低浓度煤矿瓦斯在多孔介质中的燃烧特性试验研究

为了解决低浓度煤矿瓦斯无法直接燃烧的问题,自行开发了多孔介质燃烧器,基于此试验系统,对三种分别为40PPI-30PPI-20PPI-10PPI,40PPI-30PPI-20PPI-20PPI,40PPI-30PPI-间隔10mm-20PPI-20PPI的多孔介质燃烧器开展试验研究,研究不同当量比、不同混气流速下的瓦斯在多孔介质组合中燃烧温度变化,并用温度变化研究燃烧火焰的移动规律。同时得出不同多孔介质组合下不同当量比所对应的脱火流速及回火流速。试验结果为多孔介质燃烧器设计提供了依据,对于利用低浓度瓦斯能源,保护环境具有重要意义。     

多孔介质特性参数对催化燃烧的模拟分析

通过对多孔介质材料特性进行分析,确定影响因子最大的参数——孔密度(孔径),并在孔密度改变的基础上,利用CHEMKIN软件模拟瓦斯在多孔介质内部催化燃烧,得出:增大多孔介质的孔密度,可增大催化燃烧的反应速率。燃烧过程中,燃烧温度对CO、NO的生成有影响,且生成条件相反。燃烧温度越高,不利于CO生成,达到某一燃烧温度后CO的生成量减小到最少,而在此分界点NO的生成量从0逐渐增加,并且不同孔密度的多孔介质分界点不同。     

矿井低浓度瓦斯在多孔介质内预热增压燃烧特性研究

对低浓度煤矿瓦斯在泡沫陶瓷内的预混燃烧特性展开了数值模拟研究,探究预热和增压条件下对可燃气体温度分布、燃烧速度和贫燃极限等特性参数。模拟结果表明:随着预热温度和压力的升高和增大,气体温度分布更均匀,化学反应速率更迅速,贫燃极限主要受预热温度的影响较大,压力对多孔介质内可燃气体的贫燃极限几乎没有影响。     

不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧特性研究

为了解决我国煤矿瓦斯抽采中大量低浓度瓦斯无法直接利用的问题,通过搭建多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧试验系统,探究了5种不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧温度分布及污染物排放规律。研究结果表明：多孔介质燃烧器孔密度对低浓度瓦斯燃烧温度的影响并非线性函数关系,在孔密度由10孔增加到20孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度成上升趋势;在孔密度由20孔增加到40孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度出现先降低后升高的趋势。孔密度为20孔的多孔介质内整体换热效果较好。相同流速燃烧工况下,不同孔密度多孔介质内的CO排放浓度均随当量比的增加而降低,NO的排放浓度随当量比的增加而升高。孔密度为20孔的多孔介质对应的CO排放浓度在所测当量比范围内普遍偏低,NO的排放浓度相对较高;孔密度为10孔的多孔介质对应的CO排放浓度偏高,NO的排放浓度偏低。     

多孔介质不同出口形状下瓦斯燃烧特性研究

为了更好地使用多孔介质燃烧器燃烧抽采的低浓度瓦斯气体,模拟了出口敞开和带遮热罩时燃烧室内的燃烧情况,模拟结果表明:出口带遮热罩时燃烧情况明显优于出口敞开时,且相同初始条件下,出口带遮热罩的燃烧器燃烧火焰温度变大,且贫燃极限增大。     

基于COMSOL的煤层瓦斯渗透性数值分析

为了求解煤层瓦斯渗流关键参数以及瓦斯压力对于渗透性的影响,基于多孔介质理论,应用多物理场模拟技术对煤层瓦斯渗透性进行研究。首先,根据达西定律、N-S方程以及分形理论,利用COMSOL数值模拟软件建立多孔介质孔隙空间分布的随机分形模型,进行多相流耦合物理场数值模拟分析;然后,选用流固耦合蠕动流物理场接口并定义边界值,计算多孔介质孔隙率和渗透率;最后,模拟得出多孔介质煤层瓦斯压力及瓦斯流速云图,通过对入口施加不同瓦斯压力,模拟计算多孔介质煤层的渗透率和最大流速,以此分析瓦斯压力对于煤层瓦斯渗透性影响。结果表明：在单侧施加瓦斯压力(P=0.2 MPa)时,从多相流的流域应力与流速分析得到越是狭窄的模型流域瓦斯涌出流速越快、且越窄的区域煤层应力越大;计算得出该煤层模型孔隙率为55.349%,瓦斯压力P=0.2 MPa时渗透率为4.530 5×10^-13 m²;通过设置入口不同瓦斯压力,渗透率呈现非线性曲线变化规律。     

DNAPL在饱和多孔介质中的迁移规律及数值模拟

基于多孔介质两相流模型,编制了相关的有限元计算软件,对已有文献中关于重非水相流体(Dense Non-aque-ous Phase Liquids,DNAPL)在饱和多孔介质中迁移的离心模型试验进行了模拟,探讨了DNAPL的重度与粘滞度等参数对其在地下水位线下迁移规律的影响,并对DNAPL在均质以及非均质地层的迁移进行了模拟,计算结果对DNAPL在饱和多孔介质中的迁移过程、影响范围的描述以及评价有一定的参考意义。     

基于数值模拟的玉溪煤矿地面预抽瓦斯治理效果预测

基于对玉溪煤矿地质特征研究的基础上,选择垂直井和水平井2种方式,在工作面上规模化部署地面预抽井,并采用数值模拟方法分别预测了预抽直井和预抽水平井的产气效果和瓦斯含量变化。研究表明:预抽直井和预抽水平井降低瓦斯含量的效率基本相同,但预抽水平井的产气量远高于预抽直井;预抽直井可用于煤炭准备区,预抽水平井可用于煤炭规划区。瓦斯地面预抽不仅生产收入可观,还能节省井下瓦斯抽放成本,经济效益和安全效益显著。     

微型燃气轮机低浓度瓦斯混掺燃烧实验研究及数值模拟

将低浓度瓦斯作为助燃空气,天然气作为主燃料,在微型燃气轮机内进行燃烧实验。通过燃气轮机实验,分析CH4在燃气轮机内燃烧后排放的烟气成分,在实验所得数据基础上进行Fluent数值模拟,得到燃气轮机燃烧室的流场、温度场分布,以及排放烟气中NO含量分布。     

激波诱导预混瓦斯燃烧的数值模拟

利用Chemkin软件模拟了不同速度的激波诱导不同浓度的甲烷、空气混合气体燃烧的过程,得到：入射激波速度高于1 300 m/s时,瓦斯能发生燃烧,此时高压室压力大于11.004 MPa ,与实验结果基本吻合;初始压力越大,激波速度越快,瓦斯点火延迟时间时间显著减短,燃烧越容易发生;下游管道的直径大于3.8 mm时,对瓦斯燃烧的影响不大,但是下游管道直径过小,火焰容易熄灭,说明激波能诱导瓦斯燃烧。     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟

通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型。以平顶山十矿的相关物性参数为基础进行了数值模拟,首先对建立的三维模型进行了开挖处理,得到了开挖后煤层的应力分布状态,而非简单的均布载荷,然后利用所建立的数学模型进行钻孔抽采瓦斯三维数值模拟。从数值模拟结果得到：① 抽采负压对钻孔抽采瓦斯的影响不明显;② 随着抽采时间的增长,煤层的孔隙率逐渐减小;③ 随着时间的推移,钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径均逐渐增大,最后会迫近一个定值。     

小型煤矿低浓度瓦斯发电技术及应用效果研究

针对云南富源县辖区内大量小型煤矿抽采的低浓度瓦斯未开展有效利用的问题,以区内某小型煤矿为背景,采用现场调研、分析归纳、理论计算相结合的方法对其低浓度瓦斯发电项目展开分析研究。研究表明,某小型煤矿低浓度瓦斯发电项目成功的关键是“瓦斯治理先行”理念主导下的气源保障综合技术体系。在气源得以保障的基础上,该小型煤矿低浓度瓦斯发电项目已经持续高效运行4年,每年创造经济收益约403.2万元,减排CO2约4.47万t;同时促进了煤矿瓦斯治理工作有效落实,提高了煤矿安全生产水平,保障了煤矿产量的达标。     

Numerical simulation of excess-enthalpy combustion flame propagation of coal mine methane in ceramic foam

Based on the assumption of a local non-equilibrium of heat transfer between a solid matrix and gas,a mathematic model of coal mine methane combustion in a porous medium was established,as well the solid-gas boundary conditions.We simulated numerically the flame propagation characteristics.The results show that the flame velocity in ceramic foam is higher than that of free laminar flows;the maximum flame velocity depends on the combined effects of a radiation extinction coefficient and convection heat transf...     

Prevention of explosion in coal mine and management of coal mine gas

There are many problems in terms of safe coal production and the sound development of the coal industry. Accompanying the intensification and increasing efficiency of coal production and the conducting of mining operations at deeper and more remote areas of mines, the efficient recovery and utilization of Coal Mine Methane (CMM) is an important issue in improving and stabilizing the productivity in the coal mining industry with high levels of gas, where the incidence of gas outbursts is increasing. We plan to study various aspects of the development of production technology and characteristics of the mine site. This is to establish the technology for highly efficient coproduction coal and gas operation rate. As a result, the productivity at the coal mine face will increase due to the reduction in gas emissions in the mining face. Effective use of recovered gas can be expected to reduce global warming by reducing the amount of coal mine methane gas emission in the air.     

基于数值模拟的矿并火灾疏散路径选取研究

针对矿井火灾中人员疏散比较困难的问题,本文通过对某矿发生矿井火灾后的情景进行数值模拟,利用FDS软件分析巷道中烟气蔓延的情况、CO浓度的变化以及人员能见度的变化情况等对人员安全疏散的影响,模拟烟气动态的流动情况,从而在错综复杂的矿井巷道中选取可以安全疏散的有效路径,对于普通的通风状态无法安全疏散的情况,可以通过采用反风的方式来阻挡烟气对于可疏散路径的影响,确保人员的安全疏散.     

煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析

参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节以及影响因素;同时对同等条件下的地面水库坝体进行了模型试验和数值模拟,对比分析了地下水库与地面水库的抗震安全性。结果表明:物理模型试验和数值模拟得到的动力响应较为接近;在地震波逐级加载的过程中,由于受到顶底板约束,煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态,验证了煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。在此基础上,提出了煤矿地下水库坝体安全系数概念,对比分析了同条件的煤矿地下水库坝体和地面水库坝体的安全稳定性。     

低浓度瓦斯自激振荡脉动燃烧特性研究

针对煤矿低浓度瓦斯稳定燃烧及高效利用难的问题,将脉动燃烧技术与煤矿低浓度瓦斯燃烧利用相结合,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,对低浓度瓦斯脉动燃烧特性进行了系列研究。基于Fluent计算平台,建立低浓度瓦斯脉动燃烧热力学模型,对脉动燃烧器内部流场、温度场、压力场进行模拟分析,同时通过改变脉动参数研究各参数对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。发现并揭示了燃烧器内压力和温度的分布规律、尾管长度与脉动频率的关系、热负荷和瓦斯浓度与燃烧室温度之间的关系,并与实验结果进行了对比,发现计算值与实验值吻合较好,说明该模型能够预测低浓度瓦斯脉动燃烧特性。     

含瓦斯煤锤击破坏HJC本构模型及数值模拟

确定含瓦斯煤动态本构关系是认识煤岩动力灾害机理的基础。结合煤吸附瓦斯的"变形效应"特征和Mohr-Coulomb强度理论,理论分析并量化了吸附态和游离态瓦斯对煤体强度的弱化作用,提出的"静态损伤变量法"确定了含瓦斯煤HJC本构模型的主要参数并开展含瓦斯煤落锤冲击破环的数值模拟研究。研究表明:(1)相同的冲击速度下,含瓦斯煤样与普通煤样的破坏形式明显不同,前者破坏程度更严重。(2)相同瓦斯压力下,冲击速度越大,含瓦斯煤样整体破坏越严重,随着冲击速度的增加,破坏由拉压破坏向以压缩应力主导的破坏过渡,并呈现出中心膨胀性破坏的特征。(3)含瓦斯煤在冲击速度相同时,含的瓦斯压力越大,破坏程度亦越大。获得的含瓦斯煤的HJC主要参数能够较好模拟含瓦斯煤冲击破坏的动态过程。     

采场瓦斯运移规律仿真模拟研究

基于工作面上隅角瓦斯容易积聚、回风流中超限问题,利用Fluent仿真模拟方法,建立综放面采场瓦斯运移的数学模型,对采场使用局部通风机吹散上隅角瓦斯和瓦斯尾巷调节上隅角风流进行仿真模拟,分析得到:当局部通风机风速为20m/s时对上隅角瓦斯扰动性效果最好;确定工作面供风量为1900m3/min和尾巷步距为50m时防治上隅角瓦斯效果最佳.数值仿真研究结果可为上隅角瓦斯治理提供一定的理论参考.