隧道按瓦斯安全级别分类并向用户展示；对隧道瓦斯浓度超过国家法定标准的，通过手机应用、短信、二局门户系统等方式向项目和相关管理人员发送警报信息。
3.1监测数据采集。监测数据采集分为2种方式：①对于已经安装的自动瓦斯监测设备中的数据，可通过部署计算机接入瓦斯监测主机的串口接口，实时获取隧道各瓦斯监测点数据；数据获取后，计算机通过有线网络或3G信号，经由互联网上传至集团公司瓦斯监测服务器中。②通过人工手持设备监测，并手工登录系统填报监测数据的方式完成数据采集。系统对人工监测方式提供基于移动设备的数据录入接口，瓦检员可通过手机、平板电脑等移动设备随时随地完成数据的录入上传工作。
3.2数据分析。系统根据瓦斯隧道自动或人工录入的数据，能够进行相应的瓦斯浓度变化曲线绘制，分析判断瓦斯浓度变化趋势，当瓦斯浓度变化不正常时，及时向项目管理人员提出预警，详见图4。
3.3分级预警。系统设置瓦斯浓度预警级别，可包括正常、关注、危险、危急等多个等级，根据实时瓦斯浓度监测数据，各瓦斯隧道可处于不同的危险级别，在系统中按级别对隧道项目进行分类展示。系统以隧道为单位进行瓦斯安全分级，当瓦斯浓度数值超标，或瓦斯浓度/时间分析表明瓦斯浓度变化不正常时，可自动将隧道的瓦斯安全级别进行设置，及早提示项目、子公司和集团公司各级管理人员进行关注。管理人员和瓦检员登录系统后，系统中所有瓦斯隧道将按预警级别进行分类显示，危险级别较高，需要特别关注的排在最上方，以黑色标志进行警示；危险级别较低，不需要特别关注的隧道排在最下方，标注为浅灰色。当有隧道瓦斯浓度或浓度变化导致预警级别达到黑色时，系统可根据预先配置的紧急联络名单向相关人员手机发送提示信息，及时告知可能的危险，详见图5。
3.4身份管理。瓦斯隧道监测系统的用户身份管理依托于集团公司统一身份体系，不再单独设立系统账户，拥有权限的用户可以使用集团公司门户系统的域账户登录系统并进行操作。根据域账户用户所属项目和单位等，系统可为用户分配相应权限，避免有人恶意填报数据或窃取有关资料。
3.5与外部集成。系统提供标准的WebService接口进行对外的多样化的信息交互，分类如下：①对于获得授权的外部系统，瓦斯隧道监控系统可以提供隧道瓦斯监控数据的查询或分析结果展示，系统提供标准的WebService服务接口，能够对外部系统发起的查询请求进行相应，对通过授权验证的系统，瓦斯隧道监控系统将实时反馈准确的查询结果。②对于需要通报信息数据的外部系统，比如集团公司安全质量管理系统、集团公司门户系统，系统将通过相关系统提供的接口规范，按时向它们进行数据推送。比如某隧道瓦斯浓度达到警告标准，系统将向集团公司安全质量管理系统提交预警报告，方便上级管理部门随时掌握项目安全信息。③瓦斯隧道监测系统已与集团公司门户系统进行集成，用户登录门户系统后可以直接访问瓦斯隧道检测系统。门户系统提示信息采集功能，可获取瓦斯隧道监测系统提示信息，将提示信息在门户系统首页通知栏中记性显示，及时对用户进行预警提示。
4黄草瓦斯隧道智能化监测系统应用
黄草瓦斯隧道瓦斯监测管理全面接入了集团公司瓦斯隧道智能化监测系统，在数据采集、数据分析反馈、瓦斯分级预警等方面展现出了很强的实用性和有效性，实现了对瓦斯隧道的瓦斯有效管理。
4.1数据填报。黄草隧道瓦斯数据采集采用了数据自动采集与人工填报相结合的方式，检验了系统的适应性。项目现场通过安装自动设备厂商提供的自动监控设备进行数据收集，定时向系统服务器上报瓦斯浓度数据；在断网或者无网络工点，采用人工填报瓦斯监测数据，满足不同的需要。
4.2数据分析反馈。黄草隧道利用智能系统取得瓦斯数据后进行一系列的数据分析，形成数据自动采集部分的分析报表，并根据瓦斯浓度数据及时进行预警，达到对高瓦斯隧道项目瓦斯浓度等数据的及时监控，并能实时将监控信息发送至子公司、公司两级平台，实现了对瓦斯的实时管理。图表分析方面，系统提供图表统计信息，含有日浓度变化图（手动）、日浓度变化图（自动）、工点浓度变化图、隧道浓度变化图、工程瓦斯预警次数，按周隧道瓦斯最高值、隧道瓦斯浓度统计、隧道预警次数等数据统计。
4.3瓦斯分级预警。黄草隧道利用智能系统对隧道瓦斯隧道进行了实时预警管理，证明了系统的实用性。系统显示显示了工点的详细预警情况，包括预警状态、隧道名称、工点名称、施工单位。智能化隧道瓦斯监控系统预警界面见图6。图6中右上角的图文说明标注了各图标所代表的含义：浅灰色方块表示瓦斯浓度安全，浓度范围为0%～0.5%；深灰色方块表示瓦斯浓度预警，浓度范围0.5%～1.0%；黑色方块表示瓦斯浓度危险，浓度范围大于1.0%（范围可调整）。红色旗帜代表高瓦斯浓度隧道、绿色旗帜代表低瓦斯浓度隧道。根据界面右侧的日历，可以显示显示不同日期的该工点的瓦斯浓度最高值的情况，黑色表示危险，深灰色预警。点击不同的日期，可以查询不同日期该工点的瓦斯浓度预警详细情况，详见图6。
5结束语
经过严密的测试和项目上线运行，集团公司研发的瓦斯智能化监控信息系统功能稳定、操作简单、方便、能根据管理需要生成各种分析报表，以及分析图例，可实现数据实时上传、瓦斯浓度超标预警、数据交换、数据有效储存等功能，特别是保存和处理瓦斯数据以及瓦斯实时预警方面具有巨大优势，能达到系统的使用需求。另外，瓦斯智能化监控信息系统为管理者提供了全面和有效的瓦斯隧道安全管理支撑，加强了隧道生产安全管理，加大了管理力度，保障了瓦斯隧道瓦斯安全。
参考文献：
［1］国家铁路局.TB10120—2019铁路瓦斯隧道技术规范［S］.北京：中国铁道出版社，2019.
［2］中铁二局集团有限公司.TB10304—2020铁路隧道工程施工安全技术规程［S］.北京：中国铁道出版社，2020.
［3］中铁二院工程集团有限责任公司.Q/CR9247—2016铁路隧道工程风险管理技术规范［S］.北京：中国铁道出版社，2016.
作者:贺志荣 薛千里 李定国 左先宇 单位:中铁二局集团有限公司
