瓦斯隧道穿越构造煤层施工风险的模糊层次评价

为了科学评价瓦斯隧道穿越构造煤层施工的风险程度,从而为瓦斯隧道的施工安全与成本控制提供决策判据,以某在建公路瓦斯隧道为工程依托开展了风险评价研究。首先,根据隧道的地质特征与施工情况进行了风险因素辨识,构建了瓦斯隧道穿越构造煤层施工的安全评价体系;其次,采用层次分析法构造判断矩阵并通过专家打分的方法对安全评价体系中的各级指标进行权重赋值;最后,采用三级模糊综合评价法进行了风险定量计算。结果表明:瓦斯隧道穿越构造煤层施工过程中潜在9种固有风险因素和11种施工风险因素;施工因素对瓦斯隧道施工风险的影响权重为0.7632,而固有因素的影响权重为0.2368;三级模糊综合评价的计算结果显示该依托工程进行揭煤施工时发生事故的风险概率为61,对应为一般风险。评价结果成功应用于依托工程安全快速穿越构造煤层施工,表明所构建的安全评价体系与风险评价方法具有可靠性,可为同类型的瓦斯隧道施工风险评价提供佐证。

瓦斯隧道压入式通风风管漏风对瓦斯分布的影响

压入式通风风管漏风对瓦斯隧道施工中的瓦斯分布规律影响颇大。以何家坡高瓦斯隧道通风为工程背景,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟风管漏风工况下的瓦斯隧道通风案例,分析漏风面积与漏风位置对隧道瓦斯分布的影响规律。结果表明:风管出风口的射流作用导致掌子面靠近风管一侧无瓦斯聚集,而掌子面与出风口之间的涡流作用导致该区域出现大量瓦斯聚集;风管漏风面积越大,漏风处上游涡流强度和下游射流强度越大,因此上游瓦斯聚集程度与下游瓦斯稀释程度越明显,两者均随着漏风面积的增加呈线性增加;风管漏风位置越靠近掌子面漏风处上游瓦斯聚集的程度越明显,瓦斯聚集的增量随轴向距离呈指数减小的关系,风管位置越远离掌子面漏风处下游瓦斯的稀释与扩散程度越显著,瓦斯浓度减小的程度随轴向距离呈指数增大的关系。研究成果可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。

大断面隧道穿越小夹角煤层施工中的瓦斯运移规律研究

为探明大断面隧道在通过煤层夹角比较小施工过程中的瓦斯保护与运移扩散规律,以某在建瓦斯隧道为施工背景,构建了隧道通风的三维数值模拟,并借助流体计算软件Fluent进行模拟计算。深入研究了通风时间、瓦斯的涌出情况以及风速高低等多种因素,对瓦斯扩散的影响规律。研究结果表明,不同的通风时间,检查瓦斯在隧道内的总体分布规律,瓦斯呈现上部分瓦斯浓度大,下部分浓度较低,符合实际情况;瓦斯涌出位置不同,瓦斯在隧道内的分布不同,在持续通风的作用下,距释放源越远,瓦斯含量就越小,气体含量所达到的峰值也越慢;风速越高,瓦斯气体的排放隧道速度越快,气体含量峰值也越小。

大断面隧道瓦斯涌出位置对瓦斯分布的影响规律

大断面瓦斯隧道掌子面上不同的涌出位置对隧道内的瓦斯扩散分布规律影响较大。基于何家坡大断面隧道穿越一定交角煤层的工程背景,采用计算流体动力学软件Fluent模拟了5个不同涌出位置的瓦斯在隧道内的扩散分布规律。研究结果表明:大断面隧道掌子面可划分为3个主要的瓦斯涌出区域,即风筒对侧左下部分(区域Ⅰ)、靠近风筒侧右上部分(区域Ⅲ)和中间部分(区域Ⅱ);瓦斯自掌子面涌出后向洞口扩散的过程依次可以概括为瓦斯聚集、瓦斯扩散与瓦斯稳定分布3个阶段;区域Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ涌出的瓦斯分别在0.4H、0.8H与1.3H范围内聚集,并分别在1.2H、1.4H与1.9H范围内扩散,最终分别在1.2H、1.4H与1.9H范围以外稳定分布于拱顶稍偏向风筒对侧,其中,H为隧道的高度。在此基础上,对隧道内瓦斯监测传感器的布局提出了优化方案,可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。

基于SPH-FEM耦合算法的后混合磨料水射流冲击破岩数值模拟研究

采用SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics with finite element method)模拟了后混合磨料水射流在喷嘴中的混合过程,并研究了射流速度、磨料浓度以及岩石围压等因素对后混合磨料水射流破岩效果的影响规律。研究结果表明:在柱塞推动下,水与磨料在喷嘴的混合段、收敛段与直线段分别获得加速,最终磨料的速度可增加至纯水速度的80%;岩石破碎深度随射流速度呈近似线性增加,而破碎宽度随射流速度变化不大;磨料射流较纯水射流的破岩损伤更加明显,岩石的损伤随磨料浓度呈先增大后减小的趋势;岩石的破碎深度随着围压的增加呈近似线性减小的趋势。数值模拟结果与破岩实验现象基本吻合,该研究结果可为磨料水射流破岩的应用提供一定的理论支撑。