防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究

针对目前我国煤矿防灭火技术和手段存在不足,特别是针对大范围采空区或巷道高冒火灾、采空区隐蔽火源及高位火源、综放及俯采工作面煤炭自燃防治的难题,提出了由粉煤灰（黄泥）、氮气和水组成的三相泡沫防灭火新技术,该技术可以利用煤矿已有的注浆系统将三相泡沫注入采空区并形成覆盖面广、可向高冒区堆积的泡沫体,能较好地充填采空区或高冒区,有效扑灭火灾．针对固体不燃物（粉煤灰、黄泥）、水和氮气三相介质的特性,成功研制出了使浆液具有较高发泡倍数和较长稳定时间的三相泡沫发泡剂．应用浮选动力学、表面化学、物理化学、热力学和流体机械等理论,较系统地提出了三相泡沫的形成机理．根据三相泡沫的特点,发明了三相泡沫发泡器。应用流体力学理论,建立了发泡器喉部至扩散段区域负压大小和浆液流量的方程关系式,并通过CFD流体力学软件模拟了三相泡沫发泡器内不同扩散角度下管内静压和浆液流速的分布状况,得出了扩散角为60°时的压力分布和流速是形成三相泡沫的最佳条件．开展了三相泡沫发泡剂溶液阻止煤自燃的试验研究,结果表明：三相泡沫发泡剂溶液对煤自燃的阻化效果显著,能有效地减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温度的升高,同时也有效地抑制CO的释放量,是很好的防止煤炭自燃的阻化剂;三相泡沫的灭火性能试验表明,三相泡沫可在较致密的多孔介质中不同方向流动,渗透性强,流动范围广,可扑灭较大范围区域内的高位火源和隐蔽地点的火源．三相泡沫流变特性研究表明,含黄泥或粉煤灰颗粒的三相泡沫属于屈服假塑性非牛顿流体;试验考察了发泡倍数、浆液浓度、外界温度及气体介质对三相泡沫黏度的影响;建立了三相泡沫在水平管道中流动的数学模型,确定了三相泡沫发泡器在井巷中合理的安装位置;建立了三相泡沫在大空间中堆积高度的数学模型． 在矿井灌浆系统中加入氮气,使泥浆发泡,体积增大,大流量的三相泡沫能在采空区中形成面与三维的流动方式,较之一般的水浆流动,覆盖面广,并可向上部堆积,能将更多的水、固体不燃物（黄泥、粉煤灰）带入防灭火区域,防灭火效果显著．建立了一套适合煤矿自然火灾防治的注三相泡沫的工艺系统,该系统安全可靠,操作方便,可连续大流量灌注．提出了沿顺槽采空区埋管、综采（综放）支架插管、地面打钻和与其它防灭火技术手段相互配合使用的多种注三相泡沫新工艺,并在现场得到了广泛应用．     

高性能防灭火三相泡沫的实验研究

提出了用三相泡沫来防治煤炭的自燃．由粉煤灰或黄泥、氮气和水通过物理机械方式形成的防灭火三相泡沫,具有集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体,充分利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火的特性．通过对优选的4种发泡剂及相互复配对泡沫性能的实验研究,得出了最优的复配发泡剂及配比．同时研究了发泡剂质量分数、水玻璃质量分数及浆液质量分数对制备高性能三相泡沫的影响．结果表明,当发泡剂质量分数为0．2％,水玻璃质量分数为2％,灰水质量比为1：4时,制得的防灭火三相泡沫的性能最好．并在实验室构建的三相泡沫实验系统上制备出了高性能的防灭火三相泡沫．     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置，通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验，绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线，并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标，从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据，为煤矿的高效生产提供安全保障。     

三相泡沫对综放面采空区漏风的影响规律

为研究综放面上隅角埋管注三相泡沫时采空区漏风风流的变化规律,采用FLUENT软件进行模拟分析.模拟结果表明,当综放面倾角分别为0°,10°,30°时,三相泡沫在采空区沿工作面倾斜方向的扩散范围分别达到20～30,50～100,100～150m,大大地减少了采空区的漏风风量;同时,采空区氧化带带宽分别缩减为10～20,10～15,5～10m,模拟结果表明三相泡沫能有效地防治采空区的煤炭自燃.以新集二矿1606工作面为例,注三相泡沫后,采空区氧化带带宽由60m缩减为15m以内,漏风风量由原来的约200m3/min减少到约25m3/min,以此为依据制定的防灭火方案取得了很好的效果,表明了模拟结果跟现场实际基本吻合.     

注氮防灭火技术在煤矿中的应用

为了有效预防、控制和扑灭井下火灾,通过煤矿对注氮防灭火的实践应用,认为以注氮为主的防灭火是井下预防火灾和减少火灾损失的一种非常有价值和实用的技术,它可用于煤矿自燃发火的预防（稳定和控制发热）、火势控制、窒息火区、可控制的缩封和启封火区。当氮气注入工作面采空区或火区,使氧含量降低到5％～10％时,可抑制煤的氧化自燃以及瓦斯爆炸,而氧含量降低到3％以下时,则可以使煤炭燃烧熄灭并阻止其复燃。该技术在宁夏煤矿火灾的防治中得到多次应用,其技术处在国内先进水平之列,对于开采自燃煤层煤矿火灾预防与防治具有积极的推广价值。     

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置,通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线,并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标,从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据,为煤矿的高效生产提供安全保障。     

大倾角中厚煤层短壁工作面防灭火实践

沛城煤矿8325采煤工作面属大倾角中厚煤层短壁开采.工作面回采过程中发生严重的采空区煤炭自燃现象,针对具体条件采用均压、埋管注胶、雾化阻化剂等防灭火措施,取得了较好的效果,提出了采煤工作面大倾角中厚煤层短壁开采的防灭火方法.     

自燃采空区注氮过程标志性气体分布特征研究

在高瓦斯自燃煤层采空区采取高抽加尾巷排放瓦斯的立体抽放方式时,为避免采空区发生自燃,对采空区进行注N2防火．以华晋焦煤有限责任公司沙曲矿15201工作面为例,在确定采空区自燃三带划分标准的基础上,通过埋管测试方法,研究采空区注N2前后采空区N2和O2分布状态,以及采空区N2运移规律．结果表明,注N2后,注入N2与采空区原有气体混合,气体在采空区漏风压与注N2压力共同作用下运移．N2影响区内O2体积分数下降,氧化带范围缩小,降低了工作面自燃的危险程度．为工作面优化注N2参数和提高注N2防灭火效果提供了参考．     

简放工作面供风量与采空区遗煤自燃危险性研究

针对地方煤矿易自燃厚煤层简易放顶煤开采推进速度低的现实条件,本文在分析不同氧浓度条件下煤的耗氧速度、采空区煤氧化自燃三带及其与采空区漏风量关系基础上,研究了工作面供风量与漏风量及其采空区氧化带宽度的关系,研究结果为厚煤层简放开采工作面的合理供风量及防治煤炭自燃措施应用提供了技术依据.     

矿用防灭火凝胶泡沫的研究

为了解决煤矿自燃和瓦斯防治的难题,研制出煤矿用材料——凝胶泡沫.采用Ross-Miles法对不同发泡剂进行比较,筛选出一种使用量少、发泡能力强的凝胶泡沫用发泡剂,0.3%～0.5%的使用量发泡高度可达22cm以上.配制出成胶时间可控、凝胶强度大的胶凝剂和交联剂.实验结果表明:凝胶泡沫稳定时间长,在常温常压下10d不脱水,增加了防灭火效果的耐久性;结合凝胶和泡沫的封堵能力,能有效的阻止瓦斯从煤体中释放.通过阻化实验表明,凝胶泡沫能有效的减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温的升高,阻化率达到62.23%,很好的抑制了CO在自燃过程中的释放量.     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

FMS中加工质量故障预报的新方法

对引起加工质量故障的原因进行了研究,建立了用于加工中心加工质量故障分析的与/或故障树,提出了隐加工质量故障(FMQF)的概念和由·FMQF 找出制造系统故障的决策树方法.本文在模糊理论基础上,提出了隐加工质量故障识别的新方法,用这种方法可以根据控制图的变化进行设备状态估计.基于以上研究,建立了可用于柔性制造系统隐加工质量故障预测和预报的专家系统.     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Genomics,metagenomics,and microbial oceanography—A sea of opportunities

Microbial oceanography is an emerging discipline resulted from the interaction,cross-fertilization and integration of life science and ocean science.Microbial oceanography integrates the principles of marine microbiology,microbial ecology and oceanography to study the role of microorganisms in the biogeochemical dynamics of natural marine ecosystems.The application of genomics tools to study marine microbes is resulting in rapid advancements in microbial oceanography that has important implications in globa...     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.JBIT is listed in Ei,CA,SA,AJ,CSA,MR,ZM and many other abstracting indexes.     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.