空拱形巷道中电磁波的传输特性

拱形巷道是煤矿井下最常见的一种巷道。分析了电磁波在空拱形巷道中的传输特性。运用波导理论并结合数值计算法推导出巷道内电磁波的衰减率计算公式。对传输频率、巷道横截面以及围岩介质电参数对电磁波传输衰减率的影响进行了仿真。结果表明,在300～3000MHz特高频段,工作频率越高衰减越小;巷道横截面积越大衰减率越小;围岩介质的相对介电常数越大,衰减越大,且介电常数的变化对垂直极化波的影响大于水平极化波;围岩介质的电导率对衰减的影响不大,可忽略不计。     

矩形巷道中对称振子天线辐射特性的研究

建立了分析煤矿井下巷道内对称振子天线的积分方程,计算分析了矩形巷道中对称振子天线的辐射场模式,给出了传输模式的归一化传输功率分布。计算结果表明：矩形巷道中含有对称振子天线时,电磁波是多模传输的,无论天线处于巷道的什么位置,TE模的总功率均占80%以上,且TE模的功率最大模式的指数变化不大。     

矿用天线在矩形巷道中应用的最佳波束指标

煤矿井巷中,如果天线的波束过宽,则难以有效抑制多径衰落、增大覆盖范围;反之,如果波束过窄,则容易使巷道的边缘区域得不到有效覆盖。利用多波模波导理论,讨论得出理想点源在巷道中的辐射场分布特性是制定矿用天线波束指标的理论依据。在此基础上,推导了井下理想点源的方向函数和半功率波瓣宽度。随后,统计计算结合相关仿真,讨论了巷道波导结构、介质壁电参数、载波频率和电磁波传播距离的影响。根据分析所得,结合相关推导与比较,给出了矿用天线的最佳波束指标:为明显改善巷道内的无线覆盖效果,矿用天线应辐射形状较扁的均值为π/2的Gaussian波束;且天线的半功率波瓣宽度至少要窄于理想点源辐射场在巷道第I,II传播区分界点处的波瓣宽度。     

空拱形巷道中电磁波的传输特性

分析了电磁波在空拱形巷道中的传输特性。运用波导理论并结合数值计算法推导出巷道内的衰减率计算公式。对传输频率、巷道横截面以及围岩介质电参数对电磁波传输衰减率的影响做了软件仿真。结果表明:在300～3000MHz特高频段,工作频率越高衰减越小,巷道横截面积越大衰减率越小,围岩介质的相对介电常数越大,衰减越大,且介电常数的变化对垂直极化波的影响大于水平极化波,围岩介质的电导率对衰减的影响不大,可忽略不计。     

空拱形巷道中电磁波的传输特性

分析了电磁波在空拱形巷道中的传输特性。运用波导理论并结合数值计算法推导出巷道内的衰减率计算公式。对传输频率、巷道横截面以及围岩介质电参数对电磁波传输衰减率的影响做了软件仿真。结果表明:在300～3000MHz特高频段,工作频率越高衰减越小,巷道横截面积越大衰减率越小,围岩介质的相对介电常数越大,衰减越大,且介电常数的变化对垂直极化波的影响大于水平极化波,围岩介质的电导率对衰减的影响不大,可忽略不计。     

基于信号强度的改进型井下测距算法的研究

针对现有信号强度测距法计算误差较大的问题，研究射频天线性能参数对电磁波传输的影响，提出将天线阻抗特性与能量接收相联系，将水平极化衰减率应用于求解天线回路上任意微分长度元的电磁波功率密度，从而建立了符合井下射频天线特性的信号能量与传输距离的关系式，推导出求解井下基站与目标之间距离的改进型信号强度测距法。选取相同的巷道环境验证了算法改进前后对目标的定位能力，结果表明经过改进后算法得出的目标位置与改进前相比更加准确，定位误差缩小6.9 m2，且改进后算法与改进前相比大幅减少全巷道内基站的布设数量，提高了基站的利用率，充分证明提出的改进型信号强度测距法更加适合井下巷道中的目标测距及定位，计算结果更加准确可靠。     

圆形隧道导行电磁波传播特性

给出了圆形隧道中含一根及两根纵向导线时的波模方程,采和值分析的方法求解了波模方程,得出的主要结论有：隧道中纵向导体的存在有利于电磁波的传播;导线和隧道的电导率越大,隧道半径越大,导线离隧道壁越远,越有利于电磁波的传播;双导线间距较小时,双导线的双线波模的衰减率小于相应的单线波模的衰减率,它的场主要集中在双导线之间及其附近,受周围介质的影响较小。这些结论对矿井通信工程建设具有一定的指导意义。     

矿井圆形隧道中电磁波传播特性分析

针对矿井隧道非常复杂的电磁波传播环境,分析了矿井圆形隧道中电磁波传播特性,给出了圆形隧道中波模方程近似求解方法,得到圆形隧道中各类波模衰减常数的近似表达式,并对计算结果进行了数值模拟.模拟仿真结果表明:隧道内电磁波传播的截止频率只取决于圆形隧道截面半径,而与其他因素无关,且随着圆形隧道截面半径的增大,不管是TE波模还是TM波模,截止频率都会降低,更有利于电磁波的传播;频率较高的TEo1波模最适合在圆形矿井圆形隧道中传播.     

电导率σ对圆形巷道中电磁波传播的影响

研究了电导率σ在煤矿圆形巷道中对电磁波传播的影响,并得出：在圆形巷道中,由于电导率σ的存在,使得圆形巷道波模的衰减随着频率的增加而单调增大,但是TE01波模的衰减却是随频率增加而单调下降,因此,TE01波模更适合在圆形巷道中传播。     

矿井空巷道无线信道特性分析与仿真

随着现代通信技术的快速发展,矿井中通信方式也由原来的有线通信向无线通信转变。随着近些年我国矿产资源的不断开发与利用,建设安全可靠的矿井通信系统成为了矿产高效生产和井下救援的必要措施。根据电磁波在矿井巷道中的传播特征,介绍了经典电磁波传播相关方程及多波模传输理论。为了简化巷道模型,重点分析了空矩形矿井巷道中的电磁波传播形式,并对巷道中存在的倾斜损耗、粗糙损耗等相关损耗进行了分析,最后通过MATLAB仿真分析,选择矿井巷道中适合电磁波传输的最佳频率段。     

基于离散点的不规则巷道断面三维快速重构算法

针对井下巷道三维可视真实化的需求,根据井下巷道三维重构的拓扑结构,以及巷道中线和断面的基础数据,提出了基于离散点的不规则巷道断面三维快速重构算法,采用最短对角线和相邻轮廓线同步前进的协同策略,能够有效地逼近真实的巷道实体。仿真测试表明：该算法性能稳定,能够有效实现不规则断面的井下巷道的三维快速重构。     

基于正交试验的桁架锚索巷道支护参数研究

基于正交试验原理和计算机数值模拟方法的有机结合,优化设计大断面巷道预应力桁架锚索支护参数,并有效解决了新元公司大跨度厚层泥岩复合顶板煤巷支护难题。对正交试验结果进行回归分析并拟合得出回归关系式,从而对大断面巷道支护提供有价值的参考。     

特长公路隧道瓦斯地段施工通风方案

通过单口掘进2 6km的高速公路隧道,在采用无轨运输施工中发现有瓦斯出露后,进行施工通风模式调整的方案比选过程,阐明了在小间隔、大断面、长大双(多)线隧道采用无轨道运输方案施工中,双(多)洞大循环通风模式具有显著的优势。     

基于固气耦合模型的煤巷掘进煤壁瓦斯动态涌出规律

为掌握煤巷掘进煤壁瓦斯涌出量的动态变化规律,在传统二维煤巷瓦斯涌出量计算方法中引入固气耦合模型,提出基于固气耦合及巷道断面瓦斯涌出量时间积分的煤壁瓦斯涌出计算方法,并通过现场实测瓦斯涌出量验证了计算结果的准确性。研究结果表明:煤巷掘进速度恒定,煤壁瓦斯涌出量随掘进距离逐渐增大,增幅不断减小,符合指数衰减多项式的变化规律;间断式掘进循环的煤壁瓦斯涌出量呈锯齿状增加,总体涌出趋势与恒速掘进相同;随时间增加,不同掘进循环瓦斯涌出总量差异趋于稳定,长时间掘进,掘进循环内瓦斯涌出量波动对瓦斯涌出总量的影响可忽略;瓦斯压力对煤巷煤壁瓦斯涌出具有较大影响,瓦斯压力越大,煤壁瓦斯涌出量随掘进距离的增幅越大,且存在瓦斯压力临界值,当巷道煤层瓦斯压力超过该值后,巷道瓦斯浓度可能超限。根据项目背景的工程条件,计算得到该煤巷掘进的临界瓦斯压力。     

不同阻塞条件下的隧道火灾全尺寸试验研究

为了研究阻塞条件下的隧道火灾危险性,选取某隧道网络中的某一支路作为火灾试验区,采用轴流风机通风,额定通风量为27 m3/s,以甲醇池火为火源,火源功率分别为0.25、0.50和1.00 MW。通过改变火源功率和隧道内风门的开闭模式开展全尺寸试验,分析火源横截面和隧道中心线竖直截面风速、隧道纵向拱顶温升、隧道中心面纵向温升等参数,研究了不同阻塞条件下的隧道火灾烟气扩散规律,获得了抑制隧道火灾危险性的风门控制模式。研究结果表明:①在隧道通风网络中,对称风流通过风门后,隧道截面距风门22 m处风速在整流作用下逐渐趋于均匀;②建立了考虑隧道阻塞比的隧道风量衰减模型,该模型可根据隧道阻塞比的变化预测隧道阻塞作用下的风量损失,同时可以计算沿程阻力损失的风量;③在自然通风条件下,当火源功率大于0.50 MW时,火灾烟气在火羽流作用下迅速向隧道拱顶浮动,通过对流换热使得拱顶温度急剧升高,对于隧道结构的稳定性具有巨大的破坏作用;可采用调节风门的方式控制通过起火区域的风量,从而优化隧道火灾危险控制模式,局部风速大小对火灾危险性影响不大;当起火区域风量不足时,人眼高度处的1.8 m高温度升幅较大,不利于人员逃生与救援;④阻塞条件下隧道断面不对称进风流易造成风流结构紊乱,使得隧道火灾烟气温度分布不稳定,危险性较大。     

层状节理巷道分步开挖离散元模拟

依据现场节理调查结果划分单元建立计算模型,采用三维离散单元法对巷道分步开挖全过程进行模拟,研究层状节理巷道三维应力场空间变化规律。结果表明,当掘进面接近和通过某一断面时,巷道断面对平面σ_xx,σ_yy空间主应力的影响范围约为2.0B(B为巷道净宽)。     

用于混凝土衬砌的组合式台车

在用拉杆连接单片拱架浇注混凝土隧道的施工中,立模、拆模费工费时,效率低,而用组合式混凝土台车浇灌长距离、大断面永久性隧道,可达到提高质量和工效及降低成本的目的     

Study on influence of ground settlement in bored metro tunnel

At present the bored construction method is one of the main construction methods of metro and tunnel construction in China. The empirical estimated formulas of tunnel ground surface settlement using the bored construction method were obtained, combining the mechanical stimulant calculated result of tunnel model of different embedded depth, different cross section and different construction method and the actual measurement data of Beijing metro construction. According to the regressed analysis of calculated data, the calculated equations of ground surface settlement value and settlement range of tunnel section under the condition of different embedded depth, different cross section and different construction method were gained. Among them there are some empirical formulas can apply to the construction design of metro tunnel directly.