[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

说明书

本发明公开了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及方法，其中第一气体输送管道包括多个支管道、轴承和主管道，支管道首端与气体进口装置相连，支管道与主管道之间通过轴承相连；多个气体进口装置内均设一气体过滤膜；第一气体输送管道的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，气泵与气体收集盒相连，气体收集盒包括储气区和导线区，在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；且在储气区两侧连有气体输送管道，在气体收集管道尾端连接尾气处理装置。本装置能够快速、直接监测掌子面气体含量变化情况。

技术领域

本发明涉及一种基于隧道掌子面气体含量监测的TBM搭载式超前地质预报系统及方法。

背景技术

岩石破裂，并且沿破裂面两侧的岩块有明显相对滑动移位者称为断层。断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，叫断层破碎带，简称断裂带。断层及断层破碎带是隧道施工过程中一种典型的不良地质，采用TBM法施工穿过断层及断层破碎带时极易遭遇卡机、突涌水等灾害，因此需开展超前地质预报工作。但现有的超前预报技术以物探为主，该方法不足之处在于探测时需要TBM停止工作，同时工作人员进入刀盘，掌子面岩石不稳定，容易脱落，工作人员极易受伤，同时耽误工作进度、智能化不够。断层气的存在及异常可以提供一种新的隧道超前地质预报方法，据相关资料显示，CO、CO₂、SO₂、H₂等气体在断层处可能出现异常，断层是地球脱气的重要部位，是地球排气的主要通道。当出现断裂时，CO、CO₂、SO₂、H₂等气体会沿断层扩散，导致断层处气体含量增高，达到预报效果。但现有的技术存在一些不足，收集掌子面气体，同样要求TBM停止掘进，工作人员进入刀盘处取掌子面气体。同时，通过以上方法收集气体，不具有连续性，还有可能被污染导致预测准确性降低。基于以上问题，亟待提出一种基于掌子面气体监测的TBM搭载式超前地质预报系统及方法。

发明内容

本发明为克服上述气体收集方面的不足，提供一套操作简单、仅需较少劳动力就可以完成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。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于在TBM掘进过程中，将气体进口安装至TBM刀盘处，通过第一气体输送管道，使气体进入系统，最终通过掌子面气体含量变化特征实现超前地质预报的装置：

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、电脑控制系统；

所述的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、信号识别系统共同作用完成气体收集、曲线绘制以及图像识别过程。

作为进一步的技术方案，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。

作为进一步的技术方案，所述的气体进口装置由硬橡胶制成，形状为喇叭状。