非煤系地层隧道多种类混合有害气体全方位监测方法与流程

本发明涉及一种非煤系地层隧道多种类混合有害气体全方位监测方法，属于隧道施工技术领域。

背景技术：

目前在公路、铁路等基础设施建设过程中往往需要建设大量的隧道。由于山岭地区地质构造复杂，有毒有害气体成为影响隧道施工安全的主要因素之一。在煤系地层遇到瓦斯等有害气体的情况比较多见，在非煤系地层遇到有害气体的案例比较少，目前没有相关的规范指导施工。而目前随着隧道的大量建设，在非煤系地层遇有害气体的案例逐渐增多，且有毒有害气体的种类更多、浓度更高，施工中揭示的有害气体通常为多种类混合气体，例如硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氢气、瓦斯、氨气等。非煤系地层有害气体隧道施工存在两个技术难题：一是当隧道前方及周边存在有害气体富集区时，伴随着隧道作业面逐渐接近气体富集区，围岩应力重新分布，完整岩盘的岩体抵抗力越来越小，不足以抵抗高压有害气体时，形成高压有害气体突出；二是硫化氢(h2s)、一氧化碳(co)等有害气体具有剧毒性，施工过程中极易造成人员中毒伤害。因此，对非煤系地层多种类混合有害气体的监测成为施工中需重点解决的问题，如何不间断地、全方位的对隧道作业环境中有害气体进行监测，形成可靠的监测体系，成为隧道建设中需解决的难题之一。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种操作性强、可对隧道作业空间内不同部位多种有害气体全方位实时监测的非煤系地层隧道多种类混合有害气体全方位监测方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种非煤系地层隧道多种类混合有害气体全方位监测方法，其特征是：在隧道有限作业空间内的不同断面设置有害气体监测断面，在每个有害气体监测断面内设置可移动式多种有害气体自动监测装置，所述可移动式多种有害气体自动监测装置上对应同一有害气体监测断面的不同部位分别设置有多个用于监测有害气体的传感器，所述可移动式多种有害气体自动监测装置随隧道掘进不断跟进，通过可移动式多种有害气体自动监测装置实时监控有害气体浓度变化，监测数据同时传输至隧道洞口值班室终端显示和存储，有害气体浓度超过安全限值时，隧道内、外同步声光报警，实现有害气体实时、全方位监测。

进一步的，为准确监测有害气体，所述有害气体监测断面的设置位置为：各开挖施工的掌子面、回风巷距离风管口后退60～200m、总回风巷。

进一步的，为保证各传感器监测的数值准确，所述可移动式多种有害气体自动监测装置上用于监测有害气体的传感器设置位置根据有害气体密度与空气密度的大小进行布置，用于监测的有害气体密度较空气密度大的传感器布置在隧道拱腰和拱脚的位置，用于监测的有害气体密度与空气密度相近的传感器布置在隧道拱顶、拱腰和拱脚的位置，用于监测的有害气体密度较空气密度小的传感器布置在隧道拱顶和拱腰的位置；用于监测氧气的传感器布置在隧道拱顶、拱腰和拱脚的位置。

进一步的，为实时监测洞内通风质量，在回风巷布设有风速传感器，分别布置在隧道拱顶、拱腰、拱脚位置。

进一步的，所述可移动式多种有害气体自动监测装置包括监测台架，所述监测台架包括门型框架、设置在所述门型框架两侧底端的走行机构，在所述门型框架的两侧对应于隧道的拱脚和拱腰位置分别设置有传感器安装平台，各传感器对应安装在所述传感器安装平台及所述门型框架的顶部位置。通过走行机构监测台架可方便地进行移动，可随隧道掘进不断跟进至作业区域。

进一步的，为防止隧道渗水或物体掉落损坏有害气体传感器，影响传感器灵敏度，各传感器通过传感器保护箱体安装在所述门型框架上，所述传感器保护箱体包括底座、设置在所述底座上的传感器固定架、设置在所述传感器固定架顶部的防护罩，所述防护罩遮罩在所述传感器固定架的顶部，各传感器均固定安装在所述传感器固定架上。

本发明的有益效果是：本发明通过在隧道有限作业空间不同断面设置有害气体监测断面，在每个有害气体监测断面内设置可移动式多种有害气体自动监测装置，通过可移动式多种有害气体自动监测装置上设置在不同部位的有害气体传感器来实时监控有害气体浓度变化，随着隧道掘进可移动式多种有害气体自动监测装置不断跟进，实现有害气体实时、全方位、有效监测，大大提高了隧道施工的安全性，避免灾害发生。本发明很好的解决了隧道作业空间内不同部位多种有害气体全方位实时监测，自动监测过程无需人员参与，发现有害气体浓度超过安全限值后自动报警，提醒作业人员撤离，实现智能化管理；本发明工作效率高，实时自动监测、数据自动处理和存储，节约了人工，避免了人工检测时间上和空间上的漏洞；本发明操作性强，成本低，实用性强。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中传感器布设方式a的示意图；

图2是本发明具体实施方式中传感器布设方式b的示意图；

图3是本发明具体实施方式中的有害气体监测断面的设置示意图；

图4是本发明具体实施方式中的可移动式多种有害气体自动监测装置的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是本发明具体实施方式中的传感器保护箱体的结构示意图；

图中，1是隧道轮廓线，2是底板，3是门型框架，4是横梁，5是走行轮，6是驱动系统，7是有害气体传感器，8是控制箱，9是连接线缆，10是人行爬梯，11是加强杆,12是传感器安装平台，13是保护罩，14是传感器固定架，15是底座，16是传感器。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：

一种非煤系地层隧道多种类混合有害气体全方位监测方法，其是在隧道有限作业空间内的不同断面设置有害气体监测断面，在每个有害气体监测断面内设置可移动式多种有害气体自动监测装置，所述可移动式多种有害气体自动监测装置上对应同一有害气体监测断面的不同部位分别设置有多个用于监测有害气体的传感器，所述可移动式多种有害气体自动监测装置随隧道掘进不断跟进，通过可移动式多种有害气体自动监测装置实时监控有害气体浓度变化，监测数据同时传输至隧道洞口值班室终端显示和存储，有害气体浓度超过安全限值时，隧道内、外同步声光报警，实现有害气体实时、全方位监测。

根据非煤系有害气体的特性，有害气体监测断面在作业人员集中区域、易形成有害气体聚集的区域,结合污风回流方向布置，优选设置在各开挖施工的掌子面、回风巷距离风管口后退60～200m、总回风巷。

为保证各传感器监测的有害气体数值准确，所述可移动式多种有害气体自动监测装置上用于监测有害气体的传感器设置位置根据有害气体密度与空气密度的大小进行布置，用于监测的有害气体密度较空气密度大的传感器布置在隧道拱腰和拱脚的位置，用于监测的有害气体密度与空气密度相近的传感器布置在隧道拱顶、拱腰和拱脚的位置，用于监测的有害气体密度较空气密度小的传感器布置在隧道拱顶和拱腰的位置；用于监测氧气的传感器布置在隧道拱顶、拱腰和拱脚的位置。

为实时监测洞内通风质量，在回风巷布设有风速传感器，分别布置在隧道拱顶、拱腰、拱脚位置。

如附图1和图2所示，以施工期间监测9种气体为例，说明有害气体自动检测点布置原则，9种气体分别为氧气(o2)、瓦斯(ch4)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)、氨气(nh3)、二氧化氮(no2)、氢气(h2)。在隧道拱顶(即c处)布置氧气(o2)、瓦斯(ch4)、一氧化碳(co)、氨气(nh3)和氢气(h2)传感器；在隧道拱腰(即b、d处)布置氧气(o2)、瓦斯(ch4)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)、氨气(nh3)、二氧化氮(no2)、氢气(h2)传感器；在隧道拱脚(即a、e处)布置氧气(o2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)、二氧化氮(no2)传感器，以上布置方式在本发明中称为布置方式a。回风巷断面检测点是在布置方式a的基础上，在每个监测点(a’、b’、c’、d’、e’)增加风速探头，该布置方式在本发明中称为布置方式b。

如图3所示，为本发明中的有害气体监测断面的设置示意图。以斜井、平导、正洞多作业面施工的隧道为例，在开挖面3～5m位置、回风巷后方60～200m位置及总回风巷分别布置有害气体监测断面。在各开挖面3～5m位置按照如图1中所示的布置方式a布置检测点；在回风巷后方60～200m位置及总回风巷位置按照如图2所示的布置方式b布置检测点。

如图4-图5所示，为本发明所述的可移动式多种有害气体自动监测装置的示意图。可移动式多种有害气体自动监测装置包括监测台架，所述监测台架包括门型框架3、设置在所述门型框架3两侧底端的走行机构，门型框架3采用型钢焊接而成门型结构，门型结构的顶部为梯台结构，通过加强杆11加固。走行机构包括走行轮5、横梁4、驱动系统6，门型框架3的两侧架体的底部分别连接一横梁4，横梁4与走行轮5连接，驱动系统6设置在横梁4上，驱动系统6采用电机减速机，通过链条传动方式与走行轮5连接。通过驱动系统6可驱动走行轮5在底板5上走行，从而带动监测台架整体移动，通过控制系统可实现自动走行。在所述门型框架3的两侧对应于隧道的拱脚和拱腰位置分别设置有传感器安装平台12，各传感器对应安装在所述传感器安装平台12及所述门型框架3的顶部位置。监测台架上还安装声光报警器。控制箱8安装在其中一个传感器安装平台上，监测台架上的各传感器7之间及声光报警器采用连接线缆9连接，并接入控制箱8。在门型框架3的两侧分别设置人行爬梯10，人行爬梯10用于人员上下，检查各传感器。

为防止隧道渗水或物体掉落损坏传感器，影响传感器灵敏度，本发明中各传感器通过传感器保护箱体安装在所述门型框架3上。如附图6所示，为本发明中的传感器保护箱体示意图。所述传感器保护箱体包括底座15、设置在所述底座15上的传感器固定架14、固定连接在所述传感器固定架14顶部的防护罩13，所述防护罩13遮罩在所述传感器固定架14的顶部，各传感器均固定安装在所述传感器固定架14上。各传感器保护箱体通过其底座15安装在门型框架3的传感器安装平台12及门型框架3的顶部位置。

本发明中所涉及的数据采集、传输、终端显示及存储、声光报警灯均为现有技术。

本发明中所涉及的各种用于监测气体浓度的传感器均为现有技术，其可在市场上进行采购，例如：深圳市新世联科技有限公司销售的氧气传感器(o2-m2)、一氧化碳传感器(3sp_co_1000)、二氧化碳传感器(sprintir6s)、一氧化氮传感器(no-a4)、二氧化氮传感器(3sp_no2_20)、二氧化硫传感器(3sp_so2_20)、硫化氢传感器(3sp_h2s_50)，郑州炜盛电子科技有限公司生产的氨气传感器(me3-nh3)、氢气传感器(mq-8)，山东中煤工矿集团生产的瓦斯传感器(kgj16)，南京英格玛仪器技术有限公司生产的风速传感器(ygm215)等。

本发明可对隧道作业空间内不同部位多种类有害气体全方位实时监测，自动监测过程无需人员参与，发现有害气体浓度超过安全限值后可自动报警，提醒作业人员撤离，可实现智能化管理。

本发明不仅适用于非煤系地层隧道有害气体实时监测，同样适用于其他地层地下工程施工，其操作性强，成本低，工作效率高，能够大大提高施工安全性。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。