公路隧道施工过程瓦斯安全控制技术研究

摘要

二十一世纪我国西部大开发战略的成功实施，在很大程度上依赖于道路交通工程的发展。我国西部高原多山，公路交通建设中需要采用隧道技术，而隧道是建筑在地下的隐蔽工程，穿过的地质条件复杂，常存在许多潜在的、无法预知的地质因素。尤其是含煤地质区域，煤与瓦斯的存在对地下隧道建设构成了巨大的威胁。隧道施工期间若对存在的瓦斯处理不当，常导致作业人员中毒、窒息、瓦斯燃烧爆炸以及煤与瓦斯突出的危险，且长大公路隧道由于施工线路长、通风困难等不利条件存在较高的风险性。本文结合“贵州省水盘高速公路发耳瓦斯隧道”监测技术课题，介绍了发耳瓦斯隧道的工程概况、煤层地质的分布特点，分析了该隧道施工过程中可能存在的危害及风险，并应用模糊层次综合分析法对隧道瓦斯风险进行评估;在此基础上，对控制公路瓦斯隧道安全施工的技术——超前预报技术、瓦斯实时监测技术及防突出技术、通风技术等进行了综合研究，并通过Fluent仿真模拟研究公路瓦斯隧道的通风及瓦斯分布规律，最终达到该类隧道安全施工的目的。主要研究内容和成果如下:
　　 (1)研究了公路瓦斯隧道施工中的风险因素，采用模糊层次综合风险分析方法对发耳隧道存在的危险性进行评估，避免了单一评价方法的主观性与片面性;且找出重要风险因素，为下文研究奠定基础。
　　 (2)基于公路瓦斯隧道，研究施工过程中煤与瓦斯的超前预测、预报机制，采用多种现代超前预报技术相结合的方法预测发耳隧道前方煤层与瓦斯的分布，预测瓦斯的含量，为治理煤层与瓦斯突出提供有效信息。
　　 (3)研究了隧道瓦斯的监测方法，依托工程实际设计发耳隧道的瓦斯监测方案，通过分析瓦斯实时监测数据得出发耳隧道瓦斯分布的一般规律。
　　 (4)应用计算机软件对隧道中的瓦斯进行动态仿真模拟，研究瓦斯在隧道中的分布状态和特征，并通过与实时监测对比分析，得出瓦斯在公路隧道施工中流动分布的规律。
　　 (5)通过全面分析瓦斯隧道地质勘探、地质预报和监测数据，整合提取其中的有效信息;找出瓦斯隧道施工中存在的各种不利因素，建立了公路瓦斯隧道施工全过程的安全控制程序模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究目的

1．4 技术路线和研究内容

1．4．1 研究技术路线

1．4．2 研究内容

第二章 发耳隧道工程概况

2．1 概述

2．2 自然地理

2．2．1 地形地貌

2．2．2 气象

2．2．3 地震

2．3 地质条件

2．3．1 水文地质

2．3．2 工程地质

2．4 煤层与瓦斯分布概况

2．4．1 煤层及煤质情况

2．4．2 瓦斯概况

2．5 本章小结

第三章 发耳隧道瓦斯风险评估

3．1 瓦斯灾害形式

3．1．1 煤与瓦斯突出

3．1．2 瓦斯爆炸

3．1．3 煤尘爆炸

3．1．4 瓦斯窒息

3．2 发耳隧道瓦斯风险分阶段初步分析

3．3 瓦斯风险分析方法及应用

3．3．1 层次分析模型及优化

3．3．2 构建比较判别矩阵

3．3．3 确定模糊权重向量

3．3．4 各阶层模糊评价

3．3．5 综合评价结果

3．4 本章小结

第四章 瓦斯隧道安全施工技术研究

4．1 瓦斯隧道的超前地质预报技术

4．1．1 瞬变电磁法

4．1．2 超前钻孔法

4．2 隧道瓦斯抽排放技术

4．2．1 瓦斯抽排放方案

4．2．2 效果检验

4．3 隧道瓦斯监测技术

4．3．1 实施技术路线

4．3．2 瓦斯监测技术要求

4．3．3 KJ90监控系统布置

4．4 瓦斯隧道通风技术

4．4．1 通风方式

4．4．2 通风供风量

4．4．3 通风设备要求

4．4．4 动态通风控制

4．5 本章小结

第五章 隧道通风及瓦斯分布规律数值模拟研究

5．1 模型建立

5．1．1 数学模型

5．1．2 物理模型

5．1．3 参数选择设置

5．2 风管口至掌子面通风模拟分析

5．3 上下台阶结合处通风模拟分析

5．4 瓦斯浓度模拟结果与实测结果对比分析

5．5 本章小结

第六章 公路瓦斯隧道施工安全控制体系研究

6．1 引言

6．2 安全施工前馈控制

6．3 各阶反馈控制合理使用

6．4 工区施工管理体系与反馈控制模型

6．4．1 工区管理机构及其职责

6．4．2 工区施工反馈控制模型

6．5 闭环控制

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 本文创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果