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實際的礦井巷道四壁為非理想導電壁,且巷道壁粗糙,電波傳播的解析研究異常復雜。文章將礦井巷道看作含有有損介質的波導,導出類矩巷道中電磁波傳播粗糙度損耗和傳輸總損耗,并數值模擬了傳輸損耗與粗糙度、頻率變化之間的關系。結果表明,在低頻段粗糙度損耗對電磁波傳播損耗的影響較大;隨著粗糙度增加,粗糙損耗明顯增大;但隨著頻率的增加,傾斜損耗占主導地位,粗糙損耗對總損耗的貢獻減小。
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隧道通風數值計算中定義壁面粗糙程度的參數由粗糙高度和粗糙常數構成,參數的選取很難利用數學推導的方式進行研究。依托衢寧鐵路鷲峰山隧道的施工通風項目,采用數值模擬并結合現場實測數據研究了隧道內壁面粗糙度的評定方法、取值和工程應用。結果表明:隧道壁面平均粗糙高度由隧道內實際開挖輪廓線和設計開挖輪廓線之間包絡的面積與取樣長度的比值確定,計算得到了隧道橫斷面平均粗糙高度為0. 191 m,縱向平均粗糙高度為0. 231 m；建立了粗糙常數Rc與粗糙單元間距、形狀的關系,同時得到基本模型對應的Rc計算公式；基于典型理想壁面模型,以原模型面積減去理想模型的面積(絕對值)除以原模型面積所得值最小定義了最優簡化模型,提出了關于壁面粗糙常數取值的計算方法,并以此計算出鷲峰山隧道壁面粗糙常數Rc為0.46。最終根據Rh和Rc的取值,采用三維數值模擬,分析了隧道內CO質量濃度不同時間段的分布規律。由于壓入式通風自身的缺陷(無法突破長度瓶頸),且受現場布置及施工方式所限,通風距離超過3 000 m很難滿足施工條件的需要,無法達到規定的洞內作業環境條件。因此,急需對現有的通風方式進行優化和調整。
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