矸石山自燃程度和爆炸的关联分析

为了研究矸石山自燃程度和爆炸的关系,从温度场、物理爆炸、化学爆炸3个方面对矸石山的自燃程度和爆炸关系进行了分析.利用有限元知识和ANSYS模拟软件进行了自燃煤矸石山的瞬态温度场分析和模拟;从物理爆炸的角度对矸石山自燃程度和爆炸关系进行了探讨;利用化学热力学进行了矸石山自燃烟气成分计算,从化学角度对一定环境条件下矸石山自燃程度和爆炸的关系进行了量化分析.结果显示,自燃矸石山的温度从外到内先升高后降低,随自燃程度的加大高温区域近似呈等加范围扩大,最高温大约在距矸石山表面6 m附近;矸石山自燃程度的加剧使其内部形成的空隙和拱形更大更多,雨水充足且达到一定自燃程度条件下,会形成矸石山物理爆炸;温度T≤1 200 K时爆炸混合气体存在一定的爆炸极限,可能发生化学爆炸;温度T＞1 200 K时爆炸混合气体体积很小,爆炸极限几乎不存在,发生化学爆炸的可能性小.     

关于矿井瓦斯爆炸超压规律的预测和分析

为了能较好的对矿井独头巷道瓦斯爆炸的超压进行预测,在相似定律、TNT当量理论的基础上,对管道瓦斯爆炸实验的超压测点距离进行了换算,结合矿井瓦斯爆炸超压实验数据,建立了相应的矿井瓦斯爆炸超压预测模型,并通过50m3、100m3、200m3瓦斯-空气混合气体的矿井瓦斯爆炸实验对此预测模型进行了验证:此预测模型对于体积分别为50m3、100m3、200m3的瓦斯-空气混合气体爆炸实验超压的预测平均相对误差依次为7.56%、6.01%、14.88%,对于50m3、100m3的超压预测较好,对于200m3的预测效果相对较差。此预测模型可以应用到几何成比例、浓度相同、不同体积的矿井瓦斯-空气混合气体爆炸超压预测。总体来说,此超压预测模型误差较小,预测值和实验值吻合较好。     

封闭火区注惰气引发瓦斯爆炸的数值模拟

采用模拟软件FLUENT,针对高瓦斯矿井火灾,封闭火区后充注N2的火区状态发展变化过程进行数值模拟,得到惰气和瓦斯在火区内的运移规律。模拟结果表明,惰气射流推动瓦斯气体进入火区,从而引起瓦斯爆炸。模拟数据采用专门软件Tecplot进行后处理,通过对爆炸前火区状态的分析得到注惰气引发瓦斯爆炸的原因。模拟结果进一步验证了前人提出的注惰气引发瓦斯爆炸的观点,为实际封闭火区注惰气时防止瓦斯爆炸措施的实施提供了科学依据。     

封闭火区注惰下瓦斯气体分布规律的探讨

为研究煤矿封闭火区注入惰气抑制火灾情形下火区瓦斯气体分布规律,利用CFD流体软件Fluent建立数学模型并进行数值模拟;在试验巷道中进行了不同流量惰气注入试验,建立了相关的数学模型并对N₂和CO₂不同情形的安全、有效的注入速度进行了计算。结果表明,注惰速度对火区瓦斯分布影响较大,是诱发注惰过程中次生瓦斯事故的主要因素之一;注惰速度较小时,惰气和瓦斯混合缓慢,封闭火区巷道前方易形成危险性瓦斯气体层;注惰速度较大时,惰气和瓦斯迅速混合而起到稀释和惰化作用,紊流作用明显,整个巷道内瓦斯浓度均处于安全范围内。     

瓦斯爆炸火焰波热作用下矿井支护木材微观热动分析

为了得出瓦斯爆炸诱发矿井支护木材次生火灾的机理,对矿井支护木材进行了微观热动分析。基于相关学者开展相关瓦斯爆炸所测实验数据,归纳、分析了瓦斯爆炸火焰波的特性。通过建立瞬态温度场数学模型,对不同火焰波温度、不同热作用时间支护木材浅表层的瞬态温度场进行了计算、分析和验证。建立了化学反应动力学模型,开展了同瓦斯爆炸条件基本一致的不同温度、不同热作用时间下矿井支护木材居里点快速热裂解实验。对比分析了和该模型相近的相关文献数据和本实验所测数据,得出：温度在550~1 050 K时,热裂解气体平稳增加,从3.3%上升到32.1%;焦油先增大然后逐渐平缓,从1.8%上升到48.8%,最高52.6%;焦炭逐渐减小,从94.7%降到19.1%。文献数据和实验数据吻合较好。     

多目标决策法在矿井通风系统优化改造中的应用

在确立矿井通风系统评价指标的基础上,详细介绍了多目标决策法的理论基础及应用原理。在矿井通风系统优化改造过程中,应用该方法能够客观公正地确定出最优方案,从而加快设计速度,避免大量资金损失。因此将多目标决策法广泛应用到现场实际中,将具有较大的实用价值。     

定向圈划回路法探讨

文章介绍了定向圈划回路法解算矿井通风网 络的方法,步骤,并对其原理进行了探讨。     

瓦斯爆炸烟流浓度和温度的扩散规律

为了了解瓦斯爆炸后所产生高温、毒害性烟流的传播规律，对其进行了数学分析和数值模拟。基于模块化思想将烟流区域分成多个子区域进行分析，推导出了烟流浓度的传播模型;基于对流换热和热传导学建立了烟流温度的传播模型。对该一维烟流温度、浓度扩散模型进行了计算分析。以潘集三矿某掘进工作面发生瓦斯爆炸为例，利用流体模拟软件Fluent进行了烟流温度、CH4和CO浓度的模拟计算，得出了CH₄和CO的浓度、烟流温度的传播规律。对比分析一维模型和Fluent二维计算结果可知二者结论是一致的。     

矿井瓦斯爆炸下巷道内的对流换热系数的探讨分析

在湍流强迫对流换热系数经验计算公式基础上,结合矿井瓦斯爆炸实际情况以及前人所进行的管道瓦斯爆炸所测得的实验数据,进行了矿井瓦斯爆炸情况下影响火焰波和围岩对流换热系数的相关因素的分析和计算,确定出了这些影响因子的取值范围。对不同情形下的瓦斯爆炸后的巷道对流换热系数进行了计算,得出:对流换热系数在l/D≤28范围内逐渐增加,在28≤l/D≤52范围内变化幅度很小,52≤l/D≤70范围内迅速并在l/D=70处达到最大值,然后随着火焰波的传播距离增加缓慢减小,直至对流换热现象结束。同时可以看出,对流换热系数随着巷道当量直径的减小而增大。对流换热系数最大值在112.3～158.3W/(m2·K)之间,最小值在13.6～21.6W/(m2·K)之间。     

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。