[发明专利]基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统及方法

权利要求书

1.一种基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，包括第一气体输送管道、第二气体输送管道、第三气体输送管道、气体过滤装置、气泵、气体收集盒、尾气处理装置和电脑控制系统；

所述的第一气体输送管道包括多个支管道、1个轴承和1个主管道，每个支管道首端连接一个气体进口装置相连，多个个支管道尾端汇集于轴承内圈，所述轴承外圈连接主管道首端，且所述每个气体进口装置内均设一气体过滤膜；第一气体输送管道主管道的尾端连接气体过滤装置的进气口，气体过滤装置的出气口与第二气体输送管道的首端相连，且在第二气体输送管道的尾端安装气泵，气泵通过第三气体输送管道与气体收集盒相连，所述的气体收集盒包括储气区和导线区，在所述气体收集盒尾部连接气体测量仪，气体测量仪用于探测储气区的气体；且在所述储气区两侧连有气体输送管道，在所述气体收集管道尾端连接尾气处理装置；

所述轴承与支管道连接处可随TBM旋转，所述轴承与主管道连接处不随TBM旋转；

所述的电脑控制系统包括三个系统分别为：气体抽取测量控制系统、数据曲线绘制系统、信号识别系统；所述信号识别系统用于存放已经训练好的断层或断层破碎带相关数据自动识别模型，将所述数据曲线绘制系统中已按一定时间段或一定距离存储好的曲线图采用卷积神经网络计算方法进行信息提取将提取到的信息输入到已经训练好的自动识别系统中进行对比分析，最后输出气体采样点前方可能出现的气体含量、气晕宽度、预测断层处气体含量以及预测准确率，其中预测出的气体含量若连续出现多个高值，则高值对应的宽度则为断层或破碎带的断距，气晕宽度即为预报距离。

2.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，多个支管道的气体进口装置安装至TBM刀盘处。

3.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述的气体测量仪包括多个，可更换，多个气体测量仪安装在不同的小盒中，气体测量仪的探头延伸到储气区。

4.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述的气体进口装置由硬橡胶制成，形状为喇叭状。

5.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述的气体过滤装置内分为多层过滤膜，沿着气流流动方向，多层过滤膜的空隙依次减小。

6.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述气体过滤装置上有一可打开的门。

7.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述气体收集盒内部分为上下两层，上层为储气区，下层为导线区。

8.如权利要求1所述的基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统，其特征在于，所述电脑控制系统用导线与气泵、气体检测仪以及尾气处理装置连接，通过导线控制气泵开关，通过导线收集气体检测仪测试数据，通过导线控制尾气处理装置。

9.一种利用权利要求1-8任一所述基于隧道掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统实现隧道掌子面气体含量监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在TBM掘进过程中，开始收集气体之前，通过电脑控制系统气体抽取测量控制系统控制尾气处理装置，对仪器校正，使气体收集盒内气体含量稳定；

2)开始收集气体时，通过电脑控制系统气体抽取测量控制系统，打开气泵进行抽气，使气体从气体进口装置的气体入口进入；沿第一气体输送管道进入气体过滤装置进行进一步过滤，气体依次穿过多层过滤膜，沿管道继续传送；

3)气体进入气体收集盒后，由气体检测仪进行气体含量测量，并将数据通过小盒下部的接口将数据传送至电脑控制系统；电脑控制系统的数据曲线绘制系统将数据保存，绘制出气体含量随时间或桩号变化的曲线，并将曲线显示于电脑控制系统的显示屏上，同时按一定时间段或一定距离将曲线图进行分割存储，储存时间段或一定距离可根据需要调整；

4)通过电脑控制系统的信号识别系统，将所述数据曲线绘制系统中已按一定时间段或一定距离存储好的曲线图，采用卷积神经网络计算方法提取气体在岩石中的含量、气体含量开始增高、降低点的信息，将提取到的信息输入到已经训练好的自动识别系统中进行对比分析，最后输出气体采样点前方可能出现的气体含量、气晕宽度以及预测准确率；其中预测出的气体含量若连续出现多个高值，则高值对应的宽度则为断层或破碎带的断距，气晕宽度即为预报距离；

5)根据测试需要，随着TBM掘进，气体依次通过1-4步骤进行测量，完成掌子面气体含量变化监测及超前地质预报目的。