CN220340177U - 盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置及采用其的盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置及采用其的盾构机，其在过渡罐与土仓连通的进气管路上设置了减压阀，以将高压气体减压至中压气体，过渡罐通过排气管路与螺旋输送机的尾部低压区域连通，利用土仓与过渡罐之间的压力差、过渡罐与螺旋输送机的尾部低压区之间的压力差，实现了土仓内气体的自动取样，并且通过减压阀对高压气体进行减压控制，实现了土仓内高压气体的慢速释放，不仅实现了对土仓内瓦斯气体的连续探测，而且不会导致土仓内的压力迅速下降而快速失稳。并且，瓦斯传感器安装在过渡罐上，而不是安装在土仓内，瓦斯传感器不会被土仓内搅动溅起的泥土糊住探测进气孔，提高了瓦斯检测的可靠性和传感器的使用寿命。

Description

盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置及采用其的盾构机

技术领域

本实用新型涉及开挖仓瓦斯检测技术领域，特别地，涉及一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，另外，还涉及一种采用上述瓦斯检测装置的盾构机。

背景技术

盾构机在隧道施工过程中，经常遇到局部地段有瓦斯气体的土层，盾构机的刀盘将开挖掌子面含瓦斯气体的土层切削到土仓的过程中，瓦斯气体从切削土中释放出来并在土仓顶部聚集，土仓顶部聚集的瓦斯气体不能从土仓底部的螺旋输送机排渣口及时排出，土仓内瓦斯气体会越聚越多，过高浓度的瓦斯气体在有明火的条件下易发生瓦斯爆炸，给隧道施工带来安全隐患。目前，国内盾构机在隧道施工过程中，施工人员在遇到可能有瓦斯气体地层施工掘进过程中，通常通过在土仓隔板上不定期的打开放气口进行气体采样检测，或者在相应的地段通过地面打孔取样检测等方式进行检测，而人工检测方式存在地段采样不连续、不能及时探测到瓦斯气体、不利于施工作业人员及时掌握掌子面及土仓内的瓦斯气体状况的缺点。随着含瓦斯盾构施工项目工程的增多，对含瓦斯隧道开挖过程中的瓦斯气体自动检测需求愈强，虽然目前已经有了一些瓦斯气体辅助检测手段，但大都属于断续性取样探测，例如，专利CN204719026U公开了一种瓦斯检测装置，其通过在土压隔板上连接放气管路，并将放气管路经装有瓦斯探测传感器的缓冲箱后，再经放气管路排入盾构机主机后侧空气中，实现对土仓内瓦斯气体的探测，但其在实际使用过程中，主要适用于对土仓内瓦斯气体的不连续取样检测，当需要进行连续探测检测时，会使土仓压力由于放气而迅速下降，易导致开挖掌子面因压力下降失衡，对掌子面正常稳定开挖有一定的影响。因此，如何在盾构机开挖作业时实时连续地对土仓瓦斯气体进行探测，且不会使得土仓压力快速失稳，是当前盾构含瓦斯气体隧道工程迫切需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置及采用其的盾构机，可以在盾构机开挖作业时实时连续地对土仓瓦斯气体进行探测，且不会使得土仓压力快速失稳。

根据本实用新型的一个方面，提供一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，包括过渡罐、第一电控球阀、减压阀、瓦斯传感器、第二电控球阀和控制器，所述过渡罐通过进气管路与土仓的顶部连通，所述第一电控球阀和减压阀设置在进气管路上，所述瓦斯传感器设置在所述过渡罐上，所述过渡罐还通过排气管路与螺旋输送机的尾部区域连通，所述第二电控球阀设置在排气管路上，所述第一电控球阀、瓦斯传感器和第二电控球阀均与控制器电性连接。

进一步地，还包括气泵、气体流量调节阀和第一单向阀，所述气泵通过补气管路与土仓连通，所述气体流量调节阀、第一单向阀设置在补气管路上，所述控制器还与气泵、气体流量调节阀、第一土压传感器电性连接。

进一步地，还包括第三电控球阀和第四电控球阀，所述过渡罐的进气管路和排气管路分别通过第一冲洗管路和第二冲洗管路与盾构机的高压水泵连接，第一冲洗管路的连接位置位于所述第一电控球阀之前，第二冲洗管路的连接位置位于所述第二电控球阀之后，所述第三电控球阀设置在第一冲洗管路上，所述第四电控球阀设置在第二冲洗管路上，所述第三电控球阀、第四电控球阀和高压水泵均与控制器电性连接。

进一步地，第一冲洗管路和/或第二冲洗管路上设置有第一压力传感器，用于检测冲洗压力，所述第一压力传感器与控制器电性连接。

进一步地，高压水泵的出口处设置有第二单向阀。

进一步地，所述过渡罐上还设置有第二压力传感器，用于检测所述过渡罐内的压力，所述第二压力传感器与控制器电性连接。

进一步地，所述过渡罐的排气管路上在第二电控球阀之后还依次设置有第三单向阀和第一球阀。

进一步地，所述过渡罐还通过快排管路与盾构机台车尾部的空旷隧道连通，且快排管路上设置有第二球阀。

进一步地，所述过渡罐的进气管路在土仓内的进气口处设置有过滤装置。

另外，本实用新型还提供一种盾构机，采用如上所述的瓦斯气体检测装置。

本实用新型具有以下效果：

本实用新型的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，土仓经进气管路与过渡罐连通，并在进气管路上设置减压阀，以将高压气体减压至中压气体，而过渡罐则通过排气管路与螺旋输送机的尾部低压区域连通，利用土仓与过渡罐之间的压力差、过渡罐与螺旋输送机的尾部低压区之间的压力差，实现了土仓内气体的自动取样，并且通过减压阀对高压气体进行减压控制，实现了土仓内高压气体的慢速释放，不仅实现了在掘进作业过程中对土仓内瓦斯气体的连续探测，而且不会导致土仓内的压力迅速下降而快速失稳。并且，瓦斯传感器安装在过渡罐上，而不是安装在土仓内，瓦斯传感器不会被土仓内搅动溅起的泥土糊住探测进气孔，提高了瓦斯检测的可靠性和传感器的使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置的结构示意图。

附图标记说明

1、过渡罐；2、第一电控球阀；3、减压阀；4、瓦斯传感器；5、第二电控球阀；6、气泵；7、气体流量调节阀；8、第一单向阀；9、第三电控球阀；10、第四电控球阀；11、第一压力传感器；12、第二单向阀；13、第二压力传感器；14、第三单向阀；15、第一球阀；16、第二球阀；17、过滤装置；100、土仓；101、第一土压传感器；200、螺旋输送机；201、第二土压传感器；300、高压水泵。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

可以理解，如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其包括过渡罐1、第一电控球阀2、减压阀3、瓦斯传感器4、第二电控球阀5和控制器(图未示)，所述过渡罐1通过进气管路与土仓100(即开挖仓)的顶部连通，所述第一电控球阀2和减压阀3设置在进气管路上，所述第一电控球阀2用于控制进气管路的通断，所述减压阀3用于对取自土仓100的高压气体进行减压处理，将高压气体减压至预设压力的中压气体，避免土仓100内的高压气体直接输送至螺旋输送机200的尾部低压区域而造成高压气体快速喷射，进而导致土仓100内的压力快速下降失稳。可选地，所述第一电控球阀2和减压阀3沿进气方向依次设置。所述瓦斯传感器4设置在所述过渡罐1上，用于检测采样气体中的瓦斯浓度。所述过渡罐1还通过排气管路与螺旋输送机200的尾部区域连通，具体连接位置位于螺旋输送机200尾部的第二土压传感器201附近，所述第二电控球阀5设置在排气管路上，所述第一电控球阀2、瓦斯传感器4和第二电控球阀5均与控制器电性连接。可选地，所述过渡罐1为仿陀螺型结构，其顶部设有一个小直径的圆柱形空间，所述瓦斯传感器4则安装在该空间内，所述过渡罐1的进气口位于罐体顶部，排气口则位于底部的锥形端，以便于将底部沉积的灰尘随气体一起排出。另外，所述过渡罐1的罐壁上还设有观察窗口，便于维保检修人员查看过渡罐1内的情况。

可以理解，本实施例的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，土仓100经进气管路与过渡罐1连通，并在进气管路上设置减压阀3，以将高压气体减压至中压气体，而过渡罐1则通过排气管路与螺旋输送机200的尾部低压区域连通，利用土仓100与过渡罐1之间的压力差、过渡罐1与螺旋输送机200的尾部低压区之间的压力差，实现了土仓100内气体的自动取样，并且通过减压阀3对高压气体进行减压控制，实现了土仓100内高压气体的慢速释放，不仅实现了在掘进作业过程中对土仓100内瓦斯气体的连续探测，而且不会导致土仓100内的压力迅速下降而快速失稳。并且，瓦斯传感器4安装在过渡罐1上，而不是安装在土仓100内，瓦斯传感器4不会被土仓100内搅动溅起的泥土糊住探测进气孔，提高了瓦斯检测的可靠性和传感器的使用寿命。另外，所述控制器可以集成在盾构机的PLC控制系统中，也可以单独设置一个PLC控制器。

可选地，所述瓦斯气体检测装置还包括气泵6、气体流量调节阀7和第一单向阀8，所述气泵6通过补气管路与土仓100连通，具体与土仓100的顶部区域连通，所述气体流量调节阀7、第一单向阀8设置在补气管路上，所述控制器还与气泵6、气体流量调节阀7、第一土压传感器101电性连接。其中，所述第一土压传感器101可以实时监测土仓100内的压力，所述控制器用于根据所述第一土压传感器101的监测结果控制所述气体流量调节阀7的开度。例如，当所述第一土压传感器101监测到土仓100内的压力变小时，所述控制器控制所述气体流量调节阀7打开或增大开度，从而及时向土仓100内补充气体，以控制土仓100内顶部区域的压力保持稳定。

可选地，所述瓦斯气体检测装置还包括第三电控球阀9和第四电控球阀10，所述过渡罐1的进气管路和排气管路分别通过第一冲洗管路和第二冲洗管路与盾构机的高压水泵300连接，第一冲洗管路的连接位置位于所述第一电控球阀2之前，第二冲洗管路的连接位置位于所述第二电控球阀5之后，所述第三电控球阀9设置在第一冲洗管路上，所述第四电控球阀10设置在第二冲洗管路上，所述第三电控球阀9、第四电控球阀10和高压水泵300均与控制器电性连接。当需要对进气管路进行冲洗时，所述控制器控制第一电控球阀2关闭、第三电控球阀9打开，开启高压水泵300，从而对进气管路进行反向冲洗；而当需要对排气管路进行冲洗时，所述控制器控制第二电控球阀5关闭、第四电控球阀10打开，开启高压水泵300，从而对排气管路进行反向冲洗。另外，第一冲洗管路和/或第二冲洗管路上设置有第一压力传感器11，用于检测冲洗压力，所述第一压力传感器11与控制器电性连接。另外，高压水泵300的出口处设置有第二单向阀12。

可选地，所述过渡罐1上还设置有第二压力传感器13，具体安装在过渡罐1的顶部，用于检测所述过渡罐1内的压力，所述第二压力传感器13与控制器电性连接。通过第一土压传感器101、第二压力传感器13和第二土压传感器201形成了对瓦斯检测管路的三级压力检测，当第一土压传感器101和第二压力传感器13检测到的压力差值小于预设值，和/或，所述第二压力传感器13和第二土压传感器201检测到的压力差值小于预设值，所述控制器发出警告提醒，提醒操作人员调整减压阀3的压力设置或者检修相应管路，提高了安全性。

另外，所述过渡罐1的排气管路上在第二电控球阀5之后还依次设置有第三单向阀14和第一球阀15，其中，第一球阀15优选为手动球阀，当然，也可以选择电控球阀，所述第三单向阀14可以防止螺旋输送机200内的泥水反流至瓦斯检测管路内。

另外，所述过渡罐1还通过快排管路与盾构机台车尾部的空旷隧道连通，且快排管路上设置有第二球阀16。其中，所述第二球阀16可以是手动球阀或者电控球阀，当所述瓦斯传感器4检测到瓦斯气体浓度超过阈值时，所述控制器发出报警提示，提醒操作人员及时打开第二球阀16，或者自动控制第二球阀16打开，从而将高浓度瓦斯气体及时、快速排放，提高了掘进开挖作业的安全性。

可选地，所述过渡罐1的进气管路在土仓100内的进气口处设置有过滤装置17，用于过滤进气中的泥土。其中，所述过滤装置17装设于土仓100顶部隔板区域的进去管口处，过滤装置17的整体结构呈喇叭状，且取气口向下倾斜，可以让溅入取气口的水在自重作用下自动流回土仓100内。另外，所述过滤装置17中的过滤膜采用多层网孔金属膜。

可以理解，本实用新型的瓦斯检测装置的工作过程为：

初始状态时，第一电控球阀2、第二电控球阀5、第三电控球阀9、第四电控球阀10均处于电控关闭位置，第一球阀15和第二球阀16均处于手动关闭位置，气泵6处于工作状态。盾构机掘进期间开始瓦斯检测作业前，先手动打开第一球阀15，并在盾构机主控室上位机上将瓦斯检测工作模式选择为“检测模式”，由盾构机PLC控制系统控制第一电控球阀2和第二电控球阀5打开至开启位置，此时，土仓100顶部的高压气可经过滤装置17、第一电控球阀2、减压阀3、过渡罐1、第二电控球阀5、第三单向阀14、第一球阀15通至螺旋输送机200尾部排渣部位的低压区随渣土一起排出。过渡罐1上的瓦斯传感器4可实时检测掘进过程中土仓100经瓦斯检测管路排出的取样气体中的瓦斯浓度信息，从而实现在掘进过程中对土仓100内瓦斯气体的实时连续检测。并且，盾构机PLC控制系统还根据第一土压传感器101的压力变化情况来动态控制补气管路上气体流量调节阀7的开启和开度，实现向土仓100内补气作业，以保持土仓100内顶部区域气压的稳定。同时，第一土压传感器101、第二压力传感器13、第二土压传感器201组成对瓦斯检测管路的三级压力检测，三者检测到压力采集进入盾构机PLC控制系统，并在盾构机主控室上位机上实时显示，当第一土压传感器101和第二压力传感器13的压力差值低于预设值，和或，第二压力传感器13和第二土压传感器201之间的压力差值低于预设值时，上位机上显示警告，提醒操作人员调整减压阀3的设置或检修相应管路。而当瓦斯传感器4检测到瓦斯气体浓度达到预设警告值时，触发盾构机PLC控制系统做出相应报警响应，以提醒操作人员及时采取应对措施，操作人员可以打开第二球阀16，将高浓度瓦斯气体快速排出。

而当瓦斯检测装置工作一定时间后需要对进、排气管路进行清洁时，可在盾构机主控室上位机上将瓦斯检测工作模式选择为“清洗模式”，以实现分别对进气管路和排气管路进行清洗作业。进气管路的清洗作业过程为：上位机选为“清洗模式”后将第一电控球阀2关闭、将第三电控球阀9打开，开启高压水泵300，此时可对进气管路进行反向冲洗，当对进气管路和过滤装置17清洗结束后，关闭第三电控球阀9、打开第一电控球阀2；排气管路的清洗作业过程为：上位机选为“清洗模式”后将第二电控球阀5关闭、将第四电控球阀10打开，开启高压水泵300，此时可对排气管路进行高压水冲洗，当对排气管路清洗结束后，关闭第四电控球阀10、打开第二电控球阀5。

另外，本实用新型的另一实施例还提供一种盾构机，优选采用如上所述的瓦斯气体检测装置。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，包括过渡罐(1)、第一电控球阀(2)、减压阀(3)、瓦斯传感器(4)、第二电控球阀(5)和控制器，所述过渡罐(1)通过进气管路与土仓(100)的顶部连通，所述第一电控球阀(2)和减压阀(3)设置在进气管路上，所述瓦斯传感器(4)设置在所述过渡罐(1)上，所述过渡罐(1)还通过排气管路与螺旋输送机(200)的尾部区域连通，所述第二电控球阀(5)设置在排气管路上，所述第一电控球阀(2)、瓦斯传感器(4)和第二电控球阀(5)均与控制器电性连接。

2.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，还包括气泵(6)、气体流量调节阀(7)和第一单向阀(8)，所述气泵(6)通过补气管路与土仓(100)连通，所述气体流量调节阀(7)、第一单向阀(8)设置在补气管路上，所述控制器还与气泵(6)、气体流量调节阀(7)、第一土压传感器(101)电性连接。

3.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，还包括第三电控球阀(9)和第四电控球阀(10)，所述过渡罐(1)的进气管路和排气管路分别通过第一冲洗管路和第二冲洗管路与盾构机的高压水泵(300)连接，第一冲洗管路的连接位置位于所述第一电控球阀(2)之前，第二冲洗管路的连接位置位于所述第二电控球阀(5)之后，所述第三电控球阀(9)设置在第一冲洗管路上，所述第四电控球阀(10)设置在第二冲洗管路上，所述第三电控球阀(9)、第四电控球阀(10)和高压水泵(300)均与控制器电性连接。

4.如权利要求3所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，第一冲洗管路和/或第二冲洗管路上设置有第一压力传感器(11)，用于检测冲洗压力，所述第一压力传感器(11)与控制器电性连接。

5.如权利要求3所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，高压水泵(300)的出口处设置有第二单向阀(12)。

6.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，所述过渡罐(1)上还设置有第二压力传感器(13)，用于检测所述过渡罐(1)内的压力，所述第二压力传感器(13)与控制器电性连接。

7.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，所述过渡罐(1)的排气管路上在第二电控球阀(5)之后还依次设置有第三单向阀(14)和第一球阀(15)。

8.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，所述过渡罐(1)还通过快排管路与盾构机台车尾部的空旷隧道连通，且快排管路上设置有第二球阀(16)。

9.如权利要求1所述的盾构机开挖仓的瓦斯气体检测装置，其特征在于，所述过渡罐(1)的进气管路在土仓(100)内的进气口处设置有过滤装置(17)。

10.一种盾构机，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的瓦斯气体检测装置。