公路隧道瓦斯涌突机制与预测预警研究

论文摘要

目前，国内的隧道工程数量越来越多，规模也越来越大。隧道工程一旦遇到瓦斯灾害，所造成的后果将十分严重。而目前人们对瓦斯灾害的机制研究还不够深入，还难以准确把握隧道瓦斯灾害的规律。因此，进一步研究隧道瓦斯灾害的防治技术具有十分重要的意义。本文在分析总结前人研究成果的基础上，结合所参与的“达陕高速公路隧道施工地质灾害超前预报与控制技术研究”科研项目的实践，对公路隧道瓦斯地质灾害的规律和预测预报方法进行了研究，开发了一套多功能的隧道瓦斯监控系统。论文取得的主要成果如下：1、通过各种途径收集相关资料，研究了瓦斯的形成、赋存与迁移的基本规律，以及产生瓦斯的条件。在此基础上，总结瓦斯的空间分布特征，包括瓦斯在我国的总体分布、富瓦斯带的特征等。总结瓦斯灾害的类型、瓦斯灾害的特点等等规律。2、在前人研究的基础上，分析了煤与瓦斯相互作用的机理。总结了围岩瓦斯向隧道空间释出的三种方式：瓦斯渗出、瓦斯涌出、瓦斯突出，并阐述了他们的特征和区别。本文分析了煤与瓦斯涌突的影响因素，包括地质因素和非地质的因素。根据力源将隧道煤与瓦斯涌突类型分为高地应力压致涌突型、高瓦斯压力压致涌突型、复合力源涌突型等三种。根据诱发因素分为了爆破激发涌突型、坍方诱发涌突型、其他因素诱发等三类。机制方面，总结出了高压瓦斯渗流—涌出机制、高地应力压致拉裂—剪断—涌突机制、高瓦斯压力鼓折—拉裂—涌突机制、振动溃决—涌突机制、高应力-高气压耦合机制等五种机制模式。3、探索了将经济学中的预测预报方法应用于隧道瓦斯浓度预测的可行性，建立了两种隧道瓦斯浓度预测模型：指数平滑预测法和曲线趋势预测法。采用达陕高速公路金竹山隧道的实测数据进行了可靠性验证，证明这两种模型利用隧道瓦斯浓度监控数据进行短临预报是可行的。4、提出了“以信息的快速传递和快速反应为核心”的瓦斯隧道施工灾害防治思路。由于瓦斯问题的复杂性和目前超前预报手段的局限性，准确的前期预报较难做到。要实现上述思想，就要求在隧道施工过程中实施短临预报。因此，针对目前隧道工程中应用的监测系统的不足，开发了一套智能化、信息化、多功能的隧道瓦斯监控系统。系统功能包括数据的采集和实时分析、预测预报、数据的存储和统计、瓦斯浓度超限自动短信报警、瓦斯情况简报自动编写等。初步实现了隧道瓦斯监控系统的智能化与信息化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究现状
• 1.2.2 隧道瓦斯危险性评价与预测预报研究现状
• 1.2.3 隧道瓦斯监测预警系统现状
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 1.3.4 预期目标
• 第二章 瓦斯的基本特征与瓦斯灾害
• 2.1 瓦斯的形成、赋存与迁移
• 2.1.1 瓦斯的形成
• 2.1.2 瓦斯的赋存
• 2.1.3 瓦斯的迁移
• 2.2 我国瓦斯的空间分布特征
• 2.3 隧道瓦斯的发育特征
• 2.3.1 达陕高速公路隧道瓦斯特征
• 2.3.2 瓦斯隧道的特征以及与瓦斯巷道的异同
• 2.4 瓦斯灾害的特征
• 2.4.1 瓦斯灾害的类型
• 2.4.2 瓦斯灾害的特殊性
• 2.5 本章小结
• 第三章 隧道瓦斯突出机制分析
• 3.1 概述
• 3.2 煤与瓦斯相互作用的微观机理
• 3.3 围岩瓦斯向隧道空间释出的方式
• 3.3.1 瓦斯渗出
• 3.3.2 瓦斯涌出
• 3.3.3 瓦斯突出
• 3.4 隧道瓦斯渗出过程的数值模拟分析
• 3.5 煤与瓦斯突出的影响因素分析
• 3.5.1 地质因素
• 3.5.2 非地质因素
• 3.6 隧道煤与瓦斯突出机制分析
• 3.6.1 隧道煤与瓦斯突出类型
• 3.6.2 瓦斯突出过程
• 3.6.3 隧道瓦斯突出机制模式
• 3.7 本章小结
• 第四章 隧道瓦斯实时预测预报方法初探
• 4.1 瓦斯突出的实时预测方法
• 4.2 指数平滑预测法
• 4.2.1 指数平滑法的原理
• 4.2.2 指数平滑法平滑系数的确定
• 4.2.3 预测可靠度验证
• 4.3 曲线趋势预测法
• 4.3.1 曲线趋势预测法的原理
• 4.3.2 建立曲线趋势预测法模型
• 4.3.3 预测可靠度验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 多功能隧道瓦斯监控系统的开发
• 5.1 隧道工程中瓦斯监控系统的应用
• 5.1.1 “以信息的快速传递和快速反应为核心”实现的手段
• 5.1.2 目前隧道工程中采用的瓦斯监控系统的优缺点
• 5.2 系统需求分析
• 5.3 系统组成
• 5.3.1 硬件构成
• 5.3.2 软件功能与模块
• 5.4 软件开发平台与运行环境
• 5.5 软件功能与演示
• 5.6 本章小结
• 第六章 隧道瓦斯处治措施
• 6.1 隧道瓦斯处治方法与原则
• 6.2 安全施工处治措施
• 6.2.1 瓦斯隧道通风
• 6.2.2 深孔松动爆破
• 6.2.3 钻孔释放（抽放）瓦斯
• 6.3 工程结构处治措施
• 6.3.1 注浆封堵
• 6.3.2 气密性混凝土
• 6.3.3 瓦斯隔离层
• 6.3.4 施工缝的气密性处理
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献