岩石单向加热热固耦合数值模拟研究

为了研究煤炭地下气化覆岩在热固耦合条件下温度、应力以及塑性区分布演化规律,采用COMSOL软件在单向加热和轴向约束条件下对岩石进行了热固耦合数值模拟,得到了温度场、应力场、位移场以及体积应变和塑性区分布规律。结果表明:轴向不同位置温度随时间呈非线性增加,沿岩石高度方向温度梯度较大,且随时间呈降低趋势;主应力主要分布于岩石轴向下端面及附近圆周区,塑性区主要分布于试件下部1/6高度范围,存在扁平状孤岛塑性区;下端面圆周区出现应力拉伸,径向应变最大,模拟结果有助于从热固耦合的角度研究砂岩石的热损伤破裂特性。     

煤层高压注水渗透特性试验研究

为了研究不同孔隙水压对煤岩渗透特性的影响规律,利用MTS电液伺服岩石试验系统对深部矿井的煤岩试件进行了不同孔隙水压、尤其是高孔隙水压下的煤岩渗透特性试验。结果表明:渗透率以及体积应变曲线具有较好的一致性,均呈现U字形走势;而在外界条件一定的情况下,孔隙水压对渗透性能以及体积应变的作用效果与该煤岩孔隙水压临界阈值有关,高于临界阈值的孔隙水压对煤岩渗透性能起到数倍于低孔隙水压时的改善作用。此外,孔隙水压对煤岩强度极限亦有重要影响,且孔隙水压愈高,煤岩的破坏强度极限愈低,扩容效果愈明显,渗透率峰值亦愈加后延。研究结果对利用高孔隙水压改善煤岩渗透性能、提高煤层注水防灾效果具一定指导意义。     

基于氧气浓度分布规律的综采工作面采空区自燃“三带”的特征研究

基于对采空区自燃"三带"理论和标准的分析,结合鲁西煤矿3下109工作面开采3下煤层时条件比较复杂,受3上109工作面采空区遗煤的影响较大,存在自然发火隐患的实际情况,采用在工作面和两巷埋设气体监测装置的方法进行了采空区自燃"三带"的研究。通过采集各测点的O2浓度数据,分析采空区O2浓度分布规律,掌握了3下109工作面采空区自燃"三带"的特征,对鲁西煤矿防灭火工作具有重要的指导作用。     

赵楼煤矿3~#煤层瓦斯赋存影响因素分析

以矿井地质勘探期间和实际开采中的瓦斯资料为基础,从煤体性质出发,通过吸附常数测定、工业参数及孔隙测定等实验结果,运用瓦斯地质学相关理论,全面系统的研究前期成煤环境、后期地质构造等因素对赵楼煤矿3#煤煤层瓦斯赋存的影响,并对特殊地质条件下的瓦斯赋存特点进行分析;研究认为3#煤煤层生成瓦斯和吸附瓦斯能力较差,虽然煤田的沉积环境及围岩条件利于瓦斯的赋存,但后期对瓦斯的赋存及分布起着区域性控制作用的地质构造运动利于瓦斯的逸散,造成赵楼煤田整体上瓦斯含量较低,局部特殊条件下瓦斯赋存存在不确定性,需要结合地质背景具体分析。     

低孔隙率煤层高压注水技术

针对天安矿业有限公司星村煤矿3#煤层高地压低孔隙率、产尘浓度高、地温高和具有较大冲击地压危险性的特点,从高效注水用渗透剂(表面活性剂)的选择、高地压低孔隙率煤层注水工艺技术的研发为目标出发,对煤层注水采用理论分析、实验室研究和现场观测相结合的方法进行研究,设计了高地压低孔隙率煤层注水工艺参数。     

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。     

综掘工作面粉尘浓度分布的数值模拟

针对矿井掘进工作面的特点,建立了与现场实际较符合的掘进巷道数值仿真模型;根据气固两相流理论,采用计算流体力学的离散相模型对长压短抽式通风掘进巷道中的粉尘运动规律进行了数值模拟,得出长压短抽式通风掘进巷道中粉尘质量浓度的分布规律:工作面附近区域的粉尘质量浓度较高,然后沿程逐渐降低;距离压入式风筒另一侧煤壁越近回风侧空间内的粉尘质量浓度越高。     

基于热害对人影响的高温矿井热环境模糊综合评价

针对高温矿井开采热害,分析了热环境对作业人员的生理、心理及劳动安全性三方面综合影响,以此构建了矿井热环境评价指标的隶属函数,采用层次分析法确定了评价指标的权重,建立了用于高温矿井热环境评价的模糊综合评价模型。通过在唐口煤矿的实际运用,结果表明:高温矿井中,干球温度27.5℃的热环境基本可以保证作业人员的安全。     

综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系的实验研究

为了得到综放工作面雾滴场与其捕获的粉尘场之间的定量关系，根据模拟综放工作面通风风速的封闭式实验箱，设计了由供水系统、供风系统、测粒系统、测压系统、测尘系统、发尘系统等组成的综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系测试实验平台。采用三维激光多普勒粒子动态分析仪对包括直射喷嘴、单式离心喷嘴、混合式离心喷嘴等目前煤矿普遍使用的六大类压力喷嘴进行了尘雾场耦合实验，即在风机开启时，分别测定释放尘源前后的雾滴粒径，利用Matlab数值分析方法，得到了雾滴粒径在\[40,65\]、\[65,100\]、\[100,160\] μm等3个区间内无尘液滴平均粒径与其捕获尘粒平均粒径之间的拟和函数表达式。提出针对呼吸性粉尘的雾滴最佳捕尘粒径应为［15，70］μm，实现了对喷雾降尘理论的改进与完善。     

基于灰色－模糊－改进动量BP算法的矿工安全行为评价方法

根据矿工安全行为自身的复杂性，影响因素的多样性，行为过程的非线性、模糊性、随机性、时变性的特点，从安全生理、安全心理、工程心理、安全管理、生活重大事件、不同文化差异6个方面构建了矿工安全行为心理测量的初试量表。通过相关数学工具确定了与矿工安全行为状况紧密相关的63条测量指标作为评价因素集合，建立了基于灰色-模糊-改进动量BP算法的矿工安全行为状况的综合评价模型。通过实践应用表明，该方法能对矿工安全行为状态进行较为准确的评价，能满足生产现场矿工不安全行为预测的要求。