一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置及方法

1.本发明涉及隧道有害气体危害特征试验，具体为一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置及方法。

背景技术：

2.川藏铁路隧道沿线地层赋存多种有害气体，如h2s、so2、co、co2、no2等。在隧道开挖扰动下，围岩开裂破碎，形成裂隙通道，围岩有害气体通过断层破碎带及裂隙通道从隧道掌子面及洞身涌出。研究围岩渗出有害气体在隧道环境中的运移规律对指导有害气体隧道安全施工至关重要。而在川藏铁路隧道高温高湿环境下，围岩渗出有害气体的时空演化特征则更加复杂。同时，施工机械的存在会对隧道流场产生干扰，如何模拟施工机械对有害气体运移的影响是目前亟待解决的关键问题。
3.公开号为cn111120003a提供了一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法，此现有技术通过瓦斯运移系统用于向模拟工作面注入瓦斯，使其达到一定瓦斯浓度后，开启并调节通风系统，使模拟管道在不同时间段内处于不同的通风气流量；然后监测分析系统能实时检测处于不同的通风气流量情况下，模拟工作面各个区域的瓦斯浓度及温度变化情况，由于已知瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域所需的瓦斯浓度及温度，因此根据其变化情况，能拟合出处于不同气流量时整个模拟工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况。但是此现有技术无法模拟实际工况下隧道内工作的施工机械，当施工机械在运行或者停留在不同位置时均会对有害气体的运移产生影响，进而此现有技术无法得出实际工况下施工机械对有害气体运移的影响。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，包括隧道框架、绳索、有害气体传感器、通风组件、x-y驱动机构、施工机械模型和有害气体通入组件，其中：
7.所述隧道框架内壁挂有绳索，而绳索上布置有有害气体传感器，用于检测有害气体含量，所述隧道框架内设有通风组件用于稀释有害气体，所述x-y驱动机构设置在隧道框架的底部，而x-y驱动机构的执行部件上设有施工机械模型，那么施工机械模型能够移动到隧道框架的底部平面的任意位置，所述有害气体通入组件与隧道框架掌子面端连通用于通入有害气体。
8.优选的，所述通风组件由风管、弹性皮带和风机组成，所述风管通过弹性皮带悬挂在隧道框架的内壁，而风管的端部设有用于进风的风机。
9.优选的，所述施工机械模型上的转轴配合安装有推杆，其中转轴端部的螺纹部配合有螺母用于锁止推杆，其中推杆的长度大于风管外壳与转轴中心的距离。
10.优选的，所述绳索沿着隧道框架的轴线方向阵列设置，其中每个阵列面的两侧和中部均设有绳索。
11.优选的，施工机械模型为现场施工机械进行缩尺后的外壳模型。
12.优选的，所述推杆的端部设有柔性球头部。
13.优选的，所述隧道框架的内部还设有加热组件和加湿组件。
14.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验方法，包括以下步骤：
15.s1，打开加热组件、加湿组件和有害气体通入组件，使环境温度、环境湿度和有害气体浓度达到既定试验要求；
16.s2，固定施工机械模型的位置，分析各个阵列断面处有害气体传感器的数据；
17.s3，通过x-y驱动机构定点移动施工机械模型，分析各个阵列断面处有害气体传感器的数据，并与s2中的数据进行对比，得出固定于隧道不同位置的施工机械对有害气体运移规律的影响；
18.s4.通过x-y驱动机构持续移动施工机械模型，分析各个断面有害气体传感器的数据，得出运行时的施工机械对有害气体运移规律的影响；
19.s5，重复s2-s4，并通过通风组件向隧道内进行通风，得出通风条件下施工机械对有害气体运移的影响规律。
20.优选的，所述s5具体为，风机抽入空气由风管输送至隧道框架各个位置，为了提高通风的效果，翻转推杆使其立起，那么在步骤s4中x-y驱动机构持续移动施工机械模型时会带动立起的推杆同步运动，那么移动的推杆就会推动风管摆动，进而加速空气的流速，保证通风效果。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.本发明通过x-y驱动机构带动施工机械模型在隧道框架的底部平面内移动，进而模拟施工机械在隧道内部运行时对有害气体运移的影响，更加贴近实际工况下隧道内部有害气体运移情况。
23.本发明通过x-y驱动机构持续移动施工机械模型时会带动立起的推杆同步运动，那么移动的推杆就会推动风管摆动，进而加速空气的流速，保证通风效果。
附图说明
24.图1为本发明整体结构的三维示意图；
25.图2为本发明整体结构的左视图；
26.图3为本发明整体结构的右视图；
27.图4为本发明中通风组件的三维示意图；
28.图5为本发明中x-y驱动机构的三维示意图；
29.图6为本发明中推杆的三维示意图。
30.图中：1隧道框架、2绳索、3有害气体传感器、4通风组件、5 x-y驱动机构、6施工机械模型、7有害气体通入组件、8推杆、10加热组件、11加湿组件、41风管、42弹性皮带、43风机、81柔性球头部。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
32.实施例：
33.请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：
34.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，包括隧道框架1、绳索2、有害气体传感器3、通风组件4、x-y驱动机构5、施工机械模型6和有害气体通入组件7，其中：
35.隧道框架1内壁挂有绳索2，而绳索2上布置有有害气体传感器3，那么有害气体传感器3不会干预施工机械模型6的移动，有害气体传感器3用于检测有害气体含量，而隧道内围岩渗出有害气体大多为h2s、so2、co、co2、no2，因此有害气体传感器3为检测h2s、so2、co、co2、no2气体所对应的传感器，隧道框架1内设有通风组件4用于稀释有害气体，为了保证通风效果通风组件4为至少一个，x-y驱动机构5设置在隧道框架1的底部，其中x-y驱动机构5为常规的两自由度驱动机构，由两个直线驱动机构组合而成，此驱动机构为本领域技术人员的常规设置对此就不再赘述其结构，而x-y驱动机构5的执行部件上设有施工机械模型6，那么施工机械模型6能够在隧道框架1的底部平面的任意位置移动，有害气体通入组件7与隧道框架1掌子面端连通用于通入有害气体。
36.作为优选的实施例，有害气体通入组件7由储气罐和进气管组成，储气罐内储存加压的有害气体，而进气管的一端通过阀门与储气罐连通，另一端与隧道框架1掌子面端连通。其中储气罐储存的是有害气体，也可以是带有颜的非有毒气体，当然如果是带有颜的非有毒气体时在研究其在隧道框架1内的运移情况就需要人为的观察，那么就需要搭配透明状的隧道框架1使用。
37.作为优选的实施例，通风组件4由风管41、弹性皮带42和风机43组成，风管41通过弹性皮带42悬挂在隧道框架1的内壁，而风管41的端部设有用于进风的风机43。那么悬挂的风管41在受到外力的作用下就会出现晃动的情况，进而通入的空气就能快速扩散。
38.作为优选的实施例，施工机械模型6上的转轴配合安装有推杆8，其中转轴端部的螺纹部配合有螺母用于锁止推杆8，那么在翻转推杆8之后由螺母对其进行限位处理，避免推杆8滑落，其中推杆8的长度大于风管41外壳与转轴中心的距离。进而当推杆8运动至风管41旁时就会推动风管41，使得风管41晃动。
39.作为优选的实施例，绳索2沿着隧道框架1的轴线方向阵列设置，其中每个阵列面的两侧和中部均设有绳索2。也就是说隧道框架1的多个断面处均设有有害气体传感器3，进而保证了有害气体的检测效果,并能反映有害气体的运移情况。
40.作为优选的实施例，施工机械模型6为现场施工机械进行缩尺后的外壳模型。比如说现场施工机械为工具转运车，那么施工机械模型6就按照工具转运车的外形进行缩尺制造的壳体，进而达到模拟现场施工机械的效果。
41.作为优选的实施例，推杆8的端部设有柔性球头部81。那么在推杆8对风管41施加作用力时是由柔性球头部81作为执行部件，避免产生刚性冲击。
42.作为优选的实施例，隧道框架1的内部还设有加热组件10和加湿组件11。其中加热
组件10优选的是电加热板，而加湿组件11优选的是加湿器。进而实现控制隧道框架1内部的温度和湿度。
43.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验方法，包括以下步骤：
44.s1，打开加热组件10、加湿组件11和有害气体通入组件7，使环境温度、环境湿度和有害气体浓度达到既定试验要求，进而模拟真实开挖隧道内的环境；
45.s2，固定施工机械模型6的位置，分析各个阵列断面处有害气体传感器3的数据，并对测量数据进行记录；
46.s3，通过x-y驱动机构5定点移动施工机械模型6，也就是说移动施工机械模型6至不同位置，并使得施工机械模型6停留在不同位置，分析各个阵列断面处有害气体传感器3的数据，并与s2中的数据进行对比，得出固定于隧道不同位置的施工机械对有害气体运移规律的影响；
47.s4.通过x-y驱动机构5持续移动施工机械模型6，分析各个断面有害气体传感器3的数据，得出运行时的施工机械对有害气体运移规律的影响；
48.s5，重复s2-s4，并通过通风组件4向隧道内进行通风，得出通风条件下施工机械对有害气体运移的影响规律。其中s5具体为，风机43抽入空气由风管41输送至隧道框架1各个位置，为了提高通风的效果，翻转推杆8使其立起，那么在步骤s4中x-y驱动机构5持续移动施工机械模型6时会带动立起的推杆8同步运动，那么移动的推杆8就会推动风管41摆动，进而加速空气的流速，保证通风效果。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，包括隧道框架(1)、绳索(2)、有害气体传感器(3)、通风组件(4)、x-y驱动机构(5)、施工机械模型(6)和有害气体通入组件(7)，其特征在于：所述隧道框架(1)内壁挂有绳索(2)，而绳索(2)上布置有有害气体传感器(3)，用于检测有害气体含量，所述隧道框架(1)内设有通风组件(4)用于稀释有害气体，所述x-y驱动机构(5)设置在隧道框架(1)的底部，而x-y驱动机构(5)的执行部件上设有施工机械模型(6)，那么施工机械模型(6)能够移动到隧道框架(1)的底部平面的任意位置，所述有害气体通入组件(7)与隧道框架(1)掌子面端连通用于通入有害气体。2.根据权利要求1所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述通风组件(4)由风管(41)、弹性皮带(42)和风机(43)组成，所述风管(41)通过弹性皮带(42)悬挂在隧道框架(1)的内壁，而风管(41)的端部设有用于进风的风机(43)。3.根据权利要求2所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述施工机械模型(6)上的转轴配合安装有推杆(8)，其中转轴端部的螺纹部配合有螺母用于锁止推杆(8)，其中推杆(8)的长度大于风管(41)外壳与转轴中心的距离。4.根据权利要求1所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述绳索(2)沿着隧道框架(1)的轴线方向阵列设置，其中每个阵列面的两侧和中部均设有绳索(2)。5.根据权利要求1所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述施工机械模型(6)为现场施工机械进行缩尺后的外壳模型。6.根据权利要求3所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述推杆(8)的端部设有柔性球头部(81)。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置，其特征在于：所述隧道框架(1)的内部还设有加热组件(10)和加湿组件(11)。8.一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，打开加热组件(10)、加湿组件(11)和有害气体通入组件(7)，使环境温度、环境湿度和有害气体浓度达到既定试验要求；s2，固定施工机械模型(6)的位置，分析各个阵列断面处有害气体传感器(3)的数据；s3，通过x-y驱动机构(5)定点移动施工机械模型(6)，分析各个阵列断面处有害气体传感器(3)的数据，并与s2中的数据进行对比，得出固定于隧道不同位置的施工机械对有害气体运移规律的影响；s4.通过x-y驱动机构(5)持续移动施工机械模型(6)，分析各个断面有害气体传感器(3)的数据，得出运行时的施工机械对有害气体运移规律的影响；s5，重复s2-s4，并通过通风组件(4)向隧道内进行通风，得出通风条件下施工机械对有害气体运移的影响规律。9.根据权利要求8所述的一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验方法，其特征在于：所述s5具体为，风机(43)抽入空气由风管(41)输送至隧道框架(1)各个位置，为了提高通风的效果，翻转推杆(8)使其立起，那么在步骤s4中x-y驱动机构(5)持续移动施工机械模型(6)时会带动立起的推杆(8)同步运动，那么移动的推杆(8)就会推动风管(41)摆动，进而加速空气的流速，保证通风效果。

技术总结

本发明提供一种模拟施工机械对有害气体运移影响的试验装置及方法，包括隧道框架、绳索、有害气体传感器、通风组件、X-Y驱动机构、施工机械模型和有害气体通入组件，隧道框架内壁挂有绳索，而绳索上布置有有害气体传感器，隧道框架内设有通风组件用于稀释有害气体，X-Y驱动机构设置在隧道框架的底部，而X-Y驱动机构的执行部件上设有施工机械模型，有害气体通入组件与隧道框架掌子面端连通用于通入有害气体。通过X-Y驱动机构带动施工机械模型在隧道框架内移动，进而模拟施工机械在隧道内部运行时对有害气体运移的影响，更加贴近实际工况下隧道内部有害气体运移情况。下隧道内部有害气体运移情况。下隧道内部有害气体运移情况。