综采工作面巷道内瓦斯分布规律研究

为了研究综采工作面巷道内瓦斯运移规律,摸清瓦斯流动的状态,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,理论分析得到了工作面风流特性及瓦斯运移规律,数值模拟得到了瓦斯异常释放后工作面瓦斯浓度分布变化情况及工作面正常工作瓦斯浓度分布,然后进行现场试验,试验结果和数值模拟结果相似。研究为工作面瓦斯治理提供了技术支持。     

巷道高浓度瓦斯运移扩散规律的研究

利用FLUENT软件建立了平直巷道物理模型,设立了与突出瓦斯环境相符的边界条件和初始条件,对突出后的高浓度瓦斯在巷道中的运移扩散进行了数值模拟。模拟得到了瓦斯浓度的衰减规律,确定了浓度1%的瓦斯运移扩散时时间与截面位置的对应关系。考虑初始瓦斯浓度及巷道风速对瓦斯运移扩散的影响,建立了初始瓦斯浓度和巷道风速影响下的瓦斯浓度峰值与截面位置关系表达式。     

突出过程中煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究

为了深入探索煤与瓦斯突出过程中煤—瓦斯在巷道内的运移规律,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置,在"H"型巷道布置条件下进行了突出过程煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究,结果表明:在气体压力0.35 MPa时共突出煤粉60.453 kg,煤粉主要堆积于主巷内,且呈梯形分布,联络巷与支巷内几乎没有煤粉堆积;沿巷道同一测点的气体压力在极短时间(t1.5 s)内发生多次波动,主巷道内不同测点气体压力峰值基本沿巷道呈衰减趋势。同时,通过实验验证了突出过程冲击波的存在,主巷内冲击波传播速度为368.1~434.2 m/s。     

煤与瓦斯突出流体多物理参数动态响应试验研究

为进一步认识煤与瓦斯突出后巷道内突出流体的运移传播规律以及突出灾害的防灾减灾机制,以大型物理模拟试验为主,研究了突出流体运动、煤粉堆积、冲击波阵面传播、静压和温度等多物理参数的动态响应特征,建立了突出流体运移模型,并着重分析了突出流体在弧形直角拐弯巷道的运移规律.结果表明:突出煤粉在巷道内堆积呈现出两头多中间少的分布特...     

煤与瓦斯突出对矿井通风系统的影响研究现状及展望

为研究煤与瓦斯突出灾变时期矿井通风系统灾变机理以及瓦斯爆炸二次灾害的防控机制,从冲击波对通风系统的影响、突出瓦斯对通风系统的影响以及突出煤体对通风系统的影响3个方面综述了煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究现状:首先,分析了冲击波破坏通风设备设施的影响因素以及冲击波在巷道中的传播规律;其次,分析了突出瓦斯在巷道中的运移过程及其诱导井下风流灾变规律;最后,分析了突出煤体在巷道堆积的影响因素。结果表明:冲击波的破坏效应与冲击波超压等因素有关,冲击波在巷道中的传播受巷道截面面积等的影响;突出瓦斯在巷道运移过程中产生的瓦斯风压能导致井下风流灾变;突出煤体在巷道的堆积主要与煤层深度和煤与瓦斯突出强度有关。根据煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究现状,结合当前煤与瓦斯突出模拟试验条件,分析了煤与瓦斯突出对通风系统的影响研究成果存在的不足及其原因,并针对当前研究成果存在的不足提出了改进煤与瓦斯突出对通风系统影响规律研究的方向。煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究成果可以应用于煤与瓦斯突出影响范围的快速研判,以提高煤与瓦斯突出灾变时期的辅助应急决策能力。     

突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。     

瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响研究

为研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,自主研制了一套突出煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展了不同瓦斯压力条件下的煤—瓦斯两相流运移规律模拟实验,实现了对突出过程巷道内突出煤—瓦斯两相流运移的可视化监测.实验结果表明:煤与瓦斯突出是一个从突出口开始迅速向煤体内部发展的动力过程,期间瓦斯压力存在多次上下波动;突出过程...     

基于三维数值计算的U形和Y形通风瓦斯运移规律研究

U形通风和Y形通风是目前工作常用的2种通风方式,采用这2种通风方式后,采空区的瓦斯运移规律存在很大差别.由于现场无法直接测定采空区内的瓦斯浓度及其流场分布规律,而理论研究方面的数字模拟计算采用的二维模型忽略了与开采平面垂直方向上的瓦斯浓度分别,论文通过建立三维采空区物理模型,应用fluent软件模拟这两种通风方式采空区瓦斯运移规律,得出通风采场瓦斯运移及浓度分布的三维模拟结果.将Y型通风采场瓦斯运移及浓度分布计算结果与U形通风采场的计算结果进行比较分析,得出:Y形通风能更好地治理上隅角瓦斯.     

基于双巷掘进煤与瓦斯突出运移规律分析

结合某矿2201 W工作面实际工况,建立突出瓦斯运移模型,分析了瓦斯突出浓度与时间的变化关系,获得理想条件下的数值解析式并模拟分析运输平巷和回风平巷的瓦斯突出运移规律,确定运输平巷更易受到煤与瓦斯突出的影响,需加强对运输平巷煤与瓦斯突出的预防。     

风速对突出瓦斯气体逆流运移的影响研究

为研究突出瓦斯气体在巷道中受风速影响的逆流运移过程,确定井下突出瓦斯气体运移数学模型,以贵州某煤矿一段井下贯通巷道为原型,运用Fluent软件建立几何模型,设定相同工况下,模拟不同风速对突出瓦斯气体逆流运移过程的影响,分析不同时间、不同测点下瓦斯浓度峰值的变化情况,并以鸿辉煤矿为例进行现场验证。研究结果表明:发生突出后巷道内存在瓦斯逆流现象;瓦斯气体在巷道内的影响范围均随着传播距离的增大而增大,瓦斯浓度峰值随时间呈幂函数下降;风速越大,瓦斯气体排出巷道越快,瓦斯浓度峰值越小,距突出点越远,瓦斯浓度到达峰值越慢;经现场放炮验证,模拟结果符合实际。     

工作面漏风对采空区瓦斯流动规律影响的数值模拟

为了描述工作面漏风对采空区瓦斯流动规律的影响,建立了采空区瓦斯流动的渗流-扩散模型,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对采空区瓦斯流动规律进行了模拟求解。模拟结果显示,在漏风的影响下,采空区中瓦斯浓度从漏风口处开始降低;随着时间的发展,进风侧的瓦斯逐渐开始向回风侧运移,从进风侧开始逐步形成"扇形"浓度降低区;瓦斯从回风侧流入到回风巷中,使工作面上隅角附近瓦斯浓度异常升高;漏风对采空区瓦斯移动的影响范围有限,靠近回风侧边缘的采空区瓦斯浓度很高为瓦斯浓度富集区。     

管廊燃气爆炸载荷特征及作用效应研究

管廊燃气爆炸效应严重危及城市发展和社会生活稳定,研究燃气爆炸冲击波荷载特征及作用效应对管廊结构优化设计具有重要指导价值。设计开展了城市管廊燃气爆炸相似模型试验研究,分析了不同甲烷浓度情况下燃气爆炸冲击波时程曲线与压力分布特征。理论推导了燃气爆炸荷载作用下结构顶板位移响应峰值计算公式,并结合模型试验结果和数值仿真结果对位移响应理论计算结果进行了验证。结果表明：甲烷浓度为9.5%时,燃气爆炸超压峰值高于10%浓度,在此情况下,超压峰值大小取决于燃气爆炸时的浓度条件;在试验条件下燃气爆炸超压时程曲线升压时长为500～700 ms,超压作用时间约1 500 ms,爆炸超压作用时间与模型大小有直接关系;仓内各测点超压峰值分布均匀,可近似看作时变均布荷载。研究结果反映出,理论推导给出的顶板位移响应计算公式切实有效,可用于计算燃气爆炸荷载作用下的顶板最大位移值。     

基于数值模拟的采空区瓦斯分布规律研究

随着我国煤矿开采深度的延伸,瓦斯问题显得十分严峻,尤其上隅角瓦斯超限现象普遍存在,是影响矿井持续、稳定、安全及高效生产的重要制约因素。为探讨上隅角瓦斯聚积的原因,根据流体力学中的渗流理论,通过建立采空区瓦斯渗流和分布数学模型的数值模拟,对采空区瓦斯流动分布规律进行研究,为分析上隅角瓦斯浓度分布及预测其浓度提供理论依据,对上隅角瓦斯治理具有重要的指导意义。     

趋势面分析在煤矿瓦斯爆炸预警模型中的应用

针对常见的煤矿瓦斯爆炸问题,本文结合趋势面分析法建立瓦斯爆炸预警模型,并通过实际数据验证该模型,得出该模型具有较好的鲁棒特性。通过对瓦斯爆炸综合信息做数据融合,选取瓦斯及氧气浓度作为预警模型的关键性指标,并对有限的离散数据趋势面分析,建立了瓦斯和氧气浓度的趋势面预警模型,得到关键指标的分布特性,实现了对瓦斯潜在危险性的预测和预警。     

基于免疫神经网络模型的瓦斯浓度智能预测

将免疫算法与神经网络理论相结合,提出免疫神经网络预测模型以预测采煤工作面瓦斯浓度,并对如何处理时间序列的数据模式问题进行研究.引入延迟单元,将原始输入样本转换为具有延迟特征的新样本,采用延迟算子的输出样本施加到网络预测模型,可以获得浓度时段变幅的信息,这对于提高网络对瓦斯扩散过程的拟合精度和预测精度十分有效.结合某矿井瓦斯预报实例,经过与现场实测值相比较,最大预测误差为6.86%,最小预测误差为2.36%,平均误差为4.61%,所建模型精度的拟合值与预测值都与实际数据吻合得较好,各测点的误差值均在许可的范围内.结果表明,基于免疫神经网络的瓦斯浓度预测模型,能够较好地识别采煤工作面瓦斯扩散的演进规律,对瓦斯浓度能进行合理预报,且该方法具有预报时间快、节省费用的特点.     

注惰对封闭火区可燃性气体运移规律影响的研究

注惰是矿井火灾救灾措施之一,但在救灾实践中向封闭火区注惰却诱发了爆炸,因此研究注惰对封闭火区可燃气体运移规律的影响十分必要。从理论上分析了封闭火区内发生的化学反应和气体组分,并依据质量守恒定律建立了封闭火区内气体浓度的数学模型和注入惰气后气体浓度变化的数学模型;设计、实施了封闭巷道内充注惰气模拟实验,实验结果证实矿井火灾可产生H2和烷烯烃类化合物等可燃性气体;通过对实验数据中O2、CO注惰前后浓度变化分析得出,充注惰气对封闭火区可燃气体具有改变风流流动状态的"活塞"推动作用;通过对比注惰前后CO理论计算值和实验测试值验证了理论分析和数学模型的可靠性。研究结果对于煤矿火灾救灾过程中防止次生灾害的发生具有重要意义。     

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。     

Gas concentration pre-warning system based on fuzzy structured element

In order to accurately test gas concentration and effectively pre-warning when the gas concentration over-limited on work face, used the high-performance and low prices SCM and the low-cost and high transfer efficiency bluetooth technology to forecast the gas concentration in real time. The data tested by SCM, then got the corresponding mathematical model of the data. Put forward the idea of using fuzzy structured element theory to dynamic forecast the gas concentration, analyzed the features in abnormal-effusing on work face and judge whether there was the possibility of abnormal gas-effusion. Simulation results show that mathematical model of this system about gas concentration is correct. This system changes coal mine monitoring system’s traditional way of after-alarming into early-warning, and thus enhances its feasibility.     

挡板倾斜角度对热高压分离器内颗粒漂移影响的数值模拟

以煤直接液化工艺过程中热高压分离器(简称"热高分")内的颗粒漂移为研究对象,建立带静态分离挡板的热高分物理模型,并采用VOF(Volume of Fluid)模型和DPM(Discrete Phase Model)模型,数值分析静态分离挡板5种倾斜角度下热高分罐内部速度场、不同液位高度颗粒平均浓度及气相出口煤粉漂移率的分布规律。研究结果表明:静态分离挡板的倾斜角度对速度场的影响明显,在挡板附近区域形成小回流涡旋效应,产生对颗粒随气流夹带提升的抑制作用;颗粒平均浓度在气-液交界面区域最高,随着热高分罐内高度的增加而逐渐降低;与其余倾斜角度相比,α=45°时气相出口的颗粒漂移率达到最小,较未设置分离挡板时,颗粒漂移率降低50%以上。研究有望为热高压分离压力容器的设计和运行优化提供参考。