[01653760]隧道施工长距离通风系统远程自动监控关键技术

我国已建、在建和规划的隧道工程量稳居世界首位,其中隧道施工通风系统是隧道工程的重要组成部分,具有以下几个方面的特点：需风量动态变化;通风系统的安装、调试和维护不便;掌子面环境参数精确感知困难;长距离通风能够降低隧道施工的成本;无柔性风管出风口风压、风速的自动检测技术;风管维护难度大;通风耗电量大;风量调节大多采用人工方式等。目前,隧道施工通风自动控制系统研究滞后于隧道运营通风和煤矿通风,并没有形成完整的研究体系与技术框架。本课题基于微机控制技术、工业远程通信技术、神经网络学习算法等先进的理论和技术,研究、设计、开发了隧道施工通风智能化控制系统。具体技术内容包括： （1）隧道施工通风监控系统硬件软件系统 隧道施工现场工况复杂、环境恶劣,在一定程度上阻碍了通风系统的信息化发展。本课题结合隧道施工现场的实际情况,研发了一种多模态网络化通风监控系统。实现了掌子面环境参数的实时感知。 （2）风机频率自动控制方法 项目基于传感器技术、微机控制技术、网络通信技术、机器学习方法构建一套隧道施工通风自动监控系统。其中采用机器学习的方法,弱化传感器位置选择的问题。系统对传感器的数值和变频器的频率值进行记录并学习,得到符合现场的控制规律。 （3）基于WIFI网络跨接站的工业通信系统 在无线传感器网络协议中,Wifi具有速度快、可靠性高等特点,但是覆盖范围有限。本课题提出了一种基于WIFI网络跨接站的信号覆盖方案。能够针对隧道环境构建线性跨接网络。整个方案中不需要在现场部署有线网络或者光纤,有效提高了网络的稳定性和实用性。 （4）柔性风管检测节点及系统 隧道施工通风采用柔性风管将洞外新鲜空气导入隧道施工掌子面。柔性风管在安装及使用过程中,都会受到一定程度的创伤,导致漏风情况的发生。目前现场主要靠通风工的听觉发现风管上漏风的位置,容易出现漏检现象。本课题提出了一种柔性风管漏风检测方案,为隧道施工通风柔性风管维护提供了有效的解决方案。 （5）施工环境气体成分分析方法及系统 传统的气体传感器只能检测单点,很难依靠检测数据形成风机的闭环控制系统。束管监测系统是一种有效的环境参数监测技术,目前已经发展出第四代产品,但是仍然存在着诸多问题。本课题基于生成式对抗网络和向量误差模型提出了一种混合气体成分闪速分析方法,为束管系统的发展提供了技术途径。 围绕上述研究内容,课题形成创新点五个,获得发明专利授权6项,实用新型专利授权3项,河南省省级工法1项,软件著作权1项,在国内外学术期刊发表论文8篇。研究成果在渝黔铁路天坪隧道、杭黄铁路天目山隧道施工中开展了应用,并推广至渝黔铁路新凉风垭隧道、渝黔铁路老周岩隧道、郑万铁路小三峡隧道郑万铁路香炉坪隧道。2018年至2020年合计新增销售额4544.5万元,新增利润682.0万元。