抽水蓄能电站爆破作业安全环境监测系统应用.pdf

电力安全技术42第25卷(2023年第6期)抽水蓄能电站爆破作业安全环境监测系统应用郝金笑，郭佑国(安徽桐城抽水蓄能有限公司，安徽 桐城 231400)Application of Blasting Safety Environment Monitoring System forPumped Storage Power StationHAO Jinxiao,GUO Youguo(Anhui Tongcheng Pumped Storage Co.,Ltd.,Tongcheng 231400)摘 要 针对抽水蓄能电站基建期爆破施工安全管理的难题，基于爆破过程安全风险、有毒物质等方面的分析，利用传感器技术、电子信息技术构建安全环境监测系统，通过采集现场数据并进行分析处理，及时准确地进行报警和信息推送，为爆破作业提供安全技术保障。关键词 抽水蓄能电站；隧道；洞室；爆破；安全环境监测Abstract:As for the difficulties in the blasting safety management during the construction period of a pumped storage power station,a safety environment monitoring system is built by application of sensor technology and electronic information technology based on the analysis of safety risks and toxic substances in the blasting process.By collecting,analyzing and dealing with onsite data,alarms and information are transmitted in a timely and accurate manner so as to provide safety and technical guarantee for blasting operations.Key words:pumped storage power station;tunnel;cave chamber;blasting;safety environment monitoring中图分类号:TM619 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2023)06-0042-03成分气体泄露、扬尘浓度高、氧气浓度不足等问题一直是土建施工中的痛点。传统的应对措施为全天候开启隧道通风风机，通过风管不断地将有害气体及扬尘排出。爆破后，现场依赖人员抵近观察和检测，在确认条件满足后，方可安排继续施工。这种方式既存在人员伤害的风险，也会影响工程施工效率；同时如何做到有害气体的实时监测、现场环境的实时呈现以支撑施工管理者做出正确决策，也是当前安全管理面临的难题。(2)抽蓄电站隧道、洞室掌子面在开挖过程中同样存在着安全监控的短板。施工过程中的噪声值超标、氧气含量低、有毒气体积聚等风险是危害施工人员健康和生命的重要因素，如何通过有效的技术监测手段及时发现与处理，是工程安全管理人员亟需解决的问题。0引言抽水蓄能电站(简称抽蓄电站)是一种重要的储能手段，对电力系统的安全稳定运行有着重要的支撑作用。抽蓄电站土建工程量大，其中隧道、洞室施工占比高且工序复杂，如何保障隧道、洞室施工安全是工程建设者不断探索的课题。因此，针对抽蓄电站基建期隧道、洞室掌子面施工爆破进行研究，评估隧道、洞室掌子面施工爆破的安全环境，从而落实更加全面的安全管控措施，保护好人员生命安全以及保障好工程建设安全。1施工现状分析(1)抽蓄电站隧道、洞室掌子面爆破后，未知43第25卷(2023年第6期)电力安全技术2安全环境监测系统开发2.1安全风险分析(1)抽蓄电站隧道、洞室施工中存在的主要安全风险包括中毒、缺氧窒息、燃爆、淹溺、高处坠落、触电、物体打击、机械伤害、灼烫、坍塌、掩埋以及高温高湿影响等。在一些环境下，上述风险可能共存并具有一定的隐蔽性和突发性。(2)抽蓄电站隧道、洞室施工产生的有害物质来源于两方面：一个是山体内的有害物质，如重金属、放射性物质等；另一个是由炸药爆炸产生的有毒有害气体、粉尘、噪声等。前者可通过前期勘察进行规避，而后者则要通过安全措施进行管控。工程常用的炸药主要有铵锑炸药、浆状炸药、乳化炸药及硝化甘油炸药等，产生的有害物质主要有粉尘、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)以及氨(NH3)等，炸药种类不同，所产生的有害物质各有不同。(3)在抽蓄能电站隧道、洞室施工中，施工人员更加需要关注的是作业面附近的氧气含量。空气中氧含量大约为 20.9%，一旦低于 19.5%就可能使人员发生缺氧现象，造成人体多个系统及脏器的损伤，甚至使人失去生命。2.2有毒物质危害分析施工过程中，洞室内会存在或积聚有毒气体，人员吸入后会引起化学性中毒，甚至死亡。由于现场环境复杂，为确保施工人员处于安全可靠的环境下，不仅要对洞室内、掌子面的氧气含量进行不间断的检测，还要实时监测有毒有害气体含量，通过传感器、安全环境监测系统将氧气及有毒有害气体的实时数据反馈至安全监控中心。洞室内主要有毒有害气体浓度判定限值如表 1 所示。2.3安全环境监测原理安全环境监测系统主要利用传感器检测某个气体含量值并编码；传感器内部可进行阈值判断，如超限则发出声光报警；其他设备可以通过通信系统进行查询，获取传感器最新一次的采集数值，然后再进行分析与处理，以实现远程监测和预警。系统流程如图 1 所示。系统采用防爆型传感器，主要分为粉尘传感器、气体浓度传感器和噪声传感器等类型，其中气体浓度传感器是其中最重要的设备之一。表 1洞室内主要有毒有害气体浓度判定限值(20)单位：mg/m3气体名称评判值（上限值）硫化氢(H2S)10氯化氢(HCl)7.5甲醛(CH2O)0.5一氧化碳(CO)30一氧化氮(NO)10二氧化碳(CO2)18 000二氧化氮(NO2)10二氧化硫(SO2)10二硫化碳(CS2)10苯(C6H6)10甲苯(C7H8)100氨(NH3)30 图 1系统流程2.4安全环境监测系统方案构建某抽蓄电站地下施工爆破点主要有对外交通隧道、上下库连接公路 1，2 号隧道、进厂交通洞、通风兼安全洞、施工支洞和地下厂房等。根据工程量和施工情况，现场在对外交通隧道、进厂交通洞、通风兼安全洞、地下厂房等区域建设安全环境监测系统。每套系统包含有噪声传感器、煤矿用双向风速传感器、矿用粉尘传感器、矿用 SO2传感器、矿用 CO 传感器、矿用 H2S 传感器、矿用 O2传感器、矿用低浓度 CH4传感器、矿用本安型监控分站和矿用本质安全型信号转换器等，如图 2 所示。图 2安全环境监测系统构建CPU 数据处理与控制中心信号输出探头LED 显示屏风遥控接收稳压电源噪声传感器风速传感器粉尘传感器SO2传感器信号转换器网络交换机监控分站 1监控分站n安全监测中心CO传感器H2S传感器CH4传感器O2传感器第25卷(2023年第6期)电力安全技术44传感器安装于爆破面附近 2080 m，随着掌子面向前移动，传感器的串口信号先汇聚到信号转换器上，转换成以太网数据并通过光缆传输到洞口汇聚箱中的交换机上，再通过网络向各个监控分站和监控中心传输数据。系统功能具体如下。(1)实时报警功能。可在现场、隧道入口和监控中心实现超阈值报警。(2)实时监测预警功能。可通过检测数据变化实现预警功能，提前发出应急指令。(3)远程指挥功能。可在应急指挥中心进行远程指挥，根据上传的数据进行应急处理。(4)数据存储功能。对现场采集的数据进行保存，为数据分析和回溯提供支持。(5)报警联动功能。可实现报警视频联动、门禁联动、声光报警等。(6)信息推送功能。可实现报警信息短信、电子邮件及电话等方式的推送。安全环境监测系统作为安全管理的一个子系统，最终集成在厂级综合安全管理平台上，实现检测数据和报警信息的实时查询与展示。3安全环境监测系统的应用3.1信息处理安全环境监测系统可实时查询和保存采集到的数据，并具备导出历史数据进行分析的功能。2022-07-08，现场进行爆破作业，爆破用药300 kg(光面爆破)，风速传感器显示平均风速为1.7 m/s(传感器位于侧壁中部位置，低于洞内平均风速)。安全环境监测系统过程监测可知：爆破过程中，采集到的 CO 最大浓度为 506.4 mg/m3；整个过程浓度值快速上升，缓慢下降，符合爆破特性。按照同样的方式可查询到 H2S，O2，CH4等数据，为分析洞室内爆破环境安全提供依据。3.2信息显示安全环境监测系统展示信息包括传感器采集的实时/历史数据、根据阈值判定的报警信息和设备的运行状态等，这些信息必须同步显示在设备安装区域、施工区域的入口以及监控中心等。现场安装的传感器自身带有信息显示屏和报警声光，信息显示屏显示实时采集数据，同时内部按照设定好的阈值进行报警判定，通过扬声器和发光器件发出警报；施工区域的入口安装有智能信息屏，显示区域工作状态、人员、环境状况、门禁状态等信息，实时显示来自安全环境监测系统推送的信息；监控中心的服务器通过安全环境监测系统采集所有前端传感器的检测数据并分析处理，判定现场施工环境的状态，如异常则发出报警信息；所有信息实时显示在监控中心的大屏上，供指挥人员和值守人员参考。3.3信息推送安全环境监测系统的信息主要推送到洞室入口处的显示屏和监控中心的大屏，及时准确地显示现场的采样数据和状态。发生报警时，系统会弹出报警窗口和发出警报信息，同时将报警信息通过短信、电子邮件等方式发送给有关人员。4结束语“十四五”期间，抽蓄电站将进入建设的高峰期，其施工现场点多面广，安全形势严峻。为提升现场施工安全管理水平，积极应用安全监测技术手段成为迫切需要。抽蓄电站安全环境监测系统通过传感器技术、电子信息技术，采集爆破现场数据并进行分析处理，及时准确地进行报警和信息推送，为施工和管理人员提供直观的环境状况展示，也为爆破作业提供安全技术保障，相关经验可供抽蓄电站基建期的安全管理借鉴。参考文献：1 韩黎明浅谈超长隧洞施工环境监测措施和方法 J科 技创新导报，2018(26)：26-28.2 任 超隧道施工中有毒有害气体监测 J现代职业安 全，2014(12)：41-43.3 舒 洋小断面长隧洞施工安全管理 J科技展望，2015，25(10)：40.收稿日期：2022-10-11；修回日期：2022-11-28。作者简介：郝金笑(1997)，男，助理工程师，主要从事抽水蓄能电站基建期工程建设安全管理工作，email：。郭佑国(1975)，男，工程师，主要从事抽水蓄能电站基建期工程建设安全管理工作。