发明内容
本发明目的在于提供一种盾构机用瓦斯防控系统,用于解决上述现有技术中存在的技术问题之一,如:防止瓦斯爆炸一般从两个方面进行:控制瓦斯浓度和控制温度,由于盾构机电气设备较多,较难进行控温防爆改造,所以一般从控制瓦斯浓度入手防止瓦斯爆炸。由于瓦斯爆炸危害性极大,将会造成人员伤亡、经济损失严重,故设定安全系数为10,即在瓦斯浓度达0.5%时必须对瓦斯气体进行处理,控制其浓度。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种盾构机用瓦斯防控系统,包括土仓瓦斯检测装置、土仓压力检测装置、进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置、气动喷射泵、压缩气体系统、自动保压系统、数据存储装置和主控制装置;
所述土仓瓦斯检测装置用于检测盾构机土仓内的第一实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
所述土仓压力检测装置用于检测盾构机土仓内的实时压强信息并发送至主控制装置;
进气管压力检测装置用于检测进气管内壁所承受的实时压力信息并发送至主控制装置;所述进气管与所述土仓连通,作为将所述土仓中的瓦斯抽出的通道;
进气管瓦斯检测装置用于检测进气管内的第二实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
所述气动喷射泵与主控制装置连接,所述气动喷射泵设置于所述进气管的末端,用于提供抽出瓦斯的动力;
所述自动保压系统与主控制装置连接,用于对所述土仓进行压强调节;
所述压缩气体系统与主控制装置连接,用于向所述气动喷射泵和所述自动保压系统提供压缩空气;
所述数据存储装置用于存储盾构机正常工作状态下土仓内的第一标准瓦斯浓度信息、土仓内的标准压强信息、进气管内壁所承受的标准压力信息、进气管内的第二瓦斯浓度信息;
其中,所述土仓瓦斯检测装置和所述土仓压力检测装置处于开启状态;
所述进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置、气动喷射泵、自动保压系统处于关闭状态;
当所述第一实时瓦斯浓度信息超出第一标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵、启动进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置;
当所述实时压强信息不满足标准压强信息时,主控制装置控制自动保压系统对土仓进行保压控制。
进一步的,还包括土仓瓦斯浓度报警器,所述土仓瓦斯浓度报警器与所述主控制装置连接;
所述第一标准瓦斯浓度信息包括低风险标准瓦斯浓度信息和高风险标准瓦斯浓度信息;
当所述第一实时瓦斯浓度信息超出低风险标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵进行自动抽出瓦斯操作;当所述第一实时瓦斯浓度信息超出高风险标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵进行自动抽出瓦斯操作的同时,通过控制土仓瓦斯浓度报警器进行报警,提醒现场工作人员进行人工干预。
进一步的,还包括土仓压强报警器,所述土仓压强报警器与所述主控制装置连接;
当所述实时压强信息不满足标准压强信息时,主控制装置控制自动保压系统对土仓进行自动保压控制,主控制装置还控制所述土仓压强报警器进行报警,提醒现场工作人员进行人工干预。
进一步的,还包括进气管堵塞报警器,所述进气管堵塞报警器与所述主控制装置连接;
当所述实时压力信息达到所述标准压力信息时,所述主控制装置控制所述进气管堵塞报警器进行报警。
进一步的,还包括进气管疏通装置,所述进气管疏通装置与所述主控制装置连接,用于对进气管进行疏通;
当所述实时压力信息达到所述标准压力信息时,所述主控制装置控制所述进气管疏通装置动作。
进一步的,还包括出气管瓦斯检测装置和出气管破损报警器,所述出气管瓦斯检测装置和出气管破损报警器分别与主控制装置连接,所述出气管瓦斯检测装置用于检测出气管的第三实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
当所述第三实时瓦斯浓度信息与所述第二实时瓦斯浓度信息不匹配时,主控制装置控制所述出气管破损报警器报警。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:
本方案的一个创新点在于,通过对进气管内壁所承受的压力值来分析判断,进气管是否存在泥土积压堵塞的情况;同时由于沙石泥土对进气管的作用,可能会导致进气管破损,通过对出气管瓦斯浓度和进气管瓦斯浓度的比较,可以判断出进气管是否漏气破损。同时,该盾构机用瓦斯防控系统与传统盾构机瓦斯处理系统相比,将处理部位由螺旋输送机出渣口处提前到土仓内部,并将检测出的瓦斯气体通过瓦斯排出系统直接排出施工隧道。该系统可避免瓦斯气体进入盾构主机内部,该设计可使得掘进瓦斯地层时无需盾构停机,瓦斯地层施工效率提高。瓦斯抽排设备使用气动喷射泵,该设备采用高压气体驱动,防爆性能好,同时高压气体直接来自于盾构机原有的压缩气体系统,改装方便,降低施工成本。该系统主动检测盾构机土仓内的瓦斯气体浓度,并直接进行处理,对比以往的瓦斯处理系统,有着提前检测、快速响应、主动防控等优点。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-2,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
如图1所示,提出一种盾构机用瓦斯防控系统,包括土仓瓦斯检测装置、土仓压力检测装置、进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置、气动喷射泵、压缩气体系统、自动保压系统、数据存储装置和主控制装置;
所述土仓瓦斯检测装置用于检测盾构机土仓内的第一实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
所述土仓压力检测装置用于检测盾构机土仓内的实时压强信息并发送至主控制装置;
进气管压力检测装置用于检测进气管内壁所承受的实时压力信息并发送至主控制装置;所述进气管与所述土仓连通,作为将所述土仓中的瓦斯抽出的通道;
进气管瓦斯检测装置用于检测进气管内的第二实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
所述气动喷射泵与主控制装置连接,所述气动喷射泵设置于所述进气管的末端,用于提供抽出瓦斯的动力;
所述自动保压系统与主控制装置连接,用于对所述土仓进行压强调节;
所述压缩气体系统与主控制装置连接,用于向所述气动喷射泵和所述自动保压系统提供压缩空气;
所述数据存储装置用于存储盾构机正常工作状态下土仓内的第一标准瓦斯浓度信息、土仓内的标准压强信息、进气管内壁所承受的标准压力信息、进气管内的第二瓦斯浓度信息;
其中,所述土仓瓦斯检测装置和所述土仓压力检测装置处于开启状态;
所述进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置、气动喷射泵、自动保压系统处于关闭状态;
当所述第一实时瓦斯浓度信息超出第一标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵、启动进气管压力检测装置、进气管瓦斯检测装置;
当所述实时压强信息不满足标准压强信息时,主控制装置控制自动保压系统对土仓进行保压控制。
上述方案中,该防控系统从盾构土仓中开始处理,提前将可能进入盾构主机内部的瓦斯气体抽排出隧道,降低瓦斯爆炸风险。该防控系统在传统盾构机已有设备的基础上进行改进,增加瓦斯抽排系统,同时充分利用已配备的自动保压系统、压缩空气系统,改造方便,降低成本。土仓内环境复杂,包含掘削下来的土体及水等物质,在瓦斯传感器的外围增加一个透气保护罩,瓦斯传感器在检测土仓内瓦斯浓度的同时也可受到保护。
值得注意的是,瓦斯抽排系统动作与土仓保压是同时进行的,这样可形成空气置换循环过程,使得土仓内部压强始终保持在一个稳定的状态。
进一步的,还包括土仓瓦斯浓度报警器,所述土仓瓦斯浓度报警器与所述主控制装置连接;
所述第一标准瓦斯浓度信息包括低风险标准瓦斯浓度信息和高风险标准瓦斯浓度信息;
当所述第一实时瓦斯浓度信息超出低风险标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵进行自动抽出瓦斯操作;当所述第一实时瓦斯浓度信息超出高风险标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵进行自动抽出瓦斯操作的同时,通过控制土仓瓦斯浓度报警器进行报警,提醒现场工作人员进行人工干预。
其中优选的,当所述第一实时瓦斯浓度信息超出低风险标准瓦斯浓度信息时,主控制装置控制气动喷射泵进行自动抽出瓦斯操作,同时也通过控制土仓瓦斯浓度报警器进行报警,提醒现场工作人员进行人工干预,可进一步确保工作人员安全。
进一步的,还包括土仓压强报警器,所述土仓压强报警器与所述主控制装置连接;
当所述实时压强信息不满足标准压强信息时,主控制装置控制自动保压系统对土仓进行自动保压控制,主控制装置还控制所述土仓压强报警器进行报警,提醒现场工作人员进行人工干预。
进一步的,还包括进气管堵塞报警器,所述进气管堵塞报警器与所述主控制装置连接;
当所述实时压力信息达到所述标准压力信息时,所述主控制装置控制所述进气管堵塞报警器进行报警。
进一步的,还包括进气管疏通装置,所述进气管疏通装置与所述主控制装置连接,用于对进气管进行疏通;
当所述实时压力信息达到所述标准压力信息时,所述主控制装置控制所述进气管疏通装置动作。
进一步的,还包括出气管瓦斯检测装置和出气管破损报警器,所述出气管瓦斯检测装置和出气管破损报警器分别与主控制装置连接,所述出气管瓦斯检测装置用于检测出气管的第三实时瓦斯浓度信息并发送至主控制装置;
当所述第三实时瓦斯浓度信息与所述第二实时瓦斯浓度信息不匹配时,主控制装置控制所述出气管破损报警器报警。
上述方案中,通过对进气管内壁所承受的压力值来分析判断,进气管是否存在泥土积压堵塞的情况;同时由于沙石泥土对进气管的作用,可能会导致进气管破损,通过对出气管瓦斯浓度和进气管瓦斯浓度的比较,可以判断出进气管是否漏气破损。同时,该盾构机用瓦斯防控系统与传统盾构机瓦斯处理系统相比,将处理部位由螺旋输送机出渣口处提前到土仓内部,并将检测出的瓦斯气体通过瓦斯排出系统直接排出施工隧道。该系统可避免瓦斯气体进入盾构主机内部,该设计可使得掘进瓦斯地层时无需盾构停机,瓦斯地层施工效率提高。瓦斯抽排设备使用气动喷射泵,该设备采用高压气体驱动,防爆性能好,同时高压气体直接来自于盾构机原有的压缩气体系统,改装方便,降低施工成本。该系统主动检测盾构机土仓内的瓦斯气体浓度,并直接进行处理,对比以往的瓦斯处理系统,有着提前检测、快速响应、主动防控等优点。
实施例2:
如图2所示,在实施例1的基础上进一步的,在上述盾构机用瓦斯防控系统中,在盾构机正常掘进过程中由刀盘1与土体直接接触,刀盘上的刀具掘削土体,被切削下来的土体通过刀盘的开口进入到土仓2,土仓2背后设置有隔板14,土仓内的渣土由螺旋输送机15排出。
到掘削到含瓦斯的地层时,瓦斯气体随着地层渣土进入到盾构土仓2中,安装在土仓顶部的瓦斯传感器4对土仓内瓦斯浓度进行实时检测。瓦斯浓度低于0.5%时,盾构正常掘进,可利用盾构机配备的通风系统将少量的瓦斯气体排出。当瓦斯浓度高于0.5%时,盾构机瓦斯防控系统开始工作,瓦斯抽排系统开启,通过与土仓相连的进气管道6,气动喷射泵7将土仓内的气体抽排出来,并通过出气管道8,将瓦斯气体排出到隧道外安全部位进行释放。利用瓦斯抽排系统进行气体抽排的同时也会影响到土仓内的压力,故自动保压系统10需开始工作,根据安装在土仓隔板上的压力传感器11,自动保压系统利用来自压缩空气系统9的高压气体对土仓压力进行控制,保证土仓压力恒定。该系统使得盾构机在掘进过程中遇到瓦斯地层也无需停机,可正常掘进,保证施工顺利进行。
在瓦斯抽排系统工作过程中,如果出现土仓内渣土堵塞进气管道6的情况,则防堵疏通管道12开启,压缩空气系统9排出的高压气体经过防堵疏通管道12、单向阀13,对进气管道内堵塞的渣土进行疏通。
其中,1刀盘2土仓3透气保护罩4瓦斯传感器5土仓隔板预留球阀6进气管道7气动喷射泵8出气管道9压缩气体系统10自动保压系统11压力传感器12防堵疏通管道13单向阀14土仓隔板15螺旋输送机。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。