[發明專利]基于隧道掌子面氣體監測的TBM搭載式超前地質預報系統及方法

有效

• 申請號: 202010065359.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111220424B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 林鵬;謝輝輝;余騰飛;邵瑞琦;許振浩;潘東東;劉剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01N1/24;G01N33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種基于隧道掌子面氣體監測的TBM搭載式超前地質預報系統及方法，其中第一氣體輸送管道包括多個支管道、軸承和主管道，支管道首端與氣體進口裝置相連，支管道與主管道之間通過軸承相連；多個氣體進口裝置內均設一氣體過濾膜；第一氣體輸送管道的主管道的尾端連接氣體過濾裝置的進氣口，氣體過濾裝置的出氣口與第二氣體輸送管道的首端相連，且在第二氣體輸送管道的尾端安裝氣泵，氣泵與氣體收集盒相連，氣體收集盒包括儲氣區和導線區，在氣體收集盒尾部連接氣體測量儀，氣體測量儀用于探測儲氣區的氣體；且在儲氣區兩側連有氣體輸送管道，在氣體收集管道尾端連接尾氣處理裝置。本裝置能夠快速、直接監測掌子面氣體含量變化情況。

技術領域

本發明涉及一種基于隧道掌子面氣體含量監測的TBM搭載式超前地質預報系統及方法。

背景技術

巖石破裂，并且沿破裂面兩側的巖塊有明顯相對滑動移位者稱為斷層。斷層兩盤相對運動，相互擠壓，使附近的巖石破碎，形成與斷層面大致平行的破碎帶，叫斷層破碎帶，簡稱斷裂帶。斷層及斷層破碎帶是隧道施工過程中一種典型的不良地質，采用TBM法施工穿過斷層及斷層破碎帶時極易遭遇卡機、突涌水等災害，因此需開展超前地質預報工作。但現有的超前預報技術以物探為主，該方法不足之處在于探測時需要TBM停止工作，同時工作人員進入刀盤，掌子面巖石不穩定，容易脫落，工作人員極易受傷，同時耽誤工作進度、智能化不夠。斷層氣的存在及異常可以提供一種新的隧道超前地質預報方法，據相關資料顯示，CO、CO₂、SO₂、H₂等氣體在斷層處可能出現異常，斷層是地球脫氣的重要部位，是地球排氣的主要通道。當出現斷裂時，CO、CO₂、SO₂、H₂等氣體會沿斷層擴散，導致斷層處氣體含量增高，達到預報效果。但現有的技術存在一些不足，收集掌子面氣體，同樣要求TBM停止掘進，工作人員進入刀盤處取掌子面氣體。同時，通過以上方法收集氣體，不具有連續性，還有可能被污染導致預測準確性降低。基于以上問題，亟待提出一種基于掌子面氣體監測的TBM搭載式超前地質預報系統及方法。

發明內容

本發明為克服上述氣體收集方面的不足，提供一套操作簡單、僅需較少勞動力就可以完成基于隧道掌子面氣體監測的TBM搭載式超前地質預報系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于在TBM掘進過程中，將氣體進口安裝至TBM刀盤處，通過第一氣體輸送管道，使氣體進入系統，最終通過掌子面氣體含量變化特征實現超前地質預報的裝置：

包括第一氣體輸送管道、第二氣體輸送管道、第三氣體輸送管道、氣體過濾裝置、氣泵、氣體收集盒、尾氣處理裝置、電腦控制系統；

所述的所述的第一氣體輸送管道包括多個支管道、1個軸承和1個主管道，每個支管道首端連接一個氣體進口裝置相連，多個個支管道尾端匯集于軸承內圈，所述軸承外圈連接主管道首端，且所述每個氣體進口裝置內均設一氣體過濾膜；第一氣體輸送管道主管道的尾端連接氣體過濾裝置的進氣口，氣體過濾裝置的出氣口與第二氣體輸送管道的首端相連，且在第二氣體輸送管道的尾端安裝氣泵，氣泵通過第三氣體輸送管道與氣體收集盒相連，所述的氣體收集盒包括儲氣區和導線區，在所述氣體收集盒尾部連接氣體測量儀，氣體測量儀用于探測儲氣區的氣體；且在所述儲氣區兩側連有氣體輸送管道，在所述氣體收集管道尾端連接尾氣處理裝置。所述電腦控制系統包括三個系統,分別為：氣體抽取測量控制系統、數據曲線繪制系統、信號識別系統共同作用完成氣體收集、曲線繪制以及圖像識別過程。

作為進一步的技術方案，所述的氣體測量儀包括多個，可更換，多個氣體測量儀安裝在不同的小盒中，氣體測量儀的探頭延伸到儲氣區。

作為進一步的技術方案，所述的氣體進口裝置由硬橡膠制成，形狀為喇叭狀。