本發(fā)明屬于隧道施工，具體涉及一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)已成為世界上隧道和地下工程建設(shè)規(guī)模最大的國(guó)家，長(zhǎng)大隧道建設(shè)占比不斷提高，且不可避免的向著高海拔長(zhǎng)大深埋隧道方向發(fā)展，復(fù)雜的地理環(huán)境條件對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)提出了更高的要求。

2、隧道施工通風(fēng)是將新鮮空氣送到工作面，將施工過程所產(chǎn)生的有毒有害氣體和粉塵排出洞外，保障隧道施工環(huán)境安全。高海拔隧道大多位于高寒、缺氧地區(qū)，大氣壓強(qiáng)較低，在修建長(zhǎng)隧道時(shí)，由于施工距離長(zhǎng)，一般采用機(jī)械通風(fēng)的方式，并結(jié)合斜井、豎井等施工輔助通道開展分階段通風(fēng)；同時(shí)考慮海拔高度對(duì)通風(fēng)效果的影響，對(duì)相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。但隨著隧道掘進(jìn)里程的增加，通風(fēng)距離不斷增大，污染物排除難度增加，高寒、低溫、缺氧使得施工機(jī)械效率降低又進(jìn)一步導(dǎo)致施工產(chǎn)生的污染物積聚效應(yīng)顯著，嚴(yán)重危害施工人員的健康安全，影響施工進(jìn)度。施工通風(fēng)技術(shù)已成為高原地區(qū)長(zhǎng)大隧道建設(shè)亟需解決的關(guān)鍵問題之一。

3、高原地區(qū)內(nèi)外部環(huán)境惡劣，考慮到通風(fēng)阻力及安全保障，長(zhǎng)大隧道往往采用更大功率的風(fēng)機(jī)設(shè)備，通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行仍傾向采用最大的通風(fēng)量，且風(fēng)機(jī)控制主要以人工操控為主的模式，無法實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)溫度、濕度、有害氣體濃度等空氣質(zhì)量參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。這樣便使得通風(fēng)設(shè)備處于長(zhǎng)時(shí)間、高標(biāo)準(zhǔn)的工作狀態(tài)，通風(fēng)耗能持續(xù)增加；且伴隨著長(zhǎng)大隧道施工周期長(zhǎng)，掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加，通風(fēng)阻力不斷增大，洞內(nèi)機(jī)械設(shè)備等布置不斷增多，通風(fēng)效果受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件影響呈現(xiàn)出較大的供需失衡情況。但目前基于人工操控的單一控制標(biāo)準(zhǔn)和控制模式，極易出現(xiàn)局部區(qū)段風(fēng)量不足，施工作業(yè)環(huán)境惡劣甚至“局部風(fēng)場(chǎng)死區(qū)”的狀況，或者通風(fēng)設(shè)備持續(xù)高功率工作又導(dǎo)致的通風(fēng)過飽和的無效通風(fēng)狀況，隧道通風(fēng)控制的效率和準(zhǔn)確性都大打折扣，并引發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)的低效率和高能耗問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)主要依靠工程技術(shù)人員的手動(dòng)操作，調(diào)節(jié)依據(jù)主要來源于檢測(cè)人員的手工檢測(cè)結(jié)果，使得對(duì)隧道內(nèi)通風(fēng)調(diào)節(jié)具有一定的滯后性和盲目性的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，通過布置在長(zhǎng)大斜井隧道工作面的空氣環(huán)境檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)掌握隧道不同施工階段條件下的溫度、濕度、風(fēng)速、污染物濃度等空氣環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道通風(fēng)空氣環(huán)境的精準(zhǔn)把控和動(dòng)態(tài)追蹤，解決了上述技術(shù)問題。

2、一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，包括通風(fēng)設(shè)備、空氣檢測(cè)單元和調(diào)控單元，通風(fēng)設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、變頻軸流風(fēng)機(jī)、風(fēng)管和射流風(fēng)機(jī)，用于在隧道內(nèi)部產(chǎn)生氣流，發(fā)電機(jī)布置在斜井洞口，作為風(fēng)機(jī)的應(yīng)急備用電源，所述變頻軸流風(fēng)機(jī)，通過壓入方式為洞內(nèi)提供新鮮空氣，并通過變頻控制器實(shí)現(xiàn)功率及風(fēng)量的調(diào)節(jié)控制，風(fēng)管連接變頻軸流風(fēng)機(jī)和隧道工作面，用于固定空氣流動(dòng)路徑，為隧道工作面輸送新鮮空氣，射流風(fēng)機(jī)布置在長(zhǎng)距離施工的斜井及正洞內(nèi)，保障隧道排風(fēng)順暢。

3、空氣檢測(cè)單元包括設(shè)置在隧道內(nèi)部的多種傳感器，用于獲取隧道內(nèi)部環(huán)境參數(shù)信息，包括風(fēng)量、風(fēng)壓、主要污染物濃度。

4、調(diào)控單元包括信號(hào)調(diào)節(jié)器和數(shù)據(jù)處理分析模塊，用于根據(jù)空氣環(huán)境檢測(cè)結(jié)果，對(duì)通風(fēng)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并協(xié)同控制通風(fēng)設(shè)備單元工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)運(yùn)行與環(huán)境條件的精確匹配。

5、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述空氣檢測(cè)單元還包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速/風(fēng)向傳感器、多合一氣體傳感器和粉塵傳感器，分別用來采集隧道工作面的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、c0有毒有害氣體濃度、粉塵濃度環(huán)境參數(shù)指標(biāo)。

6、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述空氣檢測(cè)單元還包括對(duì)采集到的空氣環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)傳輸給通風(fēng)控制模塊或者本地站點(diǎn)，使歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)能被遠(yuǎn)程或者本地計(jì)算機(jī)訪問、查詢、保存、批量處理。

7、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述調(diào)控單元還包括數(shù)據(jù)分析模塊，對(duì)采集到的隧道空氣環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)值大小與安全閾值的對(duì)比，評(píng)估通風(fēng)安全狀態(tài)，并根據(jù)分析結(jié)果建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)后續(xù)隧道內(nèi)通風(fēng)需求及通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

8、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)的自學(xué)習(xí)和建模分析，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的各類優(yōu)化算法并配合數(shù)值模擬等技術(shù)，開展大量現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和空氣環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)。

9、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述調(diào)控單元還包括風(fēng)量控制模塊，將檢測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及通風(fēng)設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不同的電信號(hào)，采用變頻可調(diào)節(jié)技術(shù)，通過變頻調(diào)控器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并指導(dǎo)不同位置段射流風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)。

10、上述的一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，所述風(fēng)量控制模塊中通風(fēng)安全預(yù)警識(shí)別方式為：對(duì)隧道內(nèi)通風(fēng)安全狀態(tài)識(shí)別采用如下7個(gè)指標(biāo)，分別為氧氣含量、粉塵允許濃度、c0濃度、氮氧化物、溫度、濕度、風(fēng)速；當(dāng)環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)有且僅有一項(xiàng)超過上述指標(biāo)的安全閾值時(shí)，提示為紅色預(yù)警狀態(tài)，此時(shí)將風(fēng)機(jī)全部開啟，控制通風(fēng)設(shè)備單元按最大功率模式運(yùn)行，將污染氣體快速及時(shí)排除洞外，直至滿足隧道通風(fēng)安全標(biāo)準(zhǔn)條件。

11、風(fēng)量控制模塊中通風(fēng)安全工作狀態(tài)識(shí)別方式為：對(duì)隧道內(nèi)通風(fēng)安全狀態(tài)識(shí)別采用如下7個(gè)指標(biāo)，分別為氧氣含量、粉塵允許濃度、c0濃度、氮氧化物(換算為n02)、溫度、濕度、風(fēng)速，當(dāng)環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)均滿足其規(guī)定的安全閾值時(shí)，此時(shí)認(rèn)為通風(fēng)處于安全狀態(tài)，可結(jié)合空氣環(huán)境條件開展通風(fēng)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)。

12、一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，該智能通風(fēng)系統(tǒng)通過以下步驟實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)大斜井隧道內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的調(diào)控：

13、s1：在循環(huán)爆破進(jìn)尺結(jié)束后，開啟空氣環(huán)境檢測(cè)單元，利用布置在隧道工作面附近的固定式檢測(cè)傳感器采集隧道工作面范圍的環(huán)境參數(shù)，并將檢測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

14、s2：對(duì)采集到的空氣環(huán)境參數(shù)與安全閾值進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別通風(fēng)安全狀態(tài)，如處于預(yù)警狀態(tài)則將通風(fēng)風(fēng)機(jī)切換成最大功率模式，開啟全模式運(yùn)行；

15、s3：當(dāng)通風(fēng)安全狀態(tài)處于正常范圍時(shí)，結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)及數(shù)據(jù)分析成果，識(shí)別出通風(fēng)工作狀態(tài)及風(fēng)量富余度，計(jì)算通風(fēng)可調(diào)控指標(biāo)值δf；

16、s4：利用風(fēng)量控制模塊及設(shè)置在風(fēng)機(jī)中的變頻調(diào)控器，調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率及輸出功率，改變通風(fēng)氣流產(chǎn)生量及風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)設(shè)備的精準(zhǔn)調(diào)控。

17、風(fēng)量控制模塊中通風(fēng)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)包括以下步驟：

18、s1：隧道通風(fēng)需求及風(fēng)機(jī)設(shè)備計(jì)算，選擇參考如下3個(gè)指標(biāo)，分別為洞內(nèi)施工人員所要求的新鮮空氣量、洞內(nèi)最小回風(fēng)風(fēng)速、爆破排煙粉塵濃度，分別計(jì)算滿足各指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)的最低需風(fēng)量qmin＝max{qmin1，qmin2，qmin3}；

19、s2：根據(jù)隧道工況條件及風(fēng)機(jī)設(shè)備型號(hào)，計(jì)算保證隧道工作面最低需風(fēng)量qmini的風(fēng)機(jī)最低運(yùn)行頻率f0?i；

20、s3：在處于風(fēng)機(jī)全開啟條件下，根據(jù)s21中3個(gè)指標(biāo)的空氣環(huán)境檢測(cè)值與安全閾值按下式計(jì)算指標(biāo)調(diào)控值δi：

21、δi＝|指標(biāo)檢測(cè)值-安全閾值|/指標(biāo)安全閾值

22、相應(yīng)的獲得3個(gè)指標(biāo)的δi，并取δimin＝min{δ1，δ2，δ2}，作為通風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率調(diào)控依據(jù)；

23、s4：根據(jù)通風(fēng)風(fēng)機(jī)最大運(yùn)行頻率fmax和風(fēng)機(jī)頻率調(diào)控指標(biāo)δimin，按下式計(jì)算風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率調(diào)控值δf：

24、δf＝fmax×δimin且滿足fmax-δf≥f0i；

25、s5：通風(fēng)風(fēng)機(jī)的實(shí)際輸出功率即為，f輸＝fmax-δf，并通過變頻調(diào)控器自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)變頻節(jié)能效果。

26、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以達(dá)到以下有益效果：

27、1、本發(fā)明一種高原地區(qū)長(zhǎng)大斜井隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)，通過布置在長(zhǎng)大斜井隧道工作面附近處的空氣環(huán)境檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)掌握隧道不同施工階段條件下的溫度、濕度、風(fēng)速、污染物濃度等空氣環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道通風(fēng)空氣環(huán)境的精準(zhǔn)把控和動(dòng)態(tài)追蹤，據(jù)此開展通風(fēng)設(shè)備調(diào)節(jié)調(diào)控，提高通風(fēng)系統(tǒng)與施工條件的自適應(yīng)能力，保證施工人員的舒適性和環(huán)境的安全性；

28、2、本發(fā)明根據(jù)風(fēng)壓、風(fēng)速、污染物濃度等實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量指標(biāo)結(jié)合通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)閾值條件，可以精準(zhǔn)了解現(xiàn)狀通風(fēng)設(shè)備工作富余狀態(tài)，并結(jié)合風(fēng)量控制模塊，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)到電信號(hào)的一體化轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)改變風(fēng)機(jī)等通風(fēng)設(shè)備的工作頻率及開啟狀態(tài)，精準(zhǔn)調(diào)控隧道通風(fēng)量從而實(shí)現(xiàn)改善隧道內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境并降低通風(fēng)設(shè)備能耗的目的；

29、3、本發(fā)明提出了通風(fēng)工作狀態(tài)富余度判別標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)控量計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)安全及設(shè)備工作狀態(tài)條件的精準(zhǔn)量化識(shí)別，能夠進(jìn)一步提升隧道通風(fēng)精準(zhǔn)調(diào)控的效率及可操作性。