瓦斯浓度检测采集点的最优选择策略研究

瓦斯浓度在矿业生产过程中需要严格检测,但是由于井下地理环境比较复杂,瓦斯在不同地点的分布特征有很大差异,如何根据井下环境合理选择瓦斯浓度传感器的采集点,进而对井下整个瓦斯分布情况进行分析,是十分重要的问题。通过分析瓦斯在不同地理环境下的分布特征,找到安装瓦斯传感器最优位置的选取策略,为瓦斯浓度检测提供理论依据。     

煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统设计与实现

将分布于井下的所有瓦斯传感器节点纳入一个智能化、结构灵活的无线网络系统,组成以传感器节点为依托的层次化且具有本安特性的瓦斯传感器网络,由主井光纤和巷道无线连接,可灵活改变节点位置或者增加和减少节点数量。     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

采煤工作面瓦斯流动模型及COMSOL数值解算

引入溶质扩散平移方程和Fick扩散定理来模拟瓦斯的流动扩散行为,应用N-S方程和Brinkman方程构建工作面和采空区气体流动模型,并将两个模型有机地联系在一个统一的流动场中,基于质量守恒和压力平衡,建立出采煤工作面瓦斯流动的物理模型。进风巷道、回风巷道、工作面以及采空区瓦斯涌出和扩散被有效地联系在了一起,应用COMSOL Multiphysics多物理耦合分析工具求解该物理模型。模型计算结果表明：该模型能够模拟工作面和采空区瓦斯浓度分布,并能对瓦斯专排巷的位置布置、工作面通风方式优劣进行对比判断,对于采煤工作面有一定的适用性。     

掘进煤巷瓦斯渗流模型及运移规律研究

以煤巷掘进时瓦斯渗流模型为背景,根据瓦斯渗流方程、瓦斯含量方程、瓦斯气体状态方程、连续性方程,建立了煤巷掘进过程中瓦斯渗流模型,基于Comsol Multiphysics软件模拟了煤巷掘进过程中用围煤体瓦斯运移规律.结果表明:巷道掘进后,周围煤体内瓦斯压力呈对称性分布,且随着径向距离的增加逐渐减小.随着时间的增加,距离巷道煤壁不同距离的瓦斯压力和瓦斯含量逐渐减小,当达到一定时间后,在巷道周围形成具有一定宽度的瓦斯卸压保护带.瓦斯渗流速度与径向距离呈负指数函数关系,巷道周围煤体瓦斯渗流速度随着径向距离的减小呈跨数量级增加,渗流速度在巷道煤壁处达到最大.现场测试结果与数值模拟结果一致,验证了数值模拟的正确性.     

采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律

为了确保矿井的安全抽采，分析了采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律，理论研究了含瓦斯煤体的有效应力控制方程及煤层瓦斯扩散控制方程，基于此，建立了COMSOL Multiphysics数值模型，分析了距离钻孔不同位置处煤层瓦斯压力分布、不同开采条件下单孔瓦斯抽采瓦斯压力分布以及不同钻孔布置瓦斯压力分布。研究为矿井抽采钻孔参数设计提供了借鉴。     

掘进工作面甲烷传感器布置方法研究

从理论上分析了正常通风情况和停风情况下,掘进巷道瓦斯浓度的分布规律,为传感器的布置提供理论依据。利用灰色系统理论对传感器布点的浓度值进行预测,结合建立的一元线性回归方程,从瓦斯爆炸浓度下限出发,计算出一定置信区间下目标监测区域最高点浓度的取值范围,依此来确定甲烷传感器布置位置及报警浓度、断电浓度,从而确保目标监测位置范围内的瓦斯安全。     

关联度分析模型在瓦斯监控传感器优化布点中的应用

瓦斯实时监控系统采样的关键因素在于井下传感器的优化布置,可较好地监测空间分布和采样间隔可提高特征量误报警的精确度。以挖金湾矿巷道背景为例,通过对众多位置的测量点进行相关度关联分析和二进制转换来获取其中有效的布置点,并据此建立可靠精确的传感器网络,最后通过挖金湾南翼盘区现场应用分析来验证所给出算法模型的准确性。     

井下无线瓦斯浓度传感器的设计

瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要因素之一。本文基于无线网络技术,设计了一款井下无线瓦斯浓度传感器。设备具备智能传感器的特点,定时采集巷道中不同区域的瓦斯浓度信号,并自主分析处理,通过Mesh网络与井上主控机进行无线通信。     

浅谈瓦斯监测系统的管理

瓦斯监测系统由以瓦斯传感器为主，其它传感器为辅的数据采集部分和地面计算机系统数据处理部分，以及井上下数据通道三部分组成。它具有监测监控功能，对探头采集的数据时时处理分析，达到显示、报警、打印、保存、传输数据，发出控制指令等，做到即时监测，控制的目的。存储的瓦斯数据变化状态给通风专业人员对井下巷道及采掘工作面的风量分配以及科学管理好瓦斯，提供了可靠的依据，也为将来的安全生产提供了数据保障。     

应用超剪切技术提高水煤浆分散稳定性的数值模拟

采用Fluent软件及Realizable k-ε模型研究了水煤浆物料在剪切均质泵内的剪切均质过程,分析了齿间周向与径向上的压力场、速度场、湍流应力场以及空化现象,探讨了水煤浆物料受剪切力、摩擦力、撞击力、湍流应力和空化作用不断被剪切均质的过程.表明采用超剪切技术对水煤浆进行剪切均质,物料受剪切力、摩擦力、撞击力、湍流应力等作用能够达到微观上的混合,且转速越高,混合效果越好,更有利于提高水煤浆物料剪切均质后的稳定性.     

乳化器内部流场的数值模拟与分析

对乳化液自动配比装置的关键元件--乳化器流场--进行了仿真研究，在Fluent软件平台上，选择欧拉多相流模型和Renormalization Group(RNG)k-ε湍流模型模拟乳化器内部流体在不同流速下的流动状态，同时对模拟结果进行了分析.验证了在水的流动速度为0.5 m/s时，乳化效果较好.     

综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的数值模拟

针对配有附壁风筒综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的特点,分别采用k-ε和k-ε-Θ-k_p数学模型建立了该流场单相风流流动和气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用Fluent软件对该流场风流及粉尘的扩散进行了数值模拟。模拟结果显示,综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统可在掘进机司机的前方形成基本封闭整个巷道断面的旋流气幕,能有效地将粉尘封闭在掘进头至掘进机司机前方0.5 m的空间内,防止粉尘向其它区域扩散。依据模拟结果和工作面现场的实际条件,设计了由附壁风筒和抽尘净化装置构成的综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统,该系统在综掘工作面应用后,有效地降低了工作面现场各作业地点的粉尘浓度,取得了较好的降尘效果。     

综放工作面粉尘浓度空间发布规律的数值模拟及其应用

针对粉尘采样器测尘法不能全面反映工作面作业空间粉尘浓度的缺点,用数值模拟的方法对综放工作面粉尘浓度的三维发布规律进行研究。为此,根据综放工作面气体－粉尘流动的特性,运用颗粒相的动力学理论,推导了颗粒相应力的表达式,实现了求解粉尘浓度空间发布规律的k-ε-Θ-k_p双流体封闭方程组的数学建模。采用基于同位网格的SIMPLE算法,利用Fluent软件对综放工作面粉尘浓度空间发布规律进行了数值模拟。根据模拟结果指导综放液压支架喷雾降尘装置的优化设计,取得了很好的降尘效果。     

基于移动参考框架的矿内运输工具活塞风数值模拟

提出了采用基于移动参考框架的k-ε湍流模型对矿内运输巷道内的气流组织进行数值模拟．通过计算流体力学（CFD）应用软件Gambit和Fluent等，模拟矿内运输工具运动方向与风流方向一致情况下的巷道内空气流场的空间矢量分布情况．数值模拟结果表明：巷道内风流组织形式复杂，各个区域流速差别较大，与各参数选择有密切关系．     

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近02时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于02。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0624。然而,当n1<0624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。     

垃圾与煤混烧烟气脱酸的模拟及实验

通过在喷雾干燥塔内加装均流装置优化垃圾与煤混烧的烟气净化塔结构,利用Fluent软件包,对加装均流装置的喷雾干燥塔的烟气脱酸过程进行数值模拟。结果表明：塔内烟气充满度更高,流场得到优化;垃圾与煤混烧比增大时,SO 2浓度减小,HCl浓度增加;SO 2、HCl的净化效率随均流装置开孔区域直径的增加而增加、随化学计量比的增加而增加,HCl的净化效率随化学计量比增加的趋势不如SO 2明显;SO 2、HCl的净化效率随着Ca(OH) 2浆滴粒径的增加,都是先升高,后降低。     

脱硫废水烟气蒸发过程中氯离子气固相分配模型及实验研究

随着国家"水污染防治行动计划"政策的提出,脱硫废水零排放已成为电厂水污染深度治理的新趋势。针对高温烟气蒸发脱硫废水技术应用中面临的核心技术问题,即不同工况条件下氯离子气相转化特性问题开展模型及实验研究。将经典的气液相平衡理论应用于复杂的脱硫废水混盐体系,基于状态方程法计算得出理想体系中以温度为自变量的氯离子气固相分配系数模型。之后,将得出的理想模型用复杂体系废水即脱硫废水进行验证和线性修正,引入修正系数ε和修正常数φ。利用自行设计的实验台开展实验研究,分析各个影响因素对氯离子气固相分配的显著性,影响最大的因素为温度,其次是pH和氯离子浓度,脱硫废水中所含的主要阳离子影响最大的是Mg~(2+),其次是Ca~(2+)和Na~+。得出的实际废水和正交实验数据用以拟合数据,确定了修正系数ε=1.068,修正常数φ中包含了上述影响氯离子气相转化的关键环境参数和水质参数。以MATLAB为计算工具对数据进行拟合,选取指数、对数及线性函数3种拟合形式,其中线性拟合的相关性最高,拟合度R~2为0.925 8,达到拟合要求。得到了适用于180～380℃的氯离子气固相分配系数模型。研究结果为脱硫废水烟气蒸发技术的应用提供了关键数据,实现了对脱硫废水蒸发过程中氯离子挥发量的量化及预测,可为该技术的工程实践提供参考。     

考虑两侧煤柱与弹性煤体基础的基本顶板初次破断特征

建立考虑两侧煤柱支撑与实体煤作为弹性基础的基本顶板初次断裂力学模型,采用差分算法及主弯矩破断准则计算研究得到如下结论。① 基本顶初始断裂位置为偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面(弹性基础系数k较小,基本顶厚度h、弹模E较大时),反之为偏较弱煤柱侧的长边实体煤区上表面;② 两侧煤柱的宽度L1,L2及支撑系数km1,km2改变时,基本顶中部区与实体煤区的主弯矩及位置几乎不改变,而两侧煤柱区的主弯矩及位置变化显著;③ E,h大,而L1,km1,L2,km2小时,基本顶在两侧煤柱区不断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧的悬顶区中部下表面→偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面,断裂特征为非对称“=-X”型;反之基本顶在煤柱区会断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面→偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面→较强煤柱区上表面→较弱煤柱区上表面,断裂特征为非对称“O-X”型;而L1,km1较小,L2,km2较大时,只较弱煤柱侧基本顶不破断,最终断裂形态为非对称“U-X”型;④ 比值k/E或k/(Eh3)不变(k,E,h改变时,km1及km2与k保持某个任意比值不变),基本顶破断规律不变。     

温度对煤吸附性能的影响

为了研究温度对煤体吸附甲烷性能的影响,采用WY-98B型吸附常数测定仪,选取了含气量较高矿井的3种煤样,进行了不同温度下吸附甲烷的等温线测试,并据此拟合出了温度与Langmuir吸附常数a的曲线方程.利用计算煤表面能的方法,推导出了温度与Langmuir吸附常数b的关系.实验及计算结果表明：随着吸附温度的升高,煤体吸附甲烷量变小,压力越大这种变化趋势越大;Langmuir常数a随温度的增大而减小,吸附量越大的煤样,其吸附常数a随温度变化的剧烈程度越大;Langmuir常数b与温度的关系依赖于吸附温度T、吸附平衡时的压强p_t以及煤自身物理性能所决定的常数k;在一定温度范围内,温度对吸附常数的影响可以用具体的函数关系式表示.