出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

综放工作面沿空留巷墩柱巷旁支护承载规律及失稳判据

巷旁支护体与顶板接触面岩体的稳定是沿空留巷成功的关键,针对厚煤层综放工作面沿空留巷墩柱式巷旁支护体与巷内顶煤接触面失稳导致“冲顶、倒柱”难题,阐述了基本顶破断运移对下位煤岩顶板施载的几个主要阶段,建立了多跨非连续荷载作用下沿空留巷顶板力学分析模型,推导了墩柱在顶板深度方向引起的附加应力方程,揭示了墩柱巷旁支护体与顶板的应力传递机制,探讨了柱-顶接触面失稳模式,基于莫尔-库仑准则构建柱顶煤岩滑移模型,明确了影响柱-顶接触面顶煤稳定性的主控因素,开展了不同应变率下煤的力学性能指标试验,结果表明：柱顶区域煤体能量集度最高,并沿顶板深度方向逐渐降低;相邻墩柱跨中顶板浅表位置能量集度最低,并沿深度方向逐渐升高;柱-顶接触面边缘位置能量降梯度最大,是导致煤体畸变滑移的重要原因。当顶煤厚度、残余边界距离和施载宽度为定值时,柱-顶接触面临界荷载仅受顶煤体的黏聚力c,内摩擦角φ值影响。试验表明煤的c,φ值与应变率呈正相关,上覆岩层运移过程中动压施载持续时间越短,柱顶煤体表现出的极限承载能力越高。数值计算表明巷道顶板煤体的强化可提高柱-顶接触面煤体极限承载能力,并有助于相邻墩柱和顶板之间形成更稳定的力链骨架,降低墩柱“冲顶、倒柱”风险。结合王庄煤矿91-101风巷实际工程地质条件,提出合理的支护参数和顶煤强化方案,避免了“冲顶、倒柱”发生,将围岩变形量控制在了合理范围。     

低阶煤体瓦斯减阻增渗与强化驱替试验研究

为实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替,基于煤体多孔介质本真属性下瓦斯吸附与驱替机理,首先利用水介质、表面活性剂CTAB、微纳米气泡的共存特性获得了液气耦合介质,以环管流量、旋转黏度表征了液气耦合介质的优化性能与提质增效特征;之后结合渗流瞬时流量、气测渗透率量化了液气耦合介质对低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替效应。结果表明：质量分数0.05%的表面活性剂CTAB可有效降低液相表面张力50.41%,微纳米气泡可平均降低液相表面张力5.50 mN/m;基于表面活性剂CTAB与微纳米气泡的表面活性,液气耦合介质环管流量相对蒸馏水介质、含表面活性剂介质分别增大1.44、1.27倍;转速为100、200、300、600 r/min时,液气耦合介质旋转黏度相对蒸馏水介质分别降低60.00%、71.43%、50.00%、45.45%,相对含表面活性剂介质分别降低42.86%、60.00%、37.50%、25.00%。煤体分别在蒸馏水介质、含表面活性剂水介质、液气耦合介质平衡作用下甲烷渗流驱替时,随着介质环管流量的增大和旋转黏度的降低,瞬时流量与气测渗透率呈现逐渐增大的趋势。基于液气耦合介质良好的减阻性能与流动性能,对长焰煤分别在轴压为3、5 MPa,围压为3、5 MPa瓦斯驱替时,瞬时流量相对蒸馏水介质分别增大1.43、1.67倍,气测渗透率相对蒸馏水介质分别增大1.44、1.68倍,且不同轴压、围压之间的渗流差异明显缩小。液气耦合介质进一步活化了表面性能,在高流量、低黏度作用下实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替,尤其对煤体增渗解吸与抽采达标、高产工作面瓦斯涌出防治具有明确的工程导向。     

高耸桥墩保护性爆破拆除关键技术

为解决高耸钢砼桥墩上部倾斜导致的工程质量不合格问题,采用保护性控制爆破将上部倾斜部分钢砼桥墩予以拆除,同时保留下部未偏斜部分桥墩不受破坏。采用开设组合形状切口,预开定向窗、导向窗;设置组合高差卸荷槽,预伤钢筋弱化抗压抗拉能力为关键措施的控制爆破方案。方案实施取得了十分满意的效果,上部拟拆除部分桥墩顺利倾倒下坠,下部保留部分桥墩完好无损。采用保护性控制爆破技术能高效、安全地解决类似高耸钢砼桥墩(构筑物)部分拆除、部分保留利用的问题,并能取得可观的经济、社会效益。     

不同胶结介质的胶结再生岩体力学特性试验

再生顶板结构控制是回采工作面支护参数和支护方案设计的关键,再生岩体力学特性的确定是支护方案选择与支护参数设计的基础.采用RMT-150试验机开展胶结再生岩体单轴压缩试验,结合SEM电镜扫描系统研究不同胶结介质条件下再生岩体的强度特性及固结机理.研究结果表明：水灰比和胶结介质是影响强度的主要因素,在单轴压缩测试试验结果中,超细水泥试样最高强度为12.5 MPa,普通水泥最高强度为10.2 MPa,石膏最高强度为6.7 MPa;水灰比为5∶10,6∶10,7∶10时,胶结质固结体强度随水灰比的增大而减小,胶结再生岩体强度随水灰比的提高呈现逐渐增大,再逐渐减小的趋势;电镜扫描试验分析胶结介质的胶结特征和岩-浆交界面孔隙形态,从微观角度确定岩-浆界面孔隙特征,胶结特征由包裹式接触到依附式接触是降低强度的主要因素.通过对不同水灰比条件下不同胶结再生岩体强度的影响因素进行分析,为破碎条件下再生顶板支护研究提供参考依据.     

页岩气地层瓦斯隧道全断面注浆封堵范围界定研究

为了解决页岩气地层隧道围岩全断面注浆封堵瓦斯范围的工程难题,以湖南炉慈桑龙高速公路雷家山页岩气地层瓦斯隧道为工程背景,建立了瓦斯隧道围岩力学模型,推导了瓦斯隧道围岩塑性区边界隐形方程,分析了瓦斯隧道围岩塑性区分布形态以及范围特征,探讨了岩体强度与瓦斯压力对隧道围岩塑性区的影响,界定了瓦斯隧道围岩全断面注浆封堵范围理论值。研究结果表明,主应力比值决定隧道围岩塑性区分布形态,主应力比值、围岩体强度与瓦斯压力则共同影响塑性区分布范围;主应力比值为1时,塑性区分布形态为圆形,随着主应力比值逐渐增大,塑性区分布形态由圆形→椭圆形→蝶形发展;当主应力比值较小时,隧道围岩塑性区半径对围岩黏聚力、内摩擦角与瓦斯压力的敏感性较弱,两者之间呈近似线性关系,随着主应力比值逐渐增大,塑性区半径对黏聚力、内摩擦角与瓦斯压力的敏感度逐渐增强,近似线性关系逐渐转变为非线性关系。基于瓦斯隧道围岩塑性区分布形态以及范围,提出了以塑性区最大半径为全断面注浆封堵瓦斯范围理论值。现场工程实践表明,以塑性区界定的雷家山隧道围岩全断面注浆封堵瓦斯范围理论值,有效抑制了瓦斯溢出,洞内瓦斯浓度均控制在安全限值以下,隧道顺利通过了页岩气地层段。     

基于数值仿真的水流量对空气雾化喷嘴雾化性能影响研究

内混式空气雾化喷嘴由于其不易堵塞、耗气率低、耗水量少等优点,已被广泛应用于喷雾降尘领域.为了分析内混式空气雾化喷嘴的雾化特性和降尘效果,应用 Fluent软件,采用 CFD算法模拟了水流量对内混式空气雾化喷嘴水流破裂长度、空气速度和雾滴粒径 3 种雾化参数的影响,研究得出:在供气压力不变的情况下,水流量越大,水流碎裂长度越大,喷嘴出口处气体所占比例越小,喷嘴雾化效果越弱;喷嘴出口处及混合腔内的空气速度随着水流量的增加而不断下降,液体的雾化效果随之降低;雾滴平均粒径和大粒径雾滴占有比例均随着水流量的增大而不断增大;雾滴数量随水流量增大而不断减少.     

在岩石破坏和地震之前与时间有关的扩容

岩石工程的损伤破坏过程和其扩容现象密不可分,扩容是岩石在偏应力超过屈服极限后表现出的体积增大的现象。为了进一步研究深埋泥岩扩容现象,对矿山现场钻取的埋深近1 300 m的岩石试样做了系列试验,包括XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验和不同加载速率下(0.1、0.5、2.0和5.0 kN/s)的单轴压缩变形试验等。结果表明：泥岩成分以长石为主,岩石内部各矿物成分分布不均匀,长石呈条带状分布,其间填充其他矿物,填充物以绿泥石为主。在不同的加载速率下,各试样轴向应力−应变曲线属典型的塑−弹−塑性曲线,有明显的压密过程,加载速率越小,压密过程越明显,即曲线越平缓。进入弹性阶段后,加载速率越大,曲线斜率越大,即平均弹性模量越大。采用单因素方差分析方法对各组数据进行了差异显著性检验,结果显示试验加载速率(V_load)和泥岩岩石单轴抗压强度(σ_c)、平均弹性模量(E)、最大轴向应变(ε_a,max)、最大径向应变(ε_d,max)、扩容起始应力(f^*)、扩容起始应力与单轴抗压强度比值(f^*/σ_c)有关联关系,和试样最大体积应变(ε_V,max)、扩容起始体积应变与最大体积应变比值(ε_V,d/ε_V,max)无关联关系。加载速率越大,测试得到的泥岩岩石单轴抗压强度、平均弹性模量越大,加载速率由0.1 kN/s增大50倍至5.0 kN/s时,测得单轴抗压强度均值由26.8 MPa增大至36.5 MPa,平均弹性模量均值由3.5 GPa增大至5.9 GPa。加载速率越大,最大轴向应变和最大径向应变均越小,轴向和径向应变率均越大,即加载速率越大,泥岩岩石在未充分变形的情况下发生破坏的可能性越大。加载速率越大,试样扩容起始应力、试样扩容起始应力与单轴抗压强度比值越小,即试样加载荷载速率越大,越容易进入体积扩容阶段。认为泥岩强度参数、变形与扩容参数有显著的应力加载速率依赖性。

     

基于正交试验的内混式空气雾化喷嘴结构参数优化

为掌握结构参数对内混式空气雾化喷嘴雾化特性和降尘效率的影响规律,从而获得经济合理的喷嘴结构参数,采用自行设计开发的喷雾降尘试验平台,应用正交设计方法,开展了不同结构参数组合下的喷嘴雾化特性及降尘效率试验。试验结果表明：随着液体帽注水孔直径的增大,喷嘴水流量不断增加,而气流量不断减小;喷嘴气流量随液体帽注气孔数量增加而增大,喷嘴水流量受液体帽注气孔数量的影响较小。当逐渐增大注水孔直径时,索太尔平均粒径（Dsm）不断增大;Dsm随着注气孔数量的增加呈现出先减小后增大的变化规律,当注气孔数为4时达到最小值,雾化效果最好;空气帽出口直径为2.0 mm和2.5 mm时,喷嘴雾滴粒径较小。全尘和呼吸性粉尘降尘效率均随着液体帽注水孔直径和注气孔数量的增加呈现先增大后减小的变化规律,并分别在注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4时获得最佳的降尘效果;随着空气帽出口直径的增大,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均有所提高,但空气帽出口直径大于2.0 mm后,降尘效率增幅较小。综合考虑喷嘴雾化特性参数和降尘效率,对于喷嘴空气帽,其出口直径应选择2.0 mm;对于喷嘴液体帽,注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4...     

煤自燃环境磷氮系抑爆剂抑制多元可燃气体爆炸机制研究

利用CHEMKIN软件,建立了磷氮系抑爆剂磷酸二氢铵(ABC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)抑制甲烷/乙烯/氢气多元可燃气体爆炸化学反应动力学模型,并进行数值模拟计算。模型包含多元可燃气体燃烧的化学反应动力学模型和磷氮系抑爆剂热分解的化学反应动力学模型,共61种组分和259步基元反应。根据模拟计算得到多元可燃气体各关键组分摩尔分数变化、反应平衡时温度变化、氢自由基和羟基自由基摩尔分数变化、温度敏感性系数变化等数据,探究关键抑爆组分并对其反应路径进行分析,揭示抑爆剂的抑爆机制。结果表明,ABC和MCA均对多元可燃气体有较好的抑爆效果,且抑爆效果随ABC和MCA比例的增加而增强,ABC抑爆效果优于MCA。两种抑爆剂皆可通过促进H基和OH基结合,生成更加稳定的H2O从而达到抑爆效果,其中ABC的主要抑爆机制为HOPO和PO2形成2HOPO?PO2抑制循环,消耗大量H基与OH基生成更稳定的H2O,切断链式反应从而抑爆;MCA的主要抑爆机制为HNCO消耗H基和OH基生成H2O,切断链式反应从而抑爆。