成贵铁路白杨林高瓦斯隧道施工安全关键技术研究

摘要

我国西南部多为山区，煤炭资源丰富，煤层分布较多。当隧道穿越煤层地区时，由于煤质岩层作为围岩的条件太差，而且常常伴随瓦斯的突出，导致隧道的修建难度和成本大大增加。瓦斯隧道的施工具有较大的施工风险，事故发生后果严重。为保证瓦斯隧道的施工安全，穿越煤层过程中必须采取有效的防突措施，降低煤层内瓦斯压力;选择合理的通风方式，防止瓦斯浓度过高，同时需要对隧道内的设备进行防爆改装。本文以白杨林高瓦斯隧道为依托工程，研究高瓦斯隧道施工通风中的流场规律以及瓦斯浓度分布，对现场的通风方式进行优化，并通过现场测试对通风效果进行评估。同时对防爆改装机械和非防爆改装机械进行了动力性能试验，得出防爆改装对施工机械动力性能影响程度。本文主要结论如下:
　　(1)施工通风风管位于拱腰，风管末端距掌子面为5m～13m时，瓦斯的最大浓度出现在右侧，小于0.5％，掌子面负压区所占比例超过掌子面面积的60％，瓦斯能够顺利排出。因此，供风量不变的情况下，风管末端距离掌子面为5m～13m时通风效果和瓦斯稀释效果理想。
　　(2)钻孔直径、进煤深度、抽排压力均影响煤层瓦斯的抽排效果。增大钻孔直径、增长进煤深度、增大抽排压力均可以使瓦斯抽排的有效半径增大，影响范围增大，抽排量增多。经过不同工况下的研究，结合现场实际情况，得出钻孔直径在75～100mm，抽排压力为-20～-30kPa，进煤深度在1.5～2.5 m之间时，瓦斯抽排效果最好。
　　(3)随着钻孔孔底之间距离的增加，钻孔之间的相互影响作用减弱。以抽排率作为判断标准，得出抽排工期与孔底间距之间的关系。建议白杨林隧道DK474+138～188处煤层孔底间距为取2m，抽排工期为70d。
　　(4)防爆改装对于工程机械的动力性能影响明显。同型号的改装机械与非改装机械，在相同测试条件下，对于运输类机械来说，达到相同速度时，改装机械的耗时约为非改装机械的2倍，加速性能降低，平均加速度下降15％，功率下降15％～30％。对于液压类机械来说，防爆改装后输出功率下降15％～20％，机械臂的平均移动速度下降33％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 依托工程概况

1．4 研究技术路线

第2章 压入式通风条件下隧道瓦斯气体分布规律研究

2．1 计算流体力学理论

2．2 压入式施工通风模型建立

2．2．1 控制方程组的建立

2．2．2 几何模型的建立

2．2．3 网格划分

2．2．4 边界条件

2．2．5 求解器设置

2．3 压入式施工通风流场变化规律

2．4 压入式施工通风掌子面瓦斯分布规律

2．4．1 风管末端距掌子面距离对瓦斯分布规律的影响

2．4．2 风管悬挂位置对瓦斯分布的影响

2．5 白杨林隧道施工通风优化

2．5．1 隧道内施工通风测试

2．5．2 掌子面瓦斯浓度检测结果分析

2．6 本章小结

第3章 预抽煤层瓦斯钻孔优化研究

3．1 现场瓦斯抽排方案

3．2 瓦斯抽排模型建立

3．2．1 瓦斯流动状态

3．2．2 模拟工况

3．3 单孔抽排煤层瓦斯变化规律

3．4 瓦斯抽排效果的影响因素

3．4．1 钻孔直径的影响研究

3．4．2 进煤深度的影响研究

3．4．3 抽排压力的影响研究

3．5 钻孔布置形式优化研究

3．6 本章小结

第4章 防爆改装对施工机械动力影响研究

4．1 施工机械动力性能传递研究

4．1．1 运输类机械动力传递

4．1．2 液压类机械动力传递

4．2 瓦斯隧道防爆改装技术研究

4．2．1 电气系统防爆改装

4．2．2 进排气系统防爆改装

4．2．3 现场施工机械防爆改装方案

4．3 防爆改装机械动力性能影响研究

4．3．1 发动机温度对工程机械动力性能影响

4．3．2 排气背压对工程机械动力性能影响

4．4 本章小结

第5章 施工机械防爆改装前后对比测试

5．1 机械功率测试方法研究

5．1．1 运输类机械

5．1．2 液压类机械

5．2 现场测试实验

5．2．1 现场施工机械概况

5．2．2 实验仪器

5．2．3 滚动阻力实验

5．2．4 加速实验

5．2．5 挖掘机大臂升降实验

5．3 防爆改装对施工机械动力性能影响研究

5．3．1 滚动阻力测试

5．3．2 加速实验

5．3．3 挖掘机大臂升降实验

5．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文