本申請涉及隧道施工，具體涉及一種隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、隧道施工過程中，有害氣體常由掌子面或未支護(hù)洞壁逸出或涌出，當(dāng)洞內(nèi)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)會造成一系列災(zāi)害，威脅作業(yè)人員的人身安全，并造成工期延誤，甚至造成巨大的工程事故。

2、為了降低隧道施工中的有害氣體風(fēng)險(xiǎn)，在掌子面正式開挖之前，通常采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法來確定隧道有害氣體的危險(xiǎn)性。

3、現(xiàn)有的隧道有害氣體超前探測方法主要包括兩種：一是在鉆孔孔口布置傳感器，以對有害氣體濃度進(jìn)行檢測；然而，這種探測方法無法準(zhǔn)確探測孔內(nèi)的有害氣體濃度。二是超前鉆孔完畢后對鉆孔進(jìn)行封孔24小時(shí)，24小時(shí)后測定孔內(nèi)有害氣體濃度；然而，這種方法無法測定孔內(nèi)開挖時(shí)真實(shí)的有害氣體濃度，并且施工效率低，影響隧道正常開挖掘進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備及方法，解決無法準(zhǔn)確探測超前鉆孔內(nèi)有害氣體濃度的問題。

2、本申請解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，提供一種隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，包括套管；所述套管上設(shè)有激光監(jiān)測模塊，所述激光監(jiān)測模塊用于在所述套管內(nèi)沿所述套管的軸向發(fā)射激光、并進(jìn)行測距和監(jiān)測有害氣體濃度；所述套管上設(shè)有遮擋模塊，所述遮擋模塊用于周期性遮擋所述激光監(jiān)測模塊發(fā)射的激光；所述套管上設(shè)有氣體流速監(jiān)測模塊，所述氣體流速監(jiān)測模塊用于監(jiān)測所述套管內(nèi)的有害氣體流速。

4、進(jìn)一步的，所述激光監(jiān)測模塊包括設(shè)在所述套管外的激光氣體傳感器、激光測距傳感器和反射棱鏡，所述套管的管壁上設(shè)有激光孔，所述反射棱鏡用于將所述激光氣體傳感器和所述激光測距傳感器發(fā)射的激光經(jīng)所述激光孔反射至所述套管內(nèi)并沿所述套管的軸向傳播。

5、進(jìn)一步的，所述激光監(jiān)測模塊還包括與所述套管連接的監(jiān)測箱，所述激光氣體傳感器、所述激光測距傳感器和所述反射棱鏡設(shè)置在所述監(jiān)測箱內(nèi)。

6、進(jìn)一步的，所述遮擋模塊包括設(shè)置在所述套管外的驅(qū)動件和與所述驅(qū)動件連接的遮擋件，所述套管的管壁上設(shè)有避讓所述遮擋件的避讓孔，所述驅(qū)動件用于驅(qū)動所述遮擋件運(yùn)動并在套管內(nèi)周期性遮擋激光。

7、進(jìn)一步的，所述氣體流速監(jiān)測模塊包括設(shè)在將所述套管外的流速監(jiān)測盒和設(shè)在所述流速監(jiān)測盒內(nèi)的氣體流速傳感器，所述流速監(jiān)測盒與所述套管的內(nèi)腔連通。

8、進(jìn)一步的，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與所述激光監(jiān)測模塊、所述遮擋模塊和所述氣體流速監(jiān)測模塊連接。

9、進(jìn)一步的，所述套管用于套在鉆桿上，所述套管可在所述鉆桿上沿所述鉆桿的軸向移動。

10、進(jìn)一步的，所述套管的下方設(shè)有與其內(nèi)腔連通的水箱；所述水箱內(nèi)腔的底部具有向上延伸的隔水板，并形成位于所述隔水板兩側(cè)的出水腔和取樣腔，所述水箱的下端設(shè)有與所述出水腔連通的出水管，所述水箱的下端設(shè)有與所述取樣腔連通的取樣管。

11、進(jìn)一步的，所述水箱內(nèi)位于所述隔水板的上方具有水平設(shè)置的過濾件，所述水箱上設(shè)有用于啟閉所述過濾件上方腔室的出渣門。

12、第二方面，提供一種隧道超前鉆孔有害氣體探測方法，采用第一方面提供的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，該方法包括：

13、s1、將套管的一端與超前鉆孔的孔口連接；

14、s2、激光監(jiān)測模塊向超前鉆孔的孔底發(fā)射激光，獲得激光監(jiān)測模塊至超前鉆孔孔底的有害氣體濃度c1；

15、s3、在t1時(shí)間后，遮擋模塊遮擋套管內(nèi)的激光，激光監(jiān)測模塊向遮擋模塊發(fā)射激光，獲得激光監(jiān)測模塊至遮擋模塊的有害氣體濃度c2和激光監(jiān)測模塊至遮擋模塊的距離d2，氣體流速監(jiān)測模塊監(jiān)測套管內(nèi)有害氣體的流速v；

16、s4、在t2時(shí)間后，遮擋模塊釋放套管內(nèi)的激光，激光監(jiān)測模塊向超前鉆孔的孔底發(fā)射激光，獲得激光監(jiān)測模塊至超前鉆孔孔底的有害氣體濃度c3；

17、s5、根據(jù)步驟s2、s3、s4中獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算超前鉆孔孔底的有害氣體濃度。

18、本申請的有益效果：

19、本申請實(shí)施例提供的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備及方法，能夠隨鉆機(jī)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確探測超前鉆孔的孔底處的有害氣體濃度，提高了施工效率，為隧道有害氣體危險(xiǎn)性評價(jià)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，包括套管(10)；所述套管(10)上設(shè)有激光監(jiān)測模塊(11)，所述激光監(jiān)測模塊(11)用于在所述套管(10)內(nèi)沿所述套管(10)的軸向發(fā)射激光、并進(jìn)行測距和監(jiān)測有害氣體濃度；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述激光監(jiān)測模塊(11)包括設(shè)在所述套管(10)外的激光氣體傳感器(111)、激光測距傳感器(112)和反射棱鏡(113)，所述套管(10)的管壁上設(shè)有激光孔(101)，所述反射棱鏡(113)用于將所述激光氣體傳感器(111)和所述激光測距傳感器(112)發(fā)射的激光經(jīng)所述激光孔(101)反射至所述套管(10)內(nèi)并沿所述套管(10)的軸向傳播。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述激光監(jiān)測模塊(11)還包括與所述套管(10)連接的監(jiān)測箱(114)，所述激光氣體傳感器(111)、所述激光測距傳感器(112)和所述反射棱鏡(113)設(shè)置在所述監(jiān)測箱(114)內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述遮擋模塊(12)包括設(shè)置在所述套管(10)外的驅(qū)動件(121)和與所述驅(qū)動件(121)連接的遮擋件(122)，所述套管(10)的管壁上設(shè)有避讓所述遮擋件(122)的避讓孔(102)，所述驅(qū)動件(121)用于驅(qū)動所述遮擋件(122)運(yùn)動并在套管(10)內(nèi)周期性遮擋激光。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述氣體流速監(jiān)測模塊(13)包括設(shè)在將所述套管(10)外的流速監(jiān)測盒(131)和設(shè)在所述流速監(jiān)測盒(131)內(nèi)的氣體流速傳感器(132)，所述流速監(jiān)測盒(131)與所述套管(10)的內(nèi)腔連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，還包括控制模塊(14)，所述控制模塊(14)分別與所述激光監(jiān)測模塊(11)、所述遮擋模塊(12)和所述氣體流速監(jiān)測模塊(13)連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述套管(10)用于套在鉆桿(15)上，所述套管(10)可在所述鉆桿(15)上沿所述鉆桿(15)的軸向移動。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述套管(10)的下方設(shè)有與其內(nèi)腔連通的水箱(16)；所述水箱(16)內(nèi)腔的底部具有向上延伸的隔水板(17)，并形成位于所述隔水板(17)兩側(cè)的出水腔(161)和取樣腔(162)，所述水箱(16)的下端設(shè)有與所述出水腔(161)連通的出水管(18)，所述水箱(16)的下端設(shè)有與所述取樣腔(162)連通的取樣管(19)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，其特征在于，所述水箱(16)內(nèi)位于所述隔水板(17)的上方具有水平設(shè)置的過濾件(20)，所述水箱(16)上設(shè)有用于啟閉所述過濾件(20)上方腔室的出渣門(21)。

10.一種隧道超前鉆孔有害氣體探測方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，該方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備及方法，涉及隧道施工技術(shù)領(lǐng)域。隧道超前鉆孔有害氣體探測設(shè)備，包括套管；套管上設(shè)有激光監(jiān)測模塊，激光監(jiān)測模塊用于在套管內(nèi)沿套管的軸向發(fā)射激光、并進(jìn)行測距和監(jiān)測有害氣體濃度；套管上設(shè)有遮擋模塊，遮擋模塊用于周期性遮擋激光監(jiān)測模塊發(fā)射的激光；套管上設(shè)有氣體流速監(jiān)測模塊，氣體流速監(jiān)測模塊用于監(jiān)測套管內(nèi)的有害氣體流速。本申請能夠準(zhǔn)確探測超前鉆孔的孔底處的有害氣體濃度，為隧道有害氣體危險(xiǎn)性評價(jià)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：李巖松,羅利,王仙芝,劉衛(wèi)華,李有貴,楊俊杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國五冶集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8