一种隧道自动降尘喷雾控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于环保施工技术领域，涉及一种用于工程建设中喷雾降尘控制技术，具体是一种隧道自动降尘喷雾控制系统及其控制方法。
背景技术
粉尘的存在对环境产生灾害性的影响，其危害主要表现在三个方面：一是污染环境，危害人体健康。长期吸入粉尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病；二是加速机械磨损，缩短精密设备使用寿命。随着机械化、电气化、自动化程度的提高，粉尘对设备性能及其使用寿命的影响将会越来越突出；三是降低工作环境能见度，增加工伤事故的发生。在隧道工程施工中，由于钻眼、爆破、装渣、喷射混凝土、开挖地层等施工过程均会大量产生粉尘，使隧道施工的洞内狭隘空间中的空气非常污浊，危害极大。因此，迫切需要有效及时的除尘体系，对漂浮于隧道内的有害气体快速清除排出隧道，除尘体系需要具备快速感知并具有多样化有针对性地处理对策能力，目前，隧道除尘系统是最有效的方式。
在以往隧道除尘中，未对隧道除尘体系作出系统的规划与设计，未形成完整隧道除尘体系，不能实现智能除尘的效果。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种隧道自动降尘喷雾控制系统及其控制方法。本发明的目的是提供一种隧道智能降尘喷雾控制系统及其控制设计方法，解决现今在隧道及地下洞室施工过程产生大量粉尘不能及时有针对性地预警和处理，不利于人体健康的气体，污染环境，加速机具磨损，产生工程事故和影响工程进度及安全的问题。
本发明通过以下技术方案来实现：
隧道自动降尘喷雾控制系统，其特征在于：系统由粉尘传感器、数据处理器、控制主机、云监控系统和喷水装置构成；
所述粉尘传感器设置于隧道作业区内，并与数据处理器信号联接，用于直接测量总粉尘浓度，测定数据就地显示；
所述数据处理器将数据传输到控制主机，并可以连接PLC、DCS或者工控机终端的云监控系统；
所述云监控系统预先设定不同级别粉尘浓度预警值，将信号值与预警值进行比较，当浓度信号值达到或预警值时，将信号传递到控制主机；
所述控制主机通过输入的粉尘浓度与云监控系统确定的预警值比较判断现场总粉尘浓度是否超过不同级别的粉尘浓度预警值，若超过则触发声光报警系统和开启相应的电磁阀；
所述喷水装置与主供水管相连；喷水装置安装于掌子面附近50m范围内，固定于开挖洞室2m高位置，钢管上每间隔50cm设置一个洒水孔。
本发明粉尘传感器由采样头、检测装置、单片机系统及抽气系统组成。
本发明利用上述自动降尘喷雾系统进行降尘控制的控制方法包括：通过在隧道作业区内设置粉尘监测器，并将信号传递到控制中心和云监控系统，预先设定至少两级高低不同的粉尘浓度预警值，当监测场所粉尘浓度达到或超过粉尘传感器设定的不同级别的报警值时，控制打开喷水装置的电磁阀对工作场所进行喷水降尘，通过控制电磁阀不同的开度与不同级别的预警值对应的不同喷水流速，降低工作场所的粉尘，当粉尘恢复到正常状态时，关闭电磁阀停止喷水降尘。
所述粉尘传感器是光散射粉尘测量装置，用于直接测量总粉尘浓度，测定数据就地显示。
所述数据处理器将数据传输到控制主机，并可以连接PLC、DCS或者工控机终端的云监控系统。
所述控制主机通过输入的粉尘浓度与云监控系统确定的预警值比较判断现场总粉尘浓度是否超过不同级别的粉尘浓度预警值，若超过则触发声光报警系统和开启相应的电磁阀。
所述粉尘传感器实时监测接收粉尘浓度信号，并传送至控制中机实现喷水装置的电磁阀的开闭。
本发明粉尘浓度预警值确定有以下两种方式，一是根据规范、标准设定不同级别的粉尘浓度预警值；二是根据如下计算式设定不同级别的粉尘浓度预警值；
D＝lg-1[G-t0.105(n')SG-lg(k×h×t)]；
其中：D：粉尘浓度预警值，单位，mg/m3；G：Ⅰ期尘肺呼吸粉尘值几何平均数，是将Ⅰ期砂肺患者的呼吸粉尘值除以发病工龄得出的结果；SG：1期尘肺呼吸粉尘值标准差的对数；t0.105(n')：根据统例数(n)，按自由度(n-1)在t值表上查得t0.105(n')的单侧值；t：接尘工人接尘工龄，取值30年或35年，年平均呼吸粉尘值越大，发病工龄越短，年平均呼吸粉尘值越小，发病工龄越长；h：规定的劳动强度下劳动呼吸量或劳动呼吸量指数，一般规定为轻体力劳动；k：单位时间换算系数，应与呼吸粉尘值计算时用的k值一致。上述参数可通过手册、标准或根据现场粉尘控制要求获得。
本发明除尘喷雾智能化系统由粉尘传感器、数据处理器、控制主机、云监控系统、喷水装置等组成，通过在隧道作业区内设置粉尘浓度传感器，通过数据处理器将信号传递到控制主机，控制主机将信号传递到云监控系统，预先在云监控系统预先设定不同级别粉尘浓度预警值，将信号值与预警值进行比较，当浓度信号值达到或预警值时，将信号传递到控制主机，控制主机将开启声光报警系统，且传递不同强度的信号到电磁阀，电磁阀接到信号后根据信号的强弱，对水阀开关开通的大小进行控制，进而控制流入主供水管的流量和洒水花管的流速，实现不同预警级别对应不同流量及流速的降尘，当粉尘传感器恢复到正常状态时，装置自动停止洒水。
本发明系统能够有效抑制和降低隧道及地下洞室施工过程中产生粉尘和有害气体，改善施工环境，降低机具磨损率，减少工程事故和提高工程进度，加强施工安全。
本发明通过设置多级预警阈值将危害遏制在的萌芽阶段，解决长时间在不高于传统阈值粉尘浓度的环境中对工人、机械产生不良影响的问题。通过将信号传递到水阀开关的这个过程进行改进，实现不同预警阈值对应不同的流量和流速进行降尘，节约资源，进行针对性的降尘。
附图说明
图1是本发明系统构成示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
如图1所示，隧道智能降尘喷雾系统，系统由粉尘传感器、数据处理器、控制主机、云监控系统和喷水装置构成；
粉尘传感器设置于隧道作业区内，并与数据处理器信号联接，用于直接测量总粉尘浓度，测定数据就地显示；粉尘传感器由采样头、检测装置、单片机系统及抽气系统组成。
数据处理器将数据传输到控制主机，并可以连接PLC、DCS或者工控机终端的云监控系统；
云监控系统预先设定不同级别粉尘浓度预警值，将信号值与预警值进行比较，当浓度信号值达到或预警值时，将信号传递到控制主机；
控制主机通过输入的粉尘浓度与云监控系统确定的预警值比较判断现场总粉尘浓度是否超过不同级别的粉尘浓度预警值，若超过则触发声光报警系统和开启相应的电磁阀；
喷水装置与主供水管相连；喷水装置安装于掌子面附近50m范围内，固定于开挖洞室2m高位置，钢管上每间隔50cm设置一个洒水孔。
降尘喷雾控制系统网络拓扑，通过粉尘传感器收到气体的浓度，经过内部单片机进行数据处理，传递到控制主机，控制主机将信号传递到云监控系统，通过设定不同级别浓度预警值控制标准触发电磁阀及声光报警系统，若达到对应级别的预警值时，则通过电磁阀不同信号强度的打开水阀，顺着连接的主供水管流入洒水花管。通过粉尘传感器不断感知粉尘浓度，并传递到智能降尘喷雾系统，当粉尘传感器恢复到正常状态时，装置自动停止洒水。通过粉尘传感器，数据处理器，控制主机，云监控系统，声光报警系统，电磁阀，水阀，主供水管和洒水花管协同工作，进行智能感知和智能控制，保证隧道及地下洞室施工过程中及时降落粉尘，避免吸入对人体的健康造成危害已经落地机械影响机械正常作业，为地下空间开挖提供人员、机械及施工安全提供保障。
除尘喷雾智能化系统主要由粉尘传感器、数据处理器、监控主机、云监控系统、喷水装置等组成。
本发明隧道智能降尘喷雾系统设置方法具体如下：
步骤一：根据地下洞室开挖施工进展，在已开挖完成工作面设置除尘喷雾系统，喷雾系统采用光散射原理直接测量总粉尘浓度，测定数据就地显示。
步骤二：通过数据处理器，输出与安全监测监控系统相适应的4-20MA、开关量、频率、RS485多种信号任选一种信号，供监测系统处理，数据处理器和传感器作为一个整体系统，固定安装在作业场所的监测仪器。传感器可与安全监控系统联网使用，也可单独接电源使用。传感器由采样头、检测装置、单片机系统及抽气系统组成。
步骤三：将数据传输到控制主机，可以连接PLC、DCS或者工控机等终端的云监控系统。设定报警值可在测量范围内0-1000mg/m3设置，参考相关规范或者理论公式，并结合实际工程情况规定不同级别的预警值，且不同级别的预警值对应洒水花管的不同流速。如《TB10304-2009铁路隧道工程施工安全技术》规程规定，隧道施工环境粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10％以下游离二氧化硅的粉尘不得大于4mg，再根据工程不同需要设定不同级别预警值，以及不同级别对应洒水花管的流速。
参考大量统计结果，粉尘容许浓度可以参考下列计算公式，通过修改公式内不同参数来控制不同级别的粉尘容许浓度值。
D＝lg-1[G-t0.105(n')SG-lg(k×h×t)](A)
其中：
D：粉尘容许浓度(mg/m3)；
G：Ⅰ期尘肺呼吸粉尘值几何平均数，是将Ⅰ期砂肺患者的呼吸粉尘值除以发病工龄得出的结果；
SG：1期尘肺呼吸粉尘值标准差的对数；
t0.105(n')：根据统例数(n)，按自由度(n-1)在t值表上查得t0.105(n')的单侧值；
t：接尘工人一生最长接尘工龄(30年或35年)，年平均呼吸粉尘值越大，发病工龄越短，年平均呼吸粉尘值越小，发病工龄越长；
h：规定的劳动强度下劳动呼吸量或劳动呼吸量指数，一般规定为轻体力劳动；
k：单位时间换算系数，应与呼吸粉尘值计算时用的k值一致。
上述参数可通过手册、标准或根据现场粉尘控制要求获得，如参考《粉尘容许浓度的现场调查研究方法》确定粉尘容许浓度值。
步骤四：通过输入控制主机的粉尘浓度，与云监控系统确定的预警值判断现场总粉尘浓度是否超过不同级别的预警值，若超过，则触发声光报警系统和电磁阀。
步骤五：电磁阀通过控制器打开水阀，通过电磁阀不同信号强度的打开水阀，不同信号强度对应不同的流速，并将通过连接的主供水管流入洒水花管进行喷雾除尘。洒水花管及洒水孔的布置宜根据工程实际进行确定。如洒水花管可采用φ25镀锌钢管加工制作，安装于掌子面附近50m范围内，固定于开挖洞室左侧边墙2m高位置，钢管上每间隔50cm设置一个φ2mm洒水孔，通过电磁阀与开挖期φ108mm主供水管相连。
步骤六：通过粉尘传感器不断接收总粉尘量信号，并传至控制中心。当粉尘传感器恢复到正常状态时，装置自动停止洒水。
通过以上六个步骤使隧道智能降尘系统发挥作用，防止粉尘超限爆炸以及影响工人、机械和工程的安全。
