钻孔周围煤体中瓦斯流动模型的理论研究

为了对钻孔周围煤体中瓦斯流动情况进行研究,基于一定的假设建立了毛细管瓦斯流动的简化模型。根据流体力学、渗流力学及高等数学相关知识推导出毛细管瓦斯流动的运动微分方程,计算得出了毛细管的瓦斯流动流量,同时得到了煤层渗透率与毛细管直径之间的定量关系,建立了毛细管瓦斯流动理论与煤层渗透性之间的联系。在此基础上,通过进一步的简化最终得到了任意时刻钻孔瓦斯总流量的理论计算公式。     

巷道围岩应力变化规律及其对封孔质量的影响作用

 摘要：封孔质量与巷道围岩应力变化规律关系密切,对准确测定煤层瓦斯压力具有十分重要的作用。本文应用FLAC软件建立了巷道岩体模型,模拟了巷道周围不同位置点围岩应力的变化特征,提出了封孔最小长度应超过围岩应力变化趋于平衡点位置的观点;分析了围岩应力变化对封孔质量的影响,通过曲线拟合得出了封孔最小长度随围岩应力呈幂函数变化的规律,并与现场封孔的实测数据进行了对比验证。研究结果对现场准确封孔测压具有十分重要的理论指导意义。     

多组分表面活性剂复配对烟煤润湿效果研究

表面活性剂是1种溶于水且能显著降低溶液表面张力的物质,能有效解决煤矿井下采掘工作面粉尘危害问题。为研究多组分表面活性剂复配对烟煤润湿效果的影响,采用淮南潘三煤矿烟煤作为研究对象,以表面张力、沉降时间为考察指标,从8种表面活性剂中优选出阴离子表面活性剂快渗T、两性离子表面活性剂BS-12、非离子表面活性剂APG共3种试剂单体;通过比较表面张力和沉降时间,得出阴离子表面活性剂快渗T效果均为最好;同时采用分子模拟技术考察3种单体试剂的静电势分布,比较得出阴离子型表面活性剂快渗T的效果也是最好;采用正交试验法等比例复配,得到3种试剂单体最佳配方浓度分别为0.20%、0.15%、0.25%;此时表面张力为16.95 mN/m,比快渗T提高了30.59%;沉降时间为20.95 s,比快渗T提高了20.34%。     

爆炸三角形的原理及应用

介绍了浓度三角形图线法的性质及推论,结合各条件下的爆炸浓度极限绘制出爆炸三角形,给出了井下工作地点气体有无爆炸性的判断依据,并就爆炸三角形对火区封闭或启封时、采用氮气防爆所需掺入氮气体积量的计算和对煤矿气体可爆性测定仪的研制等作用进行了论述。     

瓦斯爆炸火焰和冲击波在并联巷网的传播特征

为了研究瓦斯爆炸在并联巷网内的传播特征,利用并联管道系统模拟爆炸在实际巷道内的传播特征.结果表明:爆源点在掘进头时,并联管道两侧的火焰传播速度Sf和爆炸超压值△Pmax接近,火焰和冲击波叠加后,爆炸强度增加,△Pmax从0.38 MPa突跃到0.46 MPa.爆源点在工作面时,爆炸向邻近掘进头传播时测得的火焰速度和爆炸超压缓慢增大,而向较远的封闭端传播时△Pmax的值一直增大,而火焰传播分3个不同的区段;爆炸向邻近工作面传播时,在汇聚点附近测得的爆炸超压(0.44 MPa)明显高于两侧的超压值(0.39和0.38 MPa),但火焰传播速度会降低.煤矿瓦斯爆炸叠加地点附近是爆炸破坏较严重区域,故是设备和人员防护的重点区域.     

受限空间内爆燃波瞬态流速与超压的耦合关系

为了奠定不同强度爆炸波扬尘能力的评估基础,采用数值模拟的方法研究了开口型和闭口型系统内爆炸波前瞬态流速与爆炸超压的定量耦合关系.研究结果表明,煤矿开口型系统的爆炸波和波前流速从波形上分为3个阶段,瞬态流速和爆炸超压的关系可以用两个拟合度非常好的线性函数表达,在初始阶段呈线性反比关系,随着爆炸进一步发展,爆炸超压与流速都呈增大趋势,两者呈线性正比关系.闭口型系统内的爆炸波形呈明显的振荡特征,对于爆燃波,振荡波有两道,即前驱冲击波的振荡和热压缩波的振荡.由于爆炸波的振荡叠加,使其超压和流速较开口型系统内的高.爆炸流速的预测,可以采用首次峰值和超压的关系进行预测.     

基于煤体渗透率各向异性的瓦斯抽采特性研究

为了确定合理的有效抽采区域,首先建立了含瓦斯煤岩体的流-固耦合模型,然后建立几何模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行数值解算,在考虑渗透率各向异性的基础上,研究钻孔周围不同位置的瓦斯压力变化规律。结果表明:考虑渗透率各向异性之后,瓦斯压力等值线图呈现出椭圆形状;渗透率各向异性会影响瓦斯在煤体中的运移,渗透率越低,瓦斯在煤层中运移越慢;达西速度与渗透率成正比,即渗透率增大,达西速度随之增大,渗透率各向异性使钻孔周围达西速度等值线呈椭圆分布,越靠近钻孔中心,达西速度越大,且随着时间的增加,达西速度最大值在减小;当钻孔周围瓦斯压力达到0.74 MPa时,受渗透率各向异性的影响其有效抽采区域呈现左右大、上下小的分布,瓦斯在渗透率小的地方难被抽采。     

双碳目标下废弃矿井绿色低碳多能互补体系建设思考

双碳战略目标下煤炭行业高质量发展迎来新的机遇与挑战,充分释放废弃矿井负碳增能潜力,创新风、光、水、热等新能源开发利用耦合新型物化储能协同发展模式,推进绿色循环低碳能源体系稳定发展。应对清洁能源稳定供给与煤炭工业净零发展挑战,提出废弃矿井绿色低碳多能互补体系,集成全息地质结构重构、多种能源融合、物化联合储能、碳固结利用、多网智慧调控、智能应急救援的产-储-固智慧新型负碳绿色能源供储体系,以地表地下联合空间为载体,多源数据融合数字孪生技术为支撑,风险智能判识预警与灾害应急救援为保障,实现废弃矿区多维度分级分类分区域联动清洁能源生产、储备、供给与碳捕集、封存、利用。凝练了废弃矿井绿色低碳多能互补体系发展面临的数字工程地质、多场时空耦合演化、功能地层空间维稳、风险超前精准预警和智能应急抢修救援等5个关键科学问题,提出了数字孪生工程原态场景、工程扰动多场耦合灾变演化、创新多能互补技术体系、CO₂工程封存与生态碳汇、分布式智能电网建设、数字风险预警系统和应急救援技术装备等7个主要研究方向,将为实现清洁能源稳续供给、碳永久封存、能-碳平衡循环发展,保障国家能源安全与经济社会高质...     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。