隧道开挖的有害气体监测系统

摘要

本发明涉及隧道开挖的有害气体监测系统，包括地层气体赋存状态超前预报单元、工作面前方施工空间气体分布状态监测单元和隧道壁面气体通量监测单元；地层气体赋存状态超前预报单元对开挖工作面前方地层中气体的赋存状态进行实时监测，并定期进行取样分析监测；工作面前方施工空间气体分布状态监测单元对隧道空间中空气中有害气体的浓度进行实时在线监测；隧道壁面气体通量监测单元对隧道壁面设定测点的气体通量实时定期监测和分析。本发明可以对经过含有害气体地层的隧道开挖过程中的有害气体情况进行监测，实时掌握开挖过程中的有害气体分布状态，了解工人施工所处的环境，确保工程施工的顺利安全开展。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工工程技术领域，具体涉及一种隧道开挖的有害气体监测系统。

背景技术

深部地层岩体中不仅含有地下水，而且还有可能含有各种气体，比如CH

针对深部地层隧道开挖过程中的有害气体监测，目前已有比较成熟的技术手段和设备，如地层气体压力测定仪、地层气体成分分析仪、地层气体通量分析仪、气体成分在线检测系统等。但是，目前并未形成一套完整的隧道开挖过程中的有害气体监测系统，已有认识和经验均来自个别工程案例中，没有形成规范的技术体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道开挖的有害气体监测系统，可以对经过含有害气体地层的隧道开挖过程中的有害气体情况进行监测，实时掌握开挖过程中的有害气体分布状态，了解工人施工所处的环境，确保工程施工的顺利安全开展。

本发明所采用的技术方案为：

隧道开挖的有害气体监测系统，其特征在于：

所述系统包括地层气体赋存状态超前预报单元、工作面前方施工空间气体分布状态监测单元和隧道壁面气体通量监测单元；

地层气体赋存状态超前预报单元对开挖工作面前方地层中气体的赋存状态进行实时监测，并定期进行取样分析监测；

工作面前方施工空间气体分布状态监测单元对隧道空间中空气中有害气体的浓度进行实时在线监测；

隧道壁面气体通量监测单元对隧道壁面设定测点的气体通量实时定期监测和分析。

地层气体赋存状态超前预报单元包括超前预报钻孔组件、高压套管组件、温压传感器组件和取样分析组件；

高压套管组件置于超前预报钻孔组件中，温压传感器组件和取样分析组件安装在高压套管组件端部。

超前预报钻孔组件指从掌子面向掌子面前方地层钻进的钻孔，用来沟通掌子面前方地层中的孔隙气体；

高压套管组件为高压塑料管，用来支撑钻孔壁面岩体，防止钻孔坍塌堵塞；

温压传感器组件为温度传感器，测定钻孔中气体的温度；

取样分析组件为取样口及取样设备，用来从钻孔中取得气体样品。

工作面前方施工空间气体分布状态监测单元包括气体传感器组件、电缆组件、气体监测数据采集与处理组件和气体监测控制中心组件；

气体传感器组件安装在隧道两侧壁面上方，并通过电缆组件与气体监测控制中心组件中的气体监测数据采集与处理组件连接。

气体传感器组件为气体传感器，用来实时监测气体的压力；

气体监测数据采集与处理组件为电脑、数据采集卡和数据采集软件，用来实时获得气体传感器的数据；

气体监测控制中心组件为气体监控控制室，主要是实时监测气体成分和浓度的工作室。

隧道壁面气体通量监测单元包括气体通量仪组件，安装在隧道壁面，离地面高度0.5米。

气体通量仪组件为气体通量仪，用来测定隧道壁面的气体通量。

本发明具有以下优点：

1、该系统原理简单、结构清晰、功能全面，能够对隧道内的有害气体实现全方位的监测；

2、该系统所采用的技术和设备的成熟度高、设备安装和操作方便、结果准确可信，监测结果对降低含有害气体隧道开挖施工的安全风险从而为施工顺利进行提供有力保障，具有广泛的工程应用前景。

总之，本发明克服了现有隧道开挖的有害气体监测方法体系不完备的不足，提出一套完整的隧道开挖的有害气体监测系统，作为一套完备的监测体系，该监测系统功能全面，考虑了各种可用的监测技术和手段，对含有害气体地层的隧道开挖过程中的有害气体进行多方位的监测，有利于掌握有害气体的赋存和分布特点，降低隧道开挖施工风险，为含有害气体地层的隧道开挖工程的顺利进展提供保障，具有良好的工程应用前景。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

图中标识为：1.1—超前预报钻孔组件；1.2—高压套管组件；1.3—温压传感器组件；1.4—取样分析组件；2.1—气体传感器组件；2.2—电缆组件；2.3—气体监测控制中心组件；2.4—气体监测数据采集与处理组件； 3.1—气体通量仪组件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种隧道开挖的有害气体监测系统，所述系统包括地层气体赋存状态超前预报单元、工作面前方施工空间气体分布状态监测单元和隧道壁面气体通量监测单元；地层气体赋存状态超前预报单元对开挖工作面前方地层中气体的赋存状态进行实时监测，并定期进行取样分析监测；工作面前方施工空间气体分布状态监测单元对隧道空间中空气中有害气体的浓度进行实时在线监测；隧道壁面气体通量监测单元对隧道壁面设定测点的气体通量实时定期监测和分析。

地层气体赋存状态超前预报单元包括超前预报钻孔组件1.1、高压套管组件1.2、温压传感器组件1.3和取样分析组件1.4；高压套管组件1.2置于超前预报钻孔组件1.1中，温压传感器组件1.3和取样分析组件1.4安装在高压套管组件1.2端部。超前预报钻孔组件1.1指从掌子面向掌子面前方地层钻进的钻孔，用来沟通掌子面前方地层中的孔隙气体。高压套管组件1.2具体指高压塑料管，用来支撑钻孔壁面岩体，防止钻孔坍塌堵塞。温压传感器组件1.3具体指温度传感器，测定钻孔（地层）中气体的温度。取样分析组件1.4具体指取样口及取样设备，用来从钻孔中取得气体样品。

工作面前方施工空间气体分布状态监测单元包括气体传感器组件2.1、电缆组件2.2、气体监测数据采集与处理组件2.4和气体监测控制中心组件2.3；气体传感器组件2.1安装在隧道两侧壁面上方，并通过电缆组件2.2与气体监测控制中心组件2.3中的气体监测数据采集与处理组件2.4连接。气体传感器组件2.1具体指气体传感器，用来实时监测气体的压力。气体监测数据采集与处理组件2.4具体指电脑、数据采集卡、数据采集软件，用来实时获得气体传感器的数据。气体监测控制中心组件2.3具体指气体监控控制室，主要是实时监测气体成分和浓度的工作室。

隧道壁面气体通量监测单元包括气体通量仪组件3.1安装在隧道壁面，离地面高度0.5米。气体通量仪组件3.1具体指气体通量仪，测定隧道壁面的气体通量。

本发明克服了深部地层隧道开挖过程中的有害气体监测过程中缺乏现成可用的系统监测方法的现实问题，满足了深部地层隧道开挖经过含有害气体地层时的有害气体监测需求，作为一套完备的监测体系，该监测系统集成了地层气体赋存状态超前预报、工作面前方施工空间气体分布状态监测、隧道壁面气体通量监测等各种监测技术和手段。利用该系统可以实时全面掌握施工过程中有害气体的赋存、分布状态，有利于保障工程在不存在有害气体风险的情况下进行。该系统原理简单、结构清晰、技术和设备的成熟度高、系统安装和操作方便、结果准确可信，具有广泛的应用前景。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。