分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

电导率对巷道中电波传播的影响

为了研究真实巷道中电波传播的特性，必须考虑巷道壁电导率的影响。根据圆形巷道和矩形巷道的电波传播模型，分析了电波衰减率和电导率的关系，并且提出了电导率断点的概念。研究结果显示：当电导率小于断点时，电磁波衰减率几乎不受影响，当电导率高于断点时，电磁波传播特性会有较大的变化。电导率断点主要受传播频率的影响，而与巷道横截面尺寸和极化方式几乎无关。     

矿井巷道壁粗糙度对电磁波传播损耗的影响

实际的矿井巷道四壁为非理想导电壁,且巷道壁粗糙,电波传播的解析研究异常复杂。文章将矿井巷道看作含有有损介质的波导,导出类矩巷道中电磁波传播粗糙度损耗和传输总损耗,并数值模拟了传输损耗与粗糙度、频率变化之间的关系。结果表明,在低频段粗糙度损耗对电磁波传播损耗的影响较大;随着粗糙度增加,粗糙损耗明显增大;但随着频率的增加,倾斜损耗占主导地位,粗糙损耗对总损耗的贡献减小。     

瓦斯爆炸对巷道壁面损伤破坏的数值模拟研究

为了研究巷道内瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤破坏,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道瓦斯爆炸物理模型和数学模型,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特性进行数值模拟研究。结果表明:在巷道壁面边缘位置和中心位置超压测值较大,其壁面损伤相对更为严重;冲击波在巷道轴向壁面也会出现反射和叠加,导致整体超压峰值上下振荡波动;瓦斯爆炸后冲击波向开口方向传播,瓦斯区壁面受到的载荷最大,并逐渐向空气区加载扩散;随着爆炸冲击波能量衰减,而应力持续加载在壁面结构,压力集中对壁面结构施加静态破坏,最后超过其承受能力,导致巷道失稳破坏。研究结果可为优化巷道结构的设计提供理论参考。     

一种基于多频率的差分修正定位算法

矿井巷道电磁波传播具有特殊性与复杂性,通过分析煤矿井下巷道内电磁波的传播特性,提出了一种基于多频率的差分修正定位算法.该算法首先通过自身坐标和参考节点的误差补偿进行节点坐标定位,然后利用RSSI损耗模型求得不同频率的参考坐标,赋予加权值,求得未知节点定位坐标.仿真分析结果表明该方法的定位精度可达0.5 m.     

矿山无线射频信号传播特性试验

利用标准信号发生器(或便携式信号源)与频谱分析仪(或便携式接收机)在矿山的实地试验,研究了UHF波段无线信号在矿山的截止频率特性、电波传播衰减特性、弯曲巷道传播特性和煤掩穿透特性,得到了433,915MHz和2.4GHz无线射频信号矿山传输特性和煤掩穿透特性的定量数据。根据试验研究得到如下结论:无线电波在矿山传播必须大于矿山截止频率,截止频率在甚高频(VHF)频带50MHz左右;在平直巷道中,频率越高越有利于电磁波的传播;在弯曲巷道中,频率越高越不利于电磁波的传播;频率升高,射频信号的绕射性能、穿透性能降低。上述结论可对我国矿山无线移动通信技术提供试验数据和理论支持。     

炸药爆炸冲击波在巷道变点的传播规律模拟

采用ALE算法,使用ANSYS9.0数值模拟软件,选用30 kg TNT炸药为爆炸源(条形裸露药包),煤矿巷道截面积为6 m2(宽3m×高2m或宽2m×高3m),记录间隔时间At=5 ms,对爆炸冲击波通过巷道变点(夹角450)的状态和对应时刻的压力变化、冲击波压力峰值随巷道截面积和巷道轴向距离的变化及空气冲击波压力在巷道同一截面的不同位置的变化规律进行模拟.得出:爆炸冲击波在爆炸后的某一距离处以平面波的形式在直巷道内传播;随传播距离的增加冲击波压力逐渐衰减,当通过巷道转弯处时冲击波在转弯处反射叠加,在转弯的外壁面处出现加大的压力峰值,约为转弯处内侧压力的3倍.     

巷道截面积突变处瓦斯爆炸冲击波传播规律理论研究

煤矿瓦斯爆炸事故往往会造成大量人员伤亡和财产损失,针对煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生的现状,研究瓦斯爆炸冲击波传播规律,对于预防和控制冲击波的破坏和伤害效应有重要的意义。利用爆炸动力学理论,对巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律进行理论分析,并建立巷道截面积突变情况下冲击波传播的数学模型,得到冲击波波阵面压力经过巷道截面积突变面时的变化规律。     

掘进巷道瓦斯爆炸后巷道内空气温度时空分布

为了得出煤矿井下独头掘进巷道发生瓦斯爆炸后形成的空气热环境,对爆炸后巷道内部空气温度的时空分布规律进行了研究。基于气体方程、爆炸波的动力学和功能原理建立了爆炸产生的超压和温度之间的关系式,通过对超压模型的建立和求解,以及结合爆炸实验数据,得出了较为可靠的爆炸后瞬间巷道内空气温度随传播距离的分布规律。基于瓦斯爆炸发生后伴随有非定常、质量和热量传递等物理现象,建立质量、动量、能量控制方程组,将所求得的爆炸后瞬间巷道内空气温度作为一种初始条件,应用RNG kε数学模型进行求解。得到了不同体积浓度瓦斯爆炸后巷道内部空气温度的时空分布规律。研究瓦斯爆炸后巷道内部空气温度时空变化规律对于明确瓦斯爆炸诱发次生火灾或次生爆炸的机理具有重要意义,可为制定相关的灾防措施提供帮助。     

煤矿井下灾后救援中垮塌巷道研究的展望

从安全、快速、高效救援的理念出发,针对煤矿井下灾后救援中常遇到的垮塌巷道,阐述其对救援工作的影响,并确认依托原有巷道形成救援通道是最佳路径。首次就垮塌巷道研究中所涉及的科学与工程问题明确了其相关研究内容,具体包括灾前巷道稳态评价、垮塌巷道等级划分、垮塌巷道与块状堆积体结构研究、垮塌巷道内救援通道快速形成技术四个方面。这些研究内容的确立与未来的深入研究,对推动我国煤矿救援工作的科学发展、提高灾后救援效率具有重要的指导意义。     

水下隧道结构优化设计

基于现代设计理论,研究水下隧道结构断面的优化设计问题.建立以隧道结构断面关键几何尺寸为设计变量,隧道结构造价最低为目标函数,隧道建筑限界、抗浮稳定以及隧道应力为约束条件的优化设计数学模型,采用ANSYS有限元优化软件进行寻优搜索,求得隧道结构断面尺寸的最优设计方案.优化设计方案与原设计方案相比,隧道结构断面面积减少了16%,应力分布更为均匀,变形显著减小,且满足抗浮稳定安全的要求,表明隧道结构优化设计方案经济合理、安全可靠.     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

深埋隧道大超挖围岩力学响应分析

隧道爆破开挖过程中的超欠挖问题是隧道工程中普遍存在的现象,大超挖问题严重影响了隧道工程的造价投资及安全使用。本文以某隧道工程为例,利用数值模拟的方法,研究了隧道埋深和超挖厚度对围岩力学响应的影响规律。研究表明,在不同埋深条件下,围岩最小等效应力出现在拱顶位置,最大等效应力出现在拱脚位置。隧道拱顶位置的变形量最大,拱脚位置的变形量最小。相同超挖厚度对应的等效应力值随隧道埋深的增加而增大;相同位置围岩的变形量随埋深的增加而增大。另外,超挖厚度对围岩的力学响应影响较小,隧道埋深对围岩等效应力的影响较大。本研究成果可为同类工程提供借鉴。     

山地城市隧道交通噪声分布特性实测

为了得到山地城市隧道内外汽车行驶噪声的幅值水平、分布特性和影响因素,在重庆市主城区的6条隧道采集汽车行驶噪声值,分析交通噪声沿隧道纵向的整体分布特性、洞口变化规律、车流量及振动减速标线等因素对隧道交通噪声的影响。结果表明:交通整体噪声幅值在隧道内部明显高于隧道外部,呈中间高两侧低的分布特性;交通噪声水平在隧道洞口内外存在明显差异,由隧道外至隧道内,噪声有明显提高,尤其是在距离洞口20 m开始迅速提高;隧道内外噪声水平会因车辆经过而增高,且隧道内的噪声提高明显高于隧道外,噪声值在隧道洞口处显著增加;另外,振动减速标线在一定程度上会小幅提高隧道内的噪声水平。     

基于熵权-改进灰色关联模型的公路隧道塌方风险评估

为确定公路隧道施工过程中塌方风险等级,选取工程地质等4项一级指标,围岩级别等12项二级指标,建立熵权-改进灰色关联的公路隧道塌方风险评价模型。采用熵权法计算评价指标权重;采用改进灰色关联法确定各段隧道与隧道塌方各风险等级的关联度,并与所求得的权重相结合确定最终的风险等级,并将结果与工程实例相印证。结果表明：公路隧道塌方的12项风险因素中,年均降水量、隧道跨度、围岩级别、隧道埋深对隧道塌方影响较大;采用本文模型对四段隧道进行评价,评价结果均与实际相符。可见该评价模型为在建隧道施工塌方风险等级的确定与预防提供了科学而有效的依据。     

列车顶部对半椭圆形隧道中电磁波截止频率的影响

列车的存在改变了隧道的截面形状和尺寸,从而影响了电磁波的截止频率。本文在对列车-隧道导波问题进行物理建模的基础上,应用FEM法研究了列车的高度、位置以及半椭圆形隧道和列车顶部椭圆的偏心率的变化对半椭圆形隧道电磁波截止频率的影响。其结果对铁路隧道、公路隧道、煤矿井下巷道等有限空间的无线通信有重要的参考价值。     

铁路隧道铺底结构破坏的力学分析

针对我国既有铁路隧道铺底病害严重的现状, 采用弹性支承法, 对铁路隧道铺底结构的受力状态进行分析. 计算中对不同的隧道铺底结构、不同的围岩抗力条件以及铺底与基岩之间不同接触条件下隧道铺底结构的受力状态进行讨论, 对作用于隧道铺底结构顶面的荷载分别考虑均匀分布和实测条件2种工况. 计算结果验证了现场铁路隧道铺底结构的实际破坏形态. 根据计算结果, 对隧道铺底结构的内力分布规律以及铺底结构破坏的原因等进行分析, 并提出在进行隧道铺底病害整治时, 应大力提高铺底结构的抗弯能力.     

大坂山隧道病害处治工程工艺设计与实证分析

在国道227线控制工程大坂山隧道病害检测基础上,综合考虑高寒隧道工程地质、水文、气候等自然特征和原隧道施工工艺、施工工法、运营养护等人为因素,分析了渗漏水、衬砌裂缝、低温冻融、混凝土材料劣化等病害演化过程,以及各种不良因素在高寒隧道病害演化发展过程中所起的作用。在病害成因分析的基础上,介绍了大坂山高寒隧道渗漏水、保温、衬砌加固等病害处治的基本原则、思路和具体措施,为后续类似高寒隧道和寒区隧道的病害处治提供经验和借鉴。     

地面堆载作用下盾构隧道结构变形分析

影响地铁盾构隧道结构安全的因素有很多,诸如周边基坑工程施工、土体不均匀性、流塑性软土空间分布状态、地面堆载等,其中以地面堆载诱发的隧道安全事故屡见不鲜。因此,探究地面堆载对隧道结构变形的影响规律,对规避安全隐患具有重要意义。以苏州地铁某线某区间盾构隧道为工程实例,利用ABAQUS数值分析软件,采用地层结构法建立隧道三维模型,系统地分析了不同堆载位置下盾构隧道的变形规律。结果表明：地面堆载作用下,隧道变形沿隧道走向呈对称分布,隧道结构变形量随堆载大小的增加逐渐增大,随堆载偏离隧道外边线距离的增加而逐渐减小;当堆载的偏移距离为三倍隧道直径时,隧道竖向位移发生由下向上的方向转变,水平位移发生由右向左的方向转变;隧道正上方的地面堆载导致隧道变形过大,影响隧道安全使用,偏压堆载下隧道变形显著减小,其变形量满足规范要求,隧道处于安全状态。     

螺旋型隧道火灾蔓延规律及人员安全疏散规划

为研究特殊线型的螺旋隧道中火灾蔓延规律,提出人员安全疏散规划,基于数值模拟软件FDS(fire dynamics simulator),以典型螺旋隧道——咪的村隧道为例,模拟20 MW火灾模式下,临界风速通风时螺旋隧道上行、下行隧道发生火灾后的火灾蔓延情况,重点分析螺旋隧道内温度和烟气浓度的纵向分布。根据模拟结果提出螺旋隧道火灾模式下人员安全疏散规划,进行咪的村隧道人行横通道设计校验。结果表明,螺旋隧道发生火灾时,人员的逃生方向与隧道上、下行及人员所处位置有关,应按照火灾蔓延烟气流动规律,有序的向更易撤离方向逃生;根据模拟结果,建议以900 s作为螺旋隧道人员可用安全疏散时间,经校验咪的村螺旋隧道人行横通道设计距离满足人员安全疏散要求。