用于瓦斯隧道施工的气体保压系统及保压方法与流程

本发明涉及瓦斯地层地下空间施工，特别是指一种用于瓦斯隧道施工的气体保压系统及保压方法。

背景技术：

1、气体保压是保障泥水平衡盾构机在隧道施工安全的重要系统，尤其是samson系统在盾构施工过程中通过进气和排气来实现对气垫仓压力的动态调节，使气垫仓内压力达到一个平衡状态，以确保施工过程的稳定。但在遇到特殊地层如瓦斯隧道，富含甲烷等易燃易爆气体时，如果不能够对排出的气体及时检测并进行处理，就可能会引起甲烷聚集造成爆炸等施工事故，难以确保施工过程的安全。目前针对有害气体地层隧道施工主要采取的方法有：1、更改设计路线，2、采用明挖法施工，3、地面钻孔排放气体。

2、公开号为cn 109469489 a的专利公开了一种大直径泥水盾构机开挖仓有害气体处理方法及其装置，从盾构机开挖仓顶部引出排气管路，将排气管路接入一直延伸至隧道外部的抽排管道，从盾构机气垫仓顶部引出进气管路，将进气管路接入盾构机空压机系统。当盾构机开挖仓液位传感器监测到开挖仓液位下降时，证明开挖仓有有害气体聚集，盾构机停止工作。盾构机空压机系统通过所述的进气管路给盾构机气垫仓增压，将有害气体通过排气管路排出。通过上述方法可将气垫仓内的有害气体排出，但是从气垫仓内排出的有害气体会导致设备工作区间瓦斯、甲烷等有害气体浓度过高，且无法及时稀释并吸收处理，从而影响施工安全。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于瓦斯隧道施工的气体保压系统及保压方法，解决了现有技术中设备工作区间瓦斯、甲烷等有害气体浓度过高，盾构机无法继续工作的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、用于瓦斯隧道施工的气体保压系统，包括气垫仓，气垫仓上连通有进气管路和排气管路，进气管路与气源泵站连通，排气管路与可燃气体处理组件连接，可燃气体处理组件与排空管路连通，排空管路与盾构机外部相通。气源泵站设置在隧道外或可燃气体浓度低的位置，气源泵站通过进气管路向气垫仓内通入保压气，气垫仓内的保压气从排气管路通入可燃气体处理组件，气垫仓的进气流量与排气流量相等使气垫仓内压力达到动态平衡；从排气管路排出的保压气经过可燃气体处理组件的稀释和吸收处理后，降低保压气中可燃气体的浓度，降低瓦斯隧道施工安全隐患。

4、所述可燃气体处理组件包括与排气管路并联的稀释支路，稀释支路上设有用于控制稀释支路通断的控制阀ⅰ。打开电磁阀将空气通入排气管路，对排气管路内的保压气进行稀释，在一定程度上降低可燃气体的浓度。

5、所述可燃气体处理组件包括气体吸收装置，气体吸收装置的进口与排气管路连通，气体吸收装置的出口与排空管路连通。气体吸收装置可吸收气体中可燃气体，降低可燃气体浓度，将可燃气体浓度低的保压气通过排空管路排出，保证瓦斯隧道的施工安全。

6、所述可燃气体处理组件还包括储气罐，气体吸收装置和储气罐相连形成循环回路，储气罐上设有用于检测储气罐内可燃气体浓度的气体检测仪ⅱ。气体检测仪ⅱ检测储气罐内可燃气体浓度，并以此为依据控制循环管路的关闭。循环管路打开时，保压气在气体吸收装置和储气罐内进行循环流动，使保压气多次经过气体吸收装置，使气体吸收装置吸收保压气中的可燃气体，进而降低保压气中可燃气体的浓度，然后将可燃气体浓度低的保压气通过排空管路排出，保证瓦斯隧道的施工安全。

7、所述进气管路、排气管路、排空管路和循环管路上均设有用于控制管路通断的控制阀ⅱ。电动阀包括进口电动阀、出口电动阀、排气电动阀和循环电动阀，电动阀控制各个管路的打开或关闭。

8、所述排空管路上设有消音器；排空管路的排气口位置设有风机和气体检测仪ⅰ。风机可将排空管路排出的保压气进行吹散，方式排出的可燃气体再次聚集，保证安全，同时气体检测仪ⅰ检测瓦斯隧道内可燃气体的实时浓度，保证瓦斯隧道内可燃气体的浓度始终处于安全值。

9、所述进气管路上设有用于控制进气流量的进气阀，排气管路上设有用于控制排气流量的排气阀。通过进气阀和排气阀对气垫仓内进入的气体量和排出气体量进行调整，进而使气垫仓内压力实现动态平衡。

10、所述保压系统还包括上位机，电磁阀、电动阀、气体检测仪ⅰ和气体检测仪ⅱ均与上位机连接，上位机内设有报警系统。气体检测仪ⅰ和气体检测仪ⅱ将检测到的可燃气体浓度数据传输到上位机中，并在上位机中与设定值进行对比，进而通过对比结果控制电磁阀和电动阀的打开或关闭，实现对各个管路通断的控制。

11、一种用于瓦斯隧道施工气体保压系统的保压方法，气源泵站通过进气管路向气垫仓内通入保压气，气垫仓内的保压气从排气管路通入可燃气体处理组件，调整气垫仓的进气流量与排气流量使气垫仓内压力达到动态平衡；在气垫仓进气和排气的过程中将气垫仓内可燃气体通过排气管路排出，降低气垫仓内可燃气体的浓度，避免气垫仓内可燃气体浓度过高，保证气垫仓在施工过程中的安全。

12、通过稀释支路向气体吸收装置内通入空气，降低进入气体吸收装置内保压气的可燃气体浓度；保压气在气体吸收装置和储气罐之间多次循环通过气体吸收装置吸收保压气中的可燃气体，降低排出气体吸收装置气体的可燃气体浓度。

13、通过上位机设置瓦斯隧道内可燃气体浓度标准值a，瓦斯隧道内可燃气体浓度停机值b，瓦斯隧道内可燃气体浓度断电值c；瓦斯隧道内可燃性气体浓度检测值为m，储气罐内可燃性气体浓度检测值为n；具体的，通过气体检测仪ⅰ检测瓦斯隧道内可燃气体浓度，通过气体检测仪ⅱ检测储气罐内可燃气体浓度。

14、当m<a时，隧道内可燃性气体浓度处于正常值，系统正常循环排气，保持气垫仓压力稳定；

15、当a≤m＜b时，隧道内可燃性气体浓度高于标准值，浓度偏高，上位机报警，排空管路关闭，稀释支路和循环管路打开，待储气罐内可燃气体浓度n＜a时，稀释支路和排空管路打开，循环管路关闭；

16、当b≤m＜c时，隧道内可燃性气体浓度高于停机值，浓度过高，上位机报警并连锁刀盘停止掘进，进气管路、排气管路和排空管路均关闭，稀释支路和循环管路打开，待储气罐内可燃气体浓度n＜a时，进气管路、排气管路、排空管路和稀释支路打开，循环管路关闭；

17、当m≥c时，隧道内可燃性气体浓度高于断电值，浓度超高，上位机报警，刀盘停止掘进，进气管路、排气管路、排空管路和稀释支路均关闭，设备整机断电。

18、本发明产生的有益效果是：气源泵站通过进气管路向气垫仓内通入保压气，气垫仓内的保压气从排气管路通入可燃气体处理组件，通过进气阀和排气阀调整气垫仓的进气流量与排气流量使气垫仓内压力达到动态平衡；从排气管路排出的保压气经过可燃气体处理组件的稀释和吸收处理后，降低保压气中可燃气体的浓度，降低瓦斯隧道施工安全隐患。

19、打开电磁阀将空气通入排气管路，对排气管路内的保压气进行稀释处理，在一定程度上降低可燃气体的浓度；循环管路打开时，保压气在气体吸收装置和储气罐之间进行循环流动，气体吸收装置对保压气内的可燃气体进行吸收处理，进一步降低保压气中可燃气体的浓度，然后将可燃气体浓度低的保压气通过排空管路排出，保证瓦斯隧道的施工安全。此方案在传统保压排气的方案上加以改进，先通过空气进行稀释，再通过甲烷吸收装置二次处理，极大的降低了气垫仓排出气体中的甲烷浓度，解决了传统方案在瓦斯地层掘进时甲烷浓度过高的问题，降低施工的安全隐患。

20、此方案在拖车尾部增加了风机、气体检测仪等设备，可以对排出到拖车尾部的气体进行检测和处理，防止气体在尾部聚集，且在上位机上实现了程序连锁，当出现突发情况，可快速切断与气垫仓的连接，并进行循环处理，响应快，且安全系数高。

21、该方案设计有瓦电连锁保护程序，极大提高了瓦斯隧道盾构施工的安全系数。