瓦斯突出隧道掘进工作面瓦斯涌出强度影响因素分析及控制措施研究

为掌握和控制瓦斯涌出的危险性,结合煤层瓦斯流动理论,分析隧道掘进时瓦斯涌出的规律,提出瓦斯突出隧道瓦斯涌出强度的计算方法及控制措施,并指出瓦斯抽放是控制瓦斯突出隧道瓦斯涌出强度的重要措施。研究结果表明:采取合理有效的瓦斯涌出强度控制措施后,掘进工作面瓦斯涌出强度可以控制在0.5 m~3/min以内,可以极大地提高瓦斯突出隧道的施工安全性。     

高瓦斯隧道通风技术研究

超长公路隧道建设中,瓦斯浓度需作为施工安全因素考虑。以三联隧道为工程依托,采用流体计算软件PHOENICS建立了瓦斯隧道扩散数学模型,经计算研究共得出以下几点结论:在隧道横断面考虑,瓦斯浓度最高点为断面顶端,监测时需以顶端浓度作为判断依据;在隧道纵断面考虑,掌子面附近CH4浓度最高,瓦斯浓度最大,随着通入新鲜空气,瓦斯逐步向外扩散,掌子面位置瓦斯浓度降低;在入口风速为4 m/s条件下,通风30 min时刻掌子面CH4浓度降低至0.004 162,在入口风速为8 m/s条件下,通风30 min掌子面CH4浓度降低至0.002 301;从施工便利以及通风效果良好两方面考虑,最佳入口风速应设置为5~7 m/s。     

组合式通风对特长高瓦斯隧道瓦斯分布规律的影响

为研究特长高瓦斯隧道运营期不同通风方案下瓦斯浓度的分布规律,通过数值模拟软件Fluent建立瓦斯在隧道内的运移模型,分析了运营期隧道在自然通风+竖井通风、自然通风+射流风机、自然通风+竖井通风+射流风机等3种不同组合通风方式下的隧道内气体速度流场和瓦斯分布规律。结果表明：1)当瓦斯释放点位于竖井位置下游时,会导致下游瓦斯浓度变高;2)射流风机开启后,隧道内气体流速会相应增大,在射流风机前方的风速可达10 m/s以上;3)自然通风+射流风机的组合通风方式优于其他组合式通风方式,其隧道内瓦斯平均浓度值为0.48%,较自然通风+竖井通风、自然通风+竖井通风+射流风机组合的最优值分别降低了44.83%、31.43%。研究结果可供运营期特长高瓦斯隧道通风参考。     

公路隧道瓦斯运移及通风防灾研究

为掌握隧道建设中瓦斯运移规律及通风防灾技术,以实际隧道为工程背景,运用Ansys Fluent建立三维通风物理模型进行瞬态分析,并结合现场监测数据,研究通风对隧道瓦斯浓度的影响。研究表明：瓦斯及风流扩散不均衡性突出,随着通风时间增加,瓦斯浓度及风速在距离掌子面120 m处达到稳定;瓦斯监控及防治过程中,重点关注隧道掌子面至二衬台车区间瓦斯是否超限;放炮后掌子面瓦斯浓度不断升高,通风15 min左右,掌子面瓦斯浓度达到峰值,通风30 min后瓦斯浓度趋于稳定,且位于施工允许瓦斯浓度范围内。合理控制通风时间及通风量并加强隧道拱脚、底板等区域的通风,能够保证隧道施工的安全。     

基于指数平滑法的非煤系地层隧道瓦斯涌出量预测方法

分析非煤系地层瓦斯在隧道开挖作用下的涌出特征，阐明指数平滑法的计算原理，并将其应用于七曜山隧道瓦斯涌出量预测。结果表明:非煤系地层隧道瓦斯涌出位置及时机具有随机性，但涌出过程具有一定延续性，可将瓦斯涌出量视为具有一定依存性的时间序列；指数平滑法可以通过改变历史时程数据的权重关系来对预测结果进行不断优化，适用于非煤系地层瓦斯隧道；七曜山隧道为高瓦斯隧道，二次指数平滑法的预测误差在3 %以内。     

瓦斯隧道施工中的四个关键要素

文章结合洪福隧道瓦斯工区的施工实际,通过对瓦斯隧道施工中瓦斯涌出量、通风风量计算和通风设备的选定、瓦斯检测和监控体系、电气设备的选用和管理等四个方面的分析,明确了瓦斯隧道施工中应注意的几个关键要素,为同行业在瓦斯隧道施工中提供了一定的借鉴作用。     

油气型高瓦斯隧道贯通后至运营前瓦斯涌出量预测研究

高瓦斯隧道混凝土衬砌完毕后由于衬砌细微孔隙、"三缝"及预留泄水孔道的存在,易受地层中瓦斯渗出侵袭,对后期运营安全构成威胁.本文对龙泉山油气型隧道运营前在自然通风状态瓦斯渗出源统计分析并采用渗透系数法对渗出量核算,泄水孔、施工缝为主要瓦斯渗出源,全隧瓦斯渗出量约为0. 559 m~3/min,瓦斯安全评估为隧道内自然风速低于0. 05 m/s时,瓦斯浓度易达0. 3%预警值,为安全考虑仍需安设机械风机供风.     

隧道施工开挖面瓦斯涌出及扩散规律研究

为探明瓦斯隧道施工过程中瓦斯积聚现象的发生原理和开挖面流场、瓦斯涌出及扩散规律,建立压入式通风三维数值计算模型,研究瓦斯涌出量、风量大小和风管位置等因素对瓦斯扩散的影响.结果表明:在瓦斯涌出面附近区域,瓦斯浓度大梯度变化现象主要发生在回流区,且伴随瓦斯积聚现象发生,但随着与瓦斯涌出面距离的增加,瓦斯浓度逐渐趋于均匀;瓦斯涌出量越大,对流场影响越严重且漩涡范围越大,漩涡对瓦斯扩散有滞留作用;增大通风量可以有效控制瓦斯积聚,但风管布置位置只在一定范围内对瓦斯积聚影响较大.     

基于正交试验的瓦斯隧道施工通风方案优化研究

为提高瓦斯隧道施工通风效率,改善隧道内的工作环境,以城开高速鸡鸣隧道为研究对象,考虑掌子面与二次衬砌间距(X)、风筒直径(Y)、出风口与掌子面距离(Z)3个因素,运用fluent进行正交试验数值模拟研究,分析以上3个因素对通风效果的影响,并确定最有利于瓦斯气体排出的通风设施布置方案.研究结果表明:由极差分析及方差分析结果可知,3个因素各自水平间的变化对通风效果的影响程度依次为掌子面与二次衬砌间距、出风口与掌子面距离、风简直径;最优通风方案中X、Y、Z等3个因素的水平值分别为50 m、1.0m和20 m;隧道沿程中流场结构分为涡流区、涡流影响区和稳定区,其中涡流区对瓦斯气体的排除起着最主要的阻碍作用,稳定区几乎不影响瓦斯气体的运动,涡流影响区对瓦斯气体的运动有较小影响,因此瓦斯气体浓度在隧道沿程的变化是先减小,再略微升高,最后趋于稳定;横断面处,回风侧瓦斯浓度高于进风侧,并且回风侧隧道边壁及底角处瓦斯气体集中现象较为明显,实际施工过程中应该加强对该两个区域内瓦斯浓度的监测.     

铁路瓦斯隧道施工特点及问题探讨

通过对铁路瓦斯隧道现有施工规范分析,并参考《煤矿安全规程》,对铁路瓦斯隧道施工特点进行总结;同时通过对相关条款的分析、研究,并对照国内已发生的瓦斯隧道施工、低瓦斯矿井生产事故,对现有规范中存在的问题进行探讨,提出以下建议：1) 进一步明确进洞管理系统的标准和要求;2) 进一步明确和细化瓦斯隧道电力供应原则;3) 进一步明确和改进瓦斯隧道机电设备防爆性配备的原则和相关条款。     

基于大断面高铁隧道的施工通风时间理论预测方法研究

为了获得隧道施工中风管出口到掌子面的距离（以下简称“风管距离”）以及风管出口风量对施工通风时间的影响规律，以郑万线机械配套施工的大断面高速铁路隧道为工程依托，采用CFD数值模拟和多项式拟合数值分析方法对1D、2D、3D、4D（D为断面当量直径）的风管距离搭配2 000、2 500、3 000、3 500 m3/min 4种风管出口风量作用下的最少通风时间进行研究。研究结果表明，施工通风时间受风管距离与风管出口风量2个因素的影响，通风时间t与风管距离x之间关系可以表示为t=ax2+bx+c的形式，且式中各项系数均可以通过多项式拟合表达为风管出口风量Q的函数，故研究可得出通风时间t与风管距离、风管出口风量间的函数关系式为t=f(Q)x2+g(Q)x+h(Q)，同时运用该公式对向家湾隧道工程实例的通风时间进行预测。研究成果为郑万线隧道机械化快速施工通风时间的确定提供了理论指导，研究揭示的规律及所采用方法对类似隧道工程施工通风时间的确定具有一定的参考价值。     

射流通风技术在青山隧道通风中的应用

内昆铁路青山隧道施工中遇到了多工作面施工、瓦斯涌出和揭煤等不同的施工难题，对施工通风提出了新的要求。青山隧道的施工通风将射流通风技术应用于施工通风中形成了射流通风新模式，有效地解决了隧道5个工作面同时施工、无轨运输等条件下的快速掘进问题，较传统的巷道式通风显示出了很大优势。     

成兰铁路云屯堡特长隧道合、分修方案研究

为全面比较、分析成兰铁路云屯堡隧道采用合修(单洞双线)与分修(双洞单线)2种建设方案的优劣,针对云屯堡隧道进出口相连工程已开工建设的施工现状,以及隧道长度大于20 km的特点,根据隧道的地形、地质条件、辅助坑道设置状况,从防灾救援、工程投资、施工风险控制、施工组织、支护结构对软岩大变形的适应性、结构抗震、弃碴与环保、运营通风8方面进行了技术经济比较。经过综合比较和分析,得出云屯堡隧道可采用合修方案修建的结论。     

鹧鸪山隧道海拔修正系数的现场测试研究

目前国内外在海拔2400m以上无海拔修正系数的实测值。以高海拔特长公路隧道鹧鸪山隧道为依托,于2003-2005年对海拔400～4000m处烟雾海拔系数进行了现场测试,研究在营运隧道通风设计中烟雾海拔高度系数的合理取值,以对鹧鸪山隧道及类似高海拔地区公路隧道营运通风设计提供依据和参考。     

自然通风在城市道路隧道中的应用研究

为解决城市道路隧道的污染物排放问题,以昆明东外环中路隧道为例,介绍了自然通风在城市道路隧道通风系统中的应用。采用SES4.1模拟软件对有自然通风口时隧道运营通风进行了计算,并采用CFD模拟软件对洞口污染物扩散范围进行了研究。结果表明,在隧道顶部设自然通风口,采用分散排污方式,可减少隧道洞口污染物排放总量,降低洞口污染物扩散范围和通风系统运行费用。该应用成功解决了隧道洞口污染物集中排放对周边环境的影响,为今后类似工程的设计提供了新的思路。     

喷射混凝土衬砌隧道通风阻力系数测试研究

依托秦岭终南山18km特长公路隧道,选取隧道中部长度600多米的施工区段,设计风阻现场测试方案,布设2个测试断面,每个断面不同位置布设16个测点,采用高精度压差法对喷射混凝土作为隧道永久衬砌的通风阻力系数进行现场测试,测试风速范围为1.2~6.5m／s;通过数据整理分析,得出了通风阻力系数设计参数。试验表明:2车道公路隧道(净空面积70m2)喷射混凝土衬砌通风阻力系数在试验工况条件下为0.051,该参数值偏于保守,可直接用于指导通风设计。     

高海拔公路隧道火灾烟气控制临界风速研究

为了探究高海拔与低海拔公路隧道火灾燃烧特性的差异,掌握高海拔隧道火灾烟气控制临界风速计算方法,给高海拔隧道防灾通风及人员疏散设计提供参考,建立1∶16的缩尺寸移动式水平模型隧道试验台,对海拔高度为504、3 297、3 544、4 103、4 446 m的5个地点开展隧道火灾热释放率试验研究,并采用三维数值计算方法和量纲分析,对不同海拔高度、不同火灾热释放率工况下水平隧道内烟气控制临界风速进行研究和分析。结果表明：在油盘尺寸相同的情况下,随着海拔高度的增加,火灾热释放率明显减小,燃烧时间显著增长,当海拔超过3 000 m时,高海拔地区隧道稳定段火灾热释放率仅为海拔504 m隧道火灾稳定段热释放率的60.9%。隧道火灾临界风速随着海拔高度的增加而增大,其表现出2种典型变化规律：火灾热释放率大于30 MW时,海拔高度对临界风速影响较小,同一火灾热释放率下,海拔5 000 m时隧道内临界风速较海拔0 m时提高了不到2%;火灾热释放率小于30 MW时,海拔高度对临界风速的影响显著增强,且随着热释放率的减小影响不断增大,当火灾热释放率分别为5.73、12.67 MW时,海拔5 000 m隧道内临界风速较海拔0 m时分别提高了26%和13%。基于高海拔隧道火灾热释放率及隧道火灾临界风速的变化规律,提出了典型双车道高海拔隧道火灾烟气控制临界风速的计算方法。     

基于模糊控制的隧道有害气体治理技术研究

针对隧道通风系统控制手段单一、控制滞后、效率低且效果差等问题，改进一种基于模糊理论的多种有害气体综合治理新方法，并采用模糊PID控制技术构建一种综合治理系统。该系统利用采样模块实时监测数据，将信号上传至分析模块进行全局把控，通过模糊控制模块在线校正参数，不断循环控制变频器来提高被控对象的运行频率，调节风量与吸收液喷雾量，最后由治理模块实施通风稀释和喷雾净化，实现对多种有害气体进行治理。该系统应用于青海省某穿煤隧道，结果表明： 该系统能够快速降低放炮后监测断面处有害气体浓度，其中掌子面处瓦斯、硫化氢的平均浓度值分别降低了17.3%、27.3%，衬砌前端处二者的平均浓度降低了12.2%、36.7%，具有较高的准确性；放炮后浓度降至规范限值的时间也由平均20 min减少至10 min左右，缩短了1~2倍，能有效保障隧道施工安全，提高隧道施工效率。     

四洞公路隧道火灾模式下烟气控制标准研究

为了确定四洞公路隧道火灾模式下的烟气控制标准,通过理论公式计算得到火灾隧道内防止烟气逆流的纵向临界通风风速,并采用火灾动力学软件FDS进行对比验证,同时研究阻塞场景下在相邻安全隧道内进行反向通风的控烟模式,得到阻止烟气经火源下游的横通道蔓延到安全隧道的临界风速。结果表明:Kennedy理论公式计算的结果与FDS模拟结果吻合较好,确定三车道隧道火灾模式下临界风速为2.2m/s,双车道为2.3m/s;阻塞场景下,三车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于3.5m/s,双车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于5.5m/s。     

公路隧道全射流通风压力坡度的现场测试

采用现场测试的方法研究公路隧道内全射流通风的压力分布情况。测试结果表明,隧道入口段气压高于当地大气压力,为相对正压,出口段气压低于当地大气压力,为相对负压,在隧道中存在一个与大气压力相等的点,即相对压力为0的点。本次现场测试可为全射流纵向通风的设计提供参考。