地下水封石洞油库施工期安全监控定位系统

2020-11-09张腾宵颜凡新

广东水利水电 2020年10期

张腾宵,颜凡新

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明 650041)

1 概述

地下水封洞库是现阶段大型石油储备基地的重要发展方向，地下水封洞库工程具有地下洞室密集、施工期集中、人员设备多、施工工序交接频繁、相互干扰大等特点。地下洞室开挖照明亮度偏低，掌子面空气质量偏差，能见度偏低，施工情况复杂多变，施工条件较差。传统的地下工程施工采用人盯人的方式进行管理，采用对讲机、固定电话或手机进行通讯，具有人员投入大，信息传递滞后、片面，安全风险大的特点。一旦发生事故，救援人员不能及时、全面了解洞内受困人员状况，不利于应急救援。

为了随时掌握作业面的施工情况、人员设备动态，实现施工过程的信息化管理，为安全文明施工提供依据，在地下水封洞库中引入安全监控定位系统，采用信息化技术实时、动态地记录洞内情况，可以为施工管理和应急救援提供有力支持。本文详细分析了安全监控定位技术在地下水封洞库工程中的应用，实现施工过程的信息化管理，保证安全文明施工，为施工管理和应急救援提供有力支持。

2 系统构成

根据地下水封洞库的施工期间生产相关资源综合管理调控能力，建立监测、控制、管理一体化的、基于网络的信息化系统集成，以实现生产各环节的过程控制自动化、安全生产综合调度指挥和业务运转网络化、行政办公无纸高效化。

系统建成后将成为集生产自动化及经营管理信息化为一体的综合信息系统，实现真正意义上的管控一体化。系统建成后，可在地面中央监控室实现对洞内生产环节的集中监控，实现可靠无人值守运行，有效提高生产效率。同时可实现整个地下水封洞库的生产信息、管理信息的集成化管理，罐洞调度人员、各级领导和有关职能部门可以通过网络终端进行实时监测、及时调度。

地下水封石洞油库施工期安全监控定位系统由气体监测系统、人员/车辆定位系统、视频监控系统、广播系统和大屏幕系统组成。

2.1 KJ101N安全监控系统

该系统能够对爆破后产生的有害气体CO、NO、粉尘进行检测和报警。设备能够全天候24 h进行环境气体检测。

KJ101N安全监控系统[2-3]具有优异的抗干扰技术性能，是目前国内唯一能高标准通过3级电磁脉冲群干扰和浪涌冲击测试的系统[4]。系统具有绝对可靠的数据采集与传输，彻底杜绝了假数和误报警。系统良好的抗干扰性能源于特殊的电源设计技术和智能锁相传输技术。KJ101N型安全监控系统是一个分布式的微计算机网络系统，它由地面设备、洞内设备和连接它们的传输网络3大部分组成。传输采用树状总线方式，洞内和地面设备全部连接在一对传输总线上。地面由计算机和信息传输接口组成，习惯上称为“主站”或“主机”(以下称主机)；洞内设备的核心是监控分站，俗称“分站”。本系统可以采集洞内的各种模拟量传感器和开关量传感器的信息，并对这些信息进行分析处理、存储、显示、打印等，并根据分析处理的结果进行声/光报警、发出断电指令。本系统还可以对洞内设备进行遥控。

系统的主要构成有：GTH500型电化学一氧化碳传感器；FGD2-A-NO一氧化氮检测仪；GCG1000型粉尘浓度传感器；GWSD100/100矿用温湿度传感器；KJ101N-F2矿用隔爆兼本安型监控分站；KJ101N-J矿用信息传输接口；KJ101N型煤矿安全监控系统软件。

系统布设：

1) 在主施工巷道施工入口出布置两台分站，分别引至1号主施工巷道入口和2号主施工巷道入口。将分站布置在同一个入口处方便后期的维护作业。

2) 两个入口处根据施工进度和需要监测的重点部位同时布置多台传感器。便于对重点施工区域的全部参数重点管控。

3) 传感器挂设在便于后期挪动的合适区域。根据施工进度的推进人工挪动接线和传感器的位置，传感器和分站之间的传输距离不超过2 km，如超过传输距离，将分站和传感器间的距离缩短重新布置即可。

该系统在某地下水封石油洞库存的构成如图1所示。

2.2KJ106型人员定位系统[1]

KJ106人员定位系统目前已经广泛其用于矿山行业中，具有监测洞内人员位置以及携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、工作时间、洞内和区域人员数量、洞内人员或设备的行走路线等监测、显示、打印、存储、查询、报警、管理等功能。

该项目施工高峰时期总人数有2 000人，车辆200台。前期两个洞口都是人员、车辆出入口，连通后，2号洞口人员、车辆作为入口，1号洞口作为人员、车辆出口，有应急报警功能(上下呼叫功能)，水幕洞室定位监测点10个。

系统设计及布设：

1) 项目施工分前期、中期、最后完工等几个阶段。前期挖掘两个主巷道，并进行连通施工。两个主巷道完工并连通之后开始挖掘3个支施工巷道，进入中期阶段。当3个支施工巷道完工之后，开始在3个支施工巷道的两侧挖掘6个主洞室，此时项目进入最后的工期。前期阶段两个洞口都是出入口，连通之后，2号主巷道作为入口，1号为出口。这个过程中，两个主巷道需要安装门禁读卡器，而且以后不需要进行变动。在中期和后期的挖掘阶段部分设备位置应随着挖掘进行定点和跟随。

2) 在施工的初期(两个主巷道未打通之前)，两个主巷道既可以作为出口，也可以作为入口。

由于读卡器到分站的距离可以达到2 km，分站到传输接口的距离长达20 km，故可在井口放置分站，距离施工点20 m处放置读卡器，并随着施工的进行，读卡器向施工方向移动，但始终保持20 m的距离。最终分站的信号线汇总到一起传输到调度室传输接口并送主机进行数据处理。

在距两个主巷道井口10～15 m分别设置两个门禁读卡器1-1、1-2，都连接在1号分站上，实现上下井的考勤功能。1号分站的位置安装在2号主巷道距井口10～15 m的位置上，距1号主巷道井口10～15 m的位置放置3号分站。在主巷道施工的过程中，距离施工距离20 m处安装3-1读卡器，其连接3号分站，随着施工的进行，3-1读卡器是不断向施工方向移动的，但始终距施工点20 m。同样的道理2号分站放置在距2号主巷道10～15 m处，同时随着中间主巷道施工的进行，放置2-1读卡器，其连接2号分站，2-1读卡器距施工距离20 m并不断移动。1、2、3号分站的信号线汇总到一起，传输到调度室传输接口中，并送给主机进行数据处理。施工初期的人员定位系统布设见图2所示。

图2 施工初期人员定位系统布设示意

3) 当施工进行到中期(两个主巷道打通之后)，此时2号的主巷道作为入口，1号主巷道作为出口。下阶段将要施工的是3条支施工巷道。

此阶段的方案设备布局见图3，1-1、1-2两个门读卡器和1号分站的位置不变，两个读卡器仍旧连接1号分站。2-1、2-2、2-3、2-4四个读卡器连接2号分站，负责1号主巷道和1号支施工巷道(从左往右数)位置的检测，2-3读卡器跟随1号支施工巷道的施工不断进行移动的，距离施工点20 m，当1号支施工巷道完成之后，把2-3读卡器的位置放置离1号支施工巷道和打通之后的主巷道交点20米处。同理3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6读卡器负责2、3号支施工巷道和2号主巷道的位置检测，其连接3号分站。最终2、3号分站的信号线汇集一起并从中间主巷道上传到地面，随1号分站的信号线一起上传调度室传输接口，并送主机处理显示等。

图3 施工中期人员定位系统布设示意

4) 施工后期，当3条支施工巷道完成之后，开始向左右两边进行主洞室施工。此时在图3的基础上，增加了主洞室的定位(如图4所示)，其中5-1、5-2、5-3、5-4、5-5读卡器负责1号主洞室(从左往右依次为1-6号主洞室)的位置检测。1号主洞室和1号支施工巷道的交叉点放置5-2、5-3、5-4三个读卡器，而5-1和5-5是在1号主洞室施工的过程中不断向施工方向移动的，并放置在距施工点20 m处。当施工完成之后，5号分站连接的5个读卡器位置如图4所示。同样的道理，2-6主洞室的位置检测亦是如此布设。

2.3 视频监控系统[5-6]

整个视频监控系统由地面控制中心、巷道内的摄像头系统组成。地面控制中心可以检索、回放或者下载视频，能够实时监控视频，且可根据实时监控视频，通过广播或者无线通讯系统与巷道内进行沟通；摄像头系统主要起采集巷道内的信息并反馈到地面的作用。视频监控系统设计及布设如下。

图4 施工后期人员定位系统布设示意

1) 地面控制中心：在监控中心机房配置1台DH-NVR作为存储服务器，用来存储视频资料和方便调用视频，实现对各监控点视频的管理、存储和视频浏览以及对前端摄像机的控制，并能将视频放置大屏上播放。中心站内有2个摄像头，用来实时监控中心站的安全；每个巷道口有1个摄像头，用来实时监控进入巷道内的人员车辆以及设备。地面摄像头直接与中心站内的交换机连接；

2) 巷道内摄像头系统：主要由摄像头，光纤和交换机组成。3台跟进摄像头实时监控施工现场，确保施工现场在地面中心站能够播放。每个巷道口内用标准的线架(线槽)放置光纤，确保光纤不会因为意外而断，从而影响整个监控系统。巷道内的固定摄像头由光电交换机进行连接，在第1个固定点确定前，一直使用光电模块或者交换机进行数据的传输。当确定了固定点后，在对应位置放置设备箱，内置1个全光千兆交换机，用于第1个固定摄像头的数据传输，以及支施工巷道内的摄像头数据的传输。支施工巷道内，根据连接巷道间的距离确定摄像头数量需要3个(最多6个)，5个通往主洞室的巷道共15个(最多30个)。主施工巷道内设有6个固定摄像头点，在这6个点中，选取合适位置放置交换机，根据负责支施工巷道的数量确定从主交换引出的光纤的数量(具体分配要按照实际施工方案来确定，1个支施工巷道内至少3条光纤)。支施工巷道内摄像头全部采用光点模块(根据需求可用交换机)与主交换机进行连接。

巷道内视频监控系统摄像头分布：主巷道共6个，支巷道至少10个，总共至少16个(如图5所示)。

图5 摄像头分布示意

2.4广播系统

广播系统主要功能是地下洞库爆破作业时通知洞内人员车辆避让，设定8个广播点，不要求回拨，即由洞外向洞内进行信息广播，并可以选择广播的路数，可以是选择1路进行广播，也可以选择2路进行广播，最多8路进行广播。随着施工的开展，8路广播音箱的位置要跟着施工组进行不断的变换，并保持一定的安全距离，确保音箱不会被爆破作业损坏。

广播系统主要由话筒、功放、电源箱等组成。话筒负责提供音频源，功放把话筒传入的音频源进行放大并输出一定等级的压电信号，输出信号有8路，可以选择其中的几路或全部有效。系统配备1个话筒、8个音箱、1个电源箱及通信线缆等。话筒采用两节7号电池3 V供电。

系统设计及布设如下：

1) 把施工组进行编号1-8号。

2) 在调度室内安装好话筒。

3) 初期两个主巷道的井口从左到右可以实行3-2的进线方式，并进行标号1-8，同时将功放的1-8路与施工组的8个编号一一对应起来，即第1路功放的引出线一直跟随编号为1的施工组所在的施工点，若1号的施工组更改施工地点，则第1路功放也要更换位置，不变的是与1号施工组的施工地点相隔一定的安全距离100 m等。其余几路功放也和相应的施工组编号对应起来。做好相应的匹配记录并形成文件。

4) 根据现场的实际情况适当的更换施工队的编号，做出相应调整并做好更改记录，形成文件并作出通知，方便洞外发布广播信息能通知到位。

2.5液晶大屏系统

1) 46寸超窄边DID液晶拼接显示单元

液晶拼接显示单元所采用RZ-DID460UE的A+类型液晶面板。显示屏幕对角线尺寸为46英寸，观看视角到达水平/垂直178°，确保画面的输出精确和稳定，色彩饱和靓丽，屏幕明亮，画质清晰，画面衔接流畅自然，整体显示流畅完美，呈现完美的显示效果。物理分辨率1 920×1 080；屏幕比例为16:9，响应时间≤8 ms，整屏画面稳定无闪烁。46英寸 RZ-DID(LCD)黑边屏，高亮度，支持7×24 h开机使用，保证系统长时间运行，不间断工作。

2) 图形拼接处理器

采用嵌入式的拼接器，无操作系统，整个系统完全封闭式运行，带画面四分割功能。液晶拼接器接口：输入：VGA、BNC、HDMI、RGB、DVI；输出: LVDS、输出分辨率640×480～1 366×768P。操作方式为标准RS232端口(随机提供系统操控软件)。具有识别各种复合视频的能力，能处理各种标准RGB或常用的非标准VGA 信号。

3) VGA矩阵

VGA信号8进16出，最高分辨率为1 920×1 080，具备RS232通讯接口，可以方便与电脑，各种远端控制设备配合使用；带宽为400 MHz；输入输出接口为HD15PIN(VGA)，切换速度≤50 ns，具有断电保护功能。

某地下水封洞库液晶大屏系统实际应用效果见图6所示。