行程预警装置可零延迟响应

破解隧道救援设备钻机动力头碰撞难题

袁 林

大口径水平钻机是国家级隧道专业救援队伍常备的攻坚救援装备，在隧道救援中发挥着至关重要的作用，但其作业模式存在固有缺陷。2024年3月，在一次隧道坍塌救援演练中，国家隧道应急救援中国交建重庆队的监护员因分心未及时提示操作手，险些导致钻机内外动力头发生碰撞，可能造成价值数百万元的设备损坏。这一事件暴露出人工监护体系的局限性：观测依赖人员主观判断、应急响应存在延迟、作业效能易受环境干扰。

“过去我们需要至少两名队员24小时轮班监控动力头行程，人力成本高，且在复杂地质条件下，误判率显著上升。”国家隧道应急救援中国交建重庆队钻机监护员向祥峰坦言，传统人工监护模式存在机动性缺陷（需固定值守）、可靠性缺陷（受操作者状态及光照干扰）、时效性缺陷（人工响应需数秒而碰撞过程仅毫秒）三大技术短板。

如今，国家隧道应急救援中国交建重庆队研发团队自主研发的钻机动力头行程预警装置成功突破传统人工监护瓶颈。装置采用声光双模预警机制，在动力头接近危险距离时自动触发警报，实现零延迟响应。操作手陈代明反馈：“装置实现了操作—预警—制动的全自动闭环控制，现在仅需根据警报提示执行紧急停机，作业安全系数显著提升。”

这一创新技术的灵感源自一次常规安全巡检。团队研发人员向祥峰回忆道：“在驻地进行消防系统检查时，通道警示灯的即时响应特性给了我启发。”他敏锐地意识到，消防警示系统具备的三大优势——高辨识度声光信号、环境抗干扰能力、毫秒级响应速度，恰好能解决钻机动力头监护的痛点。

研发过程面临着三大技术挑战。首先是空间约束问题。钻机内部结构复杂，有效安装空间不足。团队技术骨干通过3D建模反复优化，最终设计出微型化传感器模块，成功嵌入狭窄间隙。其次是信号误报问题。初期现场测试中，装置误报率高达30%。团队引入高精度传感器，结合自适应算法，将误报率降至0.01%。最后是电源适配性问题。钻机工作时会产生电压波动，导致装置频繁宕机。针对这一问题，团队开发宽压电路，可兼容12V至36V电压，确保极端环境下装置的稳定运行。

攻关期间，团队协调钻机制造商、高校科研团队组成联合课题组，历时3个月完成100余次测试。向祥峰在项目验收时感慨地说：“连续90天的高强度攻关，我们的工作餐都是在振动台上解决的。当系统实现准确预警时，所有的付出都得到了最好的回报。”