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长距离穿煤隧道施工期瓦斯运移规律及防控技术研究
| 论文题名： | 长距离穿煤隧道施工期瓦斯运移规律及防控技术研究 |
| 关键词： | 长距离穿煤隧道;施工期;瓦斯运移规律;现场监测;灾害防控 |
| 摘要： | 我国中西部地区隧道建设难免需要穿越含瓦斯的煤系地层，而隧道施工期间极易发生瓦斯燃烧与爆炸、窒息与中毒、煤与瓦斯突出等重大灾害事故，造成无法预估的严重后果。国内外学者在瓦斯灾害防治方面展开了大量研究，取得了丰硕的成果。然而，这些研究关于长距离、顺煤层隧道开挖的工程案例极少，且该煤层开挖持续时间更长，危险程度更高，这就使得隧道现场迫切需要一种瓦斯防控技术来确保隧道施工顺利进行。因此，本文依托宁缠隧道工程，通过文献阅读、现场监测和数值模拟相结合的方法分析了长距离、顺煤层隧道施工期间瓦斯时空分布特征和瓦斯运移规律，并在此基础上开展对隧道瓦斯灾害预防技术及其自动控制技术的现场应用研究。本文主要研究结论有以下几点： （1）基于现场监测数据获得了隧道施工瓦斯的时空分布特征。以宁缠隧道为背景对煤层特征和监测系统做了详细描述，并以现场采集的瓦斯浓度数据为基础，对瓦斯数据作进一步分析，找到了瓦斯易聚集的时序区间，得到了在不同时间和空间下的隧道瓦斯时空分布特征，为瓦斯防控提供有利的依据。 （2）基于数值模拟揭示了隧道施工钻孔排放瓦斯的运移规律。根据煤层瓦斯排放孔施作情况，利用Fluent软件建立3 种瓦斯涌出源下的计算分析模型，分析了孔内瓦斯涌出后在隧道内的运移规律。同时，结合模拟结果确定瓦斯重点监测区域，并对现场自动监测和人工检测位置进行优化设计，为后续自动控制系统中传感器的布置位置提供参考依据。 （3）提出了一种基于深度学习的隧道施工期瓦斯浓度趋势预测方法。利用现场瓦斯监测数据进行预处理，然后优选最佳预测模型和参数，最后对隧道掌子面处各施工工序的瓦斯浓度预测问题进行分析。结果表明，趋势预测具有一定的工程意义，可成功应用于隧道工序瓦斯浓度预测，实现了瓦斯灾害提前预防，降低伤亡事故发生的可能性。 （4）搭建了一种基于模糊PID控制技术的有害气体自动控制系统。为了有效稀释和排出具有性质不同、治理手段各异的有害气体，该系统考虑多种控制目标与治理手段的前提下，结合传感器监测点位的优化设计，并依托宁缠隧道初次运用该系统进行验证。结果表明，该系统能够提高隧道施工效率，实现高效同步治理隧道内部的多种有害气体，有效保障隧道的施工安全。 |
| 作者： | 李鹏辉 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 李科;程亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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