CN109026155A - 一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，所述方法包括如下步骤：S1：隧道断面一侧安装有线性激光传感器，从上至下依次设置有3组，其中第一组安装在隧道拱顶以下30cm，另外两组按照隧道高度平均划分安装，通过线性激光传感器向隧道断面另一侧照射，测得3组光束上瓦斯的平均浓度；S2：将风速传感器安装在步骤S1中的激光传感器同一隧道断面拱顶下方50cm处，测得隧道断面风速；风速传感器检测数据与人工检测数据进行对比，得出在不同风速下该点风速传感器测定值与隧道平均风速值之间的修正系数；S3：所述步骤S2中的风速传感器传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将测定数据上传至控制计算机。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯涌出量测量方法，具体涉及一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法。
背景技术
目前《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120-2002)以及相关行业规范中绝对瓦斯涌出量采用计算办法而得。
计算方式为：Q0＝Q1+Q2+Q3；其中Q1为隧道爆落煤块瓦斯涌出量，其涌出量单位为m3/min；其中Q2为隧道新暴露工作面瓦斯涌出量，其涌出量单位为m3/min；其中Q3为隧道施作喷射混泥土地段洞壁瓦斯溢出量，其溢出量单位为m3/min。
上述计算方法需要吨煤瓦斯逸出量、单位时间单位壁面瓦斯溢出初始强度、瓦斯初始强度、喷射混泥土支护地段瓦斯压力衰减系数等一系列参数来进行计算，实事上在施工环节不可能做到上述参数测定后来计算隧道的绝对瓦斯涌出量，退一步说，即或这样做了，也仅能得出隧道开挖过程中某个具体里程点的绝对瓦斯涌出量。
通常在施工现场，我们采用了煤矿《瓦斯等级鉴定》中的瓦斯涌出量测定办法：
q＝Q×(C回-C进)；其中Q为隧道某断面的风流中平均风量，单位为m3/min；C回为隧道回风瓦斯平均浓度；C进为隧道进风瓦斯平均浓度。隧道某断面的风流中平均瓦斯浓度和平均风速一般靠将隧道断面划分为若干小面积区域，分别人工测定各区域瓦斯浓度(一般采用光干涉甲烷检定器)和风速(一般采用机械风表或电子风表)，然后进行加权平均而得。这样的测定办法存在很多的人为误差。也只能测定某个时间点的瓦斯绝对涌出量。
但实际上瓦斯绝对涌出量是在隧道开挖过程中是不断变化的，我们划分瓦斯等级需要的是最大值，事前我们并不知道那个时间点、那个具体里程瓦斯涌出量最大，所以隧道开挖过程中需要连续不断监测瓦斯绝对涌出量，这靠人工检测是不能实现的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前采用的人工方式检测不能长时间的连续不断监测瓦斯浓度，并且不能够连续测量瓦斯最大涌出量参数，本方法目的在于提供一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，解决上述的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，所述方法包括如下步骤：S1：隧道断面一侧安装有线性激光传感器，从上至下依次设置有3组，其中第一组安装在隧道拱顶以下30cm，另外两组按照隧道高度平均划分安装，通过线性激光传感器向隧道断面另一侧照射，测得3组光束上瓦斯的平均浓度；S2：将风速传感器安装在步骤S1中的激光传感器同一隧道断面拱顶下方50cm处，测得隧道断面风速；风速传感器检测数据与人工检测数据进行对比，得出在不同风速下该点风速传感器测定值与隧道平均风速值之间的修正系数；S3：所述步骤S2中的风速传感器传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将测定数据上传至控制计算机，施工人员将风速修正系数、断面积输入计算机，控制计算机通过修正系统测算平均风速、风量；S4：线型激光传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将采集的上传至控制计算机，控制计算机通过软件加权平均得出隧道某断面的平均瓦斯浓度；S5:控制计算机通过软件根据平均瓦斯浓度、平均风速、断面积计算出绝对瓦斯涌出量，绘制绝对瓦斯涌出量曲线图，通过图、文进行实时显示。
目前，施工现场进行实际测量时，是分别测量两个参数，风速和瓦斯浓度，将隧道断面分为若干区域，分别测量这些区域的参数，然后进行汇总，根据不同区域分别对应不同的权重来进行加权平均，因过程繁杂，这样的测定办法存在很多的人为误差。也只能测定某个时间点的瓦斯绝对涌出量。采用这种方式在施工现场进行长期测量会影响工程施工的，因此急需一种能够实时长期监测瓦斯绝对涌出量的方法。本申请文件采用线型激光甲烷传感器、风速传感器实时检测隧道某断面的甲烷浓度、风速并上传至地面控制计算机，通过软件计算得出瓦斯绝对涌出量并实时显示、记录。自隧道开挖开始全程监控瓦斯绝对涌出量的变化。
进一步地，所述步骤S1中的激光传感器采用线型激光传感器，通过可调谐光源进行隧道内的激光传导，其光源会有一定谐波吸收，通过谐波吸收率探测整个光束上的平均瓦斯浓度。采用常用的热催化原理传感器，需定期检定。而采用可调谐光源+谐波吸收原理的线型激光传感器，其工作原理不同于热催化原理传感器，稳定性强、精度高，所测绝度瓦斯涌出量更准确；且不需要定期自检与校正。
进一步地，所述步骤S4中绘制的绝对瓦斯涌出量曲线图采用无色差黑白曲线图进行绘制。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，能够自隧道开挖开始至贯通实时监控隧道的绝对瓦斯涌出量，一次性安装后不需要人工干预；
2、本发明一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，所测绝度瓦斯涌出量更准确，且贯穿整个隧道施工全过程，可以为隧道瓦斯防控提供更准确、更全面的基础数据，提高整个工程施工的推进效率；
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明隧道截面示意图；
图2为本发明激光传感器安装断面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，所述方法包括如下步骤：S1：隧道断面一侧安装有线性激光传感器，从上至下依次设置有3组，其中第一组安装在隧道拱顶以下30cm，另外两组按照隧道高度平均划分安装，通过线性激光传感器向隧道断面另一侧照射，测得3组光束上瓦斯的平均浓度；S2：将风速传感器安装在步骤S1中的激光传感器同一隧道断面拱顶下方50cm处，测得隧道断面风速；风速传感器检测数据与人工检测数据进行对比，得出在不同风速下该点风速传感器测定值与隧道平均风速值之间的修正系数；S3：所述步骤S2中的风速传感器传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将测定数据上传至控制计算机，施工人员将风速修正系数、断面积输入计算机，控制计算机通过修正系统测算平均风速、风量；S4：线型激光传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将采集的上传至控制计算机，控制计算机通过软件加权平均得出隧道某断面的平均瓦斯浓度；S5:控制计算机通过软件根据平均瓦斯浓度、平均风速、断面积计算出绝对瓦斯涌出量，绘制绝对瓦斯涌出量曲线图，通过图、文进行实时显示。
目前，施工现场进行实际测量时，是分别测量两个参数，风速和瓦斯浓度，将隧道断面分为若干区域，分别测量这些区域的参数，然后进行汇总，根据不同区域分别对应不同的权重来进行加权平均，因过程繁杂，这样的测定办法存在很多的人为误差。也只能测定某个时间点的瓦斯绝对涌出量。采用这种方式在施工现场进行长期测量会影响工程施工的，因此急需一种能够实时长期监测瓦斯绝对涌出量的方法。本申请文件采用线型激光甲烷传感器、风速传感器实时检测隧道某断面的甲烷浓度、风速并上传至地面控制计算机，通过软件计算得出瓦斯绝对涌出量并实时显示、记录。自隧道开挖开始全程监控瓦斯绝对涌出量的变化。而采用485总线传输距离长抗干扰能力强，也可以采用CAN总线、RS232、网络信号进行传输。但是485总线在此类隧道施工中为优选方案。其中步骤S4中的采集时间的设置，是因为5秒的采集时间是按照煤矿瓦斯监控标准通行的采集时间。当然实际施工时缩短或延长采集时间都是可以的，缩短采集时间采集的数据更准确。不建议采用延长采集时间。
所述步骤S1中的激光传感器采用线型激光传感器，通过可调谐光源进行隧道内的激光传导，其光源会有一定谐波吸收，通过谐波吸收率探测整个光束上的平均瓦斯浓度。采用常用的热催化原理传感器，需定期检定。而采用可调谐光源+谐波吸收原理的线型激光传感器，其工作原理不同于热催化原理传感器，稳定性强、精度高，所测绝度瓦斯涌出量更准确；且不需要定期自检与校正。由于甲烷的密度比空气密度小，一般甲烷都聚集在隧道或巷道顶部，第一组激光甲烷传感器安装在距离隧道或巷道顶部30CM处符合《煤矿瓦斯监控系统标准》。
步骤S2中，选定的风速传感器安装在步骤S1中的激光传感器同一隧道断面拱顶下方50cm处是因为该区域最能代表整个断面的风速，并进行了修正。
所述步骤S5中绘制的绝对瓦斯涌出量曲线图采用无色差黑白曲线图进行绘制。采用无色差的黑白曲线图绘制成像，这样能够让测量的施工人员清楚的看到绝对瓦斯涌出量的曲线图，能够依据该曲线图监控到绝对瓦斯的涌出量，并且是实时进行更新的数据。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：隧道断面一侧安装有线性激光传感器，从上至下依次设置有3组，其中第一组安装在隧道拱顶以下30cm，另外两组按照隧道高度平均划分安装，通过线性激光传感器向隧道断面另一侧照射，测得3组光束上瓦斯的平均浓度；
S2：将风速传感器安装在步骤S1中的激光传感器同一隧道断面拱顶下方50cm处，测得隧道断面风速；风速传感器检测数据与人工检测数据进行对比，得出在不同风速下该点风速传感器测定值与隧道平均风速值之间的修正系数；
S3：所述步骤S2中的风速传感器传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将测定数据上传至控制计算机，施工人员将风速修正系数、断面积输入计算机，控制计算机通过修正系统测算平均风速、风量；
S4：线型激光传感器每隔5S采集一次数据，通过485总线将采集的上传至控制计算机，控制计算机通过软件加权平均得出隧道某断面的平均瓦斯浓度；
S5:控制计算机通过软件根据平均瓦斯浓度、平均风速、断面积计算出绝对瓦斯涌出量，绘制绝对瓦斯涌出量曲线图，通过图、文进行实时显示。
2.根据权利要求1所述的一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，其特征在于，所述步骤S1中的激光传感器采用线型激光传感器，通过可调谐光源进行隧道内的激光传导，其光源会有一定谐波吸收，通过谐波吸收率探测整个光束上的平均瓦斯浓度。
3.根据权利要求1所述的一种实时测定隧道瓦斯绝对涌出量的方法，其特征在于，所述步骤S4中绘制的绝对瓦斯涌出量曲线图采用无色差黑白曲线图进行绘制。
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