Three-dimensional visualization of methane concentration distribution in tunnels to increase underground safety

坑道内の3次元メタン濃度分布の可視化; 坑道内の安全管理の向上に向けて

名合 牧人*; 本島 貴之*; 宮川 和也   ; 蟹江 俊仁*; 佐ノ木 哲*

Nago, Makito*; Motoshima, Takayuki*; Miyakawa, Kazuya; Kanie, Shunji*; Sanoki, Satoru*

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合がある。このため、安全・法令の両面からメタン等の可燃性ガスを計測管理することは重要である。しかし、従来の固定センサ等による計測では、ガス噴出箇所の面的・立体的分布の把握は難しいという問題があった。そのため、本研究では、レーザー距離計とレーザーメタンセンサを組み合わせ、空間内のメタン濃度分布と空間形状を同時に計測するシステムを開発した。計測したメタン濃度分布を可視化することで、メタンの噴出箇所を特定することができる。開発したシステムを用いて幌延深地層研究センターの地下350m調査坑道においてメタン濃度を計測した結果、従来の固定式センサでは見落とされていた比較的高濃度(数百ppm)のメタン濃度分布が明らかになった。このメタン濃度分布は、主要な断層分布と一致していることから、本研究で開発したシステムの有効性が確認できた。

This study presents a new approach to increase construction safety under methane inflow conditions by providing the three-dimensional concentration distribution of methane in underground structures. The study was conducted at the Horonobe Underground Research Laboratory, which is located in Neogene sedimentary rock where groundwater contains dissolved methane. As conventional gas sensors are confined to measurement at a single point in time and space, a new system was developed combining a laser methane detector and a laser range finder to effectively obtain the spatial concentration distribution of methane. This system was tested in tunnel galleries located at a depth of 350 m. The results show that this system is effective for identifying unpredicted methane emissions as well as predicted emission hotspots and for examining the validity of the ventilation scheme, which ensures construction safety.