动水流速对浆液留核稳定性的影响研究

文章通过有限元数值模拟和室内动水注浆试验,分析了水流速度对单裂隙注浆留核稳定性的影响。研究结果表明:动水绕流后会产生典型的尾迹流现象,初始流速越大产生的尾迹流越混乱,对留核产生的扰动越大;当初始流速大于等于0. 1m/s时,尾迹流呈紊流流态,对留核稳定性影响较大,当初始流速小于0. 1m/s时,尾迹流呈层流流态,对留核稳定性影响较小。     

煤系硫铁矿安全规程的研究

李家峡水电站是黄河进一步充上龙羊峡至青铜峡河段规划开发的第三个梯级电站，其泄水底孔由有压段、明槽段和窄缝式挑流鼻坎组成。经试验分析表明：（１）底孔可采用较大的压缩比，即Ｎ采用０．７３值或更大一些时不会产生空穴水流，且可提高底孔的泄流能力；（２）有压段与明槽段以平顺衔接为佳，以便减对明槽水流的扰动，保证明槽水流平衡；（３）弯道与明槽相接采取反向压力双弯道衔接型式，可以使压力弯道内的流速颁均匀，从根本     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

小龙潭南洞沟跌水消能池水力计算

在山区露天矿地面防排水工程设计中,消能设施选择恰当与否,对整项工程的安全起着至关重要的作用。以小龙潭南洞沟为例,着重介绍了跌水消能池池深及池长的计算过程。其中,水舌跌落距离 L1一般用经验公式计算,但在此工程中其结果偏大,故文中根据坎顶流速 V上 直接运用物理学公式进行计算。     

采空区顶板冒落形成冲击气浪的研究

因采空区顶板冒落产生冲击气浪,以某矿为例,研究顶板冒落的两种方式,即“打气筒”型和“绕流”模型。通过对空区顶板冒落方式的分析,顶板冒顶方式为“绕流”模型,以理论计算方式,算出顶板块体冒落和整体冒落产生的最大气流速度分别为0.47 m/s、37.77 m/s。采场零星冒落条件下距离块石边缘处4 m,气流不会对人体产生危害。以此分析,可以对空区顶板冒落问题进行指导。     

综掘巷道抽出式通风粉尘运移规律仿真模拟研究

巷道掘进过程会产生大量粉尘,为了防止粉尘扩散污染巷道,采取计算机数值模拟方法,运用欧拉-拉格朗日法下的DPM模型对抽出式通风除尘进行仿真研究,分别对抽出式通风方式下的风筒抽风口距掘进面距离以及抽风筒风速进行仿真模拟。结果表明：在综合考虑的情况下,当风筒口距离掘进面5 m,抽风筒风速为8 m/s时,粉尘整体浓度和扩散范围都相对较低,除尘效果较为理想。     

煤泥在倾斜板窄通道中的分选研究和实践

针对回坡底煤矿倾斜板窄通道煤泥分选效果差的现象,对倾斜通道中颗粒的运动机理进行了研究,并用根据此理论对煤泥在倾斜板窄通道内进行分选,通过观察不同水流速度下分选效果的差异,发现随着水流的增大,粒径较大的煤泥随水分配的概率增大,在相对较低的水流速度下,得到的灰分较高、粒径较小的煤泥含量较大,最终确定了水的流速为0.048 m/s下脱泥效果最佳,经济效益显著。     

新型射流气泡发生器的设计与数值模拟

为了提高微细粒矿物的矿化效果，设计了一种含有振荡腔的新型气泡发生器，并将引入气液两相流可以在较低音速下流速实现超音速流动的理念。通过理论计算得出：在工作压强为0.1 MPa,气液体积比为1∶1的条件下，气液两相流混合体达到超音速流动的临界流速为20 m/s。运用Fluent软件对新型气泡发生器进行气液两相流数值模拟，得到了其内部流体的速度和体积分布规律。模拟结果显示，液相最高速度为20.7 m/s,气相最高速度为24.2 m/s,但是只有在气含率达到50%左右时，才能在扩散管末端产生激波振荡现象。这说明气液两相流超音速流动不仅和速度有关，也和两者之间的比例有关。超音速流动的过程中会伴有激波的产生，可以形成能量较高的湍流，使气相和液相充分混合，提高矿化效果。     

双竖直井开采美国沙漠峰深层地热数值模拟

建立了沙漠峰双井式增强型热储的概念模型, 并利用TOUGH2求解了模型。结果表明, 利用双井系统开采沙漠峰热储是可行的, 系统的流体循环量为30 kg/s, 30年内的产热功率和产电功率分别为18.90 MW和3.42 MW左右, 储层水流阻抗最大为0.095 MPa/(kg/s); 在0.7~17.30年间储层温度和压强逐渐降低, 水流阻抗逐渐增大, 系统只产出液态水, 而17.30~30年间储层温度、压强、水流阻抗基本保持不变, 生产井井口附近液态水不断汽化, 系统产出液态水和蒸汽的混合物, 且气体产量逐渐增大。     

尾矿浆体高海拔U型管道输送工程应用实践

通过对钨尾矿性质、浆体颗粒悬浮机理、非均质悬液淤积流速、磨阻损失、磨损机理研究分析,设定该钨矿尾矿浆体以紊流流态输送,速度区间为2~2.5 m/s,最大输送压力为40 kg/cm²。在管道磨蚀控制、输送泵配置、检测仪器配置等方面,工程设计中注入了诸多相应技术措施。实际运转证明,输送系统运行安全、稳定,达到了设计预期目标。     

基于FLUENT多功能水泵联动阀流场的分析方法

应用三维软件Pro/Engineer建立多功能水泵联动阀的简化模型,应用流体动力学软件FLUENT分析多功能水泵联动阀在最大开度,水流速为3.0 m/s的作用下,阀体管路内部流场的变化,对流场内压力、速度、压力系数、湍动能、流线等参数进行了可视化分析,得出了结论,为在实验室设计出性能更佳的多功能水泵联动阀提供了参考方法和依据,这对于研究工矿企业排水设备具有重要的指导意义。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

巷道竖直方向瓦斯传感器部署

针对煤矿井下瓦斯传感器的安放位置参数缺乏提供理论依据,首先建立了巷道几何模型,根据湍流状态下的守恒方程以及湍流动能方程和湍流耗散率方程以及标准k-ε模型,仿真了井下巷道数值方向上瓦斯的分布情况.通过比较巷道纵断面瓦斯的分布情况,得出：瓦斯传感器应放置在距顶板小于等于0.3 m的位置.该结论与煤矿安全标准中的规定吻合.     

水力压裂增透范围及其在瓦斯抽采中的应用

为了提高瓦斯抽采率及增加煤层透气性,研究了水力压裂增透范围以及其在瓦斯抽采中的应用,分析了瓦斯渗透率与含水率关系、煤层应力—渗流规律,采用数值模拟软件,研究了孔隙水压力分布、孔隙最大主应力、不同测压系数下最大主应力变化、宏观裂隙长度变化规律以及渗流量、空隙水压、最大主应力的变化曲线。应用实践表明:当采用水力压裂技术时,抽采效果提高了3~5倍。研究可为类似工程条件的瓦斯抽采提供了借鉴。     

采场覆岩两带与采空区自燃三带相关关系研究

为研究采煤工作面覆岩两带（冒落带、裂隙带）与自燃三带（散热带、窒息带、氧化带）的关系,通过建立覆岩运移模型,应用CDEM软件模拟分析了试验工作面采动空间上覆岩层两带的扩展过程,分析垂向方向覆岩两带分布对水平方向上垮落煤岩堆积状态的影响情况。通过现场埋管实测的手段以及氧体积分数法进行了采空区煤自燃三带的划分。研究表明,冒落带高度稳定情况下,采煤推进距离（48 m）与采空区散热带和氧化带的分界线（进风侧采空区以里50 m左右,回风侧采空区以里40 m左右）有较好的吻合关系。裂隙带高度稳定情况（顶板150 m处的岩层最大下沉值趋于基本稳定）下,采煤推进距离（126 m）与采空区氧化带和窒息带的分界线有较好的对应关系。     

尾巷改变采空区瓦斯流场的数值模拟研究

为了研究尾巷配置对采空区瓦斯流场的影响,根据N1-2工作面的巷道布置情况,建立了配置尾巷的工作面与采空区数学物理模型.结合周期来压对采空区冒落物孔隙率的影响,按周期来压步距分析了孔隙率阶跃变化,合理计算了分段渗透率大小.根据气体在多孔介质中的渗流理论,将FLUENT中3种湍流模型的模拟结果与实测结果对比,选择Realizablek-ε模型对不同条件下的采空区漏风场和瓦斯体积分数场进行模拟,模拟结果与现场效果表明:均匀渗透率和分段渗透率条件下的瓦斯场分布模拟结果与实测瓦斯体积分数对比,分段渗透率的模拟结果更接近实测值;受采空区瓦斯体积分数梯度与渗透率变化的影响,尾巷配风量越大上隅角漏风量越小,尾巷步距越小临近工作面区域的瓦斯体积分数越低,综合尾巷联络巷的施工量与回风顺槽配风量,尾巷步距为50 rn,配风量为总进风的2/3时效果最佳;现场结合尾巷步距、风量分配与调节、周期来压等因素制定了综合措施,提高了尾巷利用率,有效解决了配置尾巷的综放工作面上隅角及尾巷口瓦斯波动超限问题.     

高硫高砷金精矿三相流化床流动特征模拟

常温常压条件下基于欧拉模型, 利用Fluent软件对高1.6 m、内径0.09 m的高硫高砷金精矿三相流化床流动特征进行了数值模拟。模拟过程以空气为气相且为连续相, 液态水为液相, 密度为3.2 g/cm3、粒径为0.5 mm的高硫高砷金精颗粒为固相。模拟结果显示, 流场的压力从计算域的入口到出口逐渐降低,速度场的变化对气液固局部相含率的分布影响显著; 在径向上, 气含率(ε_g)从计算域中心往边壁降低, 在轴向上也逐渐降低; 固含率(ε_s)从计算域的入口到出口逐渐减小, 从计算域中心向边壁ε_s增加。模拟结果与实验结果一致, 可为合理设置气流速度以及金矿投放量提供依据。     

输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场研究

为了确保输电线路的安全稳定运行,带电作业已经成为较为广泛的作业方法。带电作业虽然保证了电网的不间断运行,但也增加了作业人员的危险性,展开了带电线路中带电作业人体安全距离作业下的临界电场研究。建立35、110、220 kV等级输电线路带电作业的有限元模型,通过计算研究了临界安全距离下的临界电场。根据计算结果,得到了人体表面在临界安全距离下的电场值随电压等级变化的趋势。分析了人体不同位置的电场差异性,以220 kV电压等级下的电场计算结果为例,其最小值位于左肩部,仅为1.07 kV/m,最大值位于左脚腕处,可达14.71 kV/m,二者相差13.71倍。研究结果表明,在进行带电作业人体电场监测与报警设备研制时,需要考虑报警器穿戴位置进行报警阈值的设定。基于穿戴式近电感知装置结合仿真数据进行了试验验证,验证发现,报警距离误差最大值仅为8.26%,由于偏差的存在,在实际应用中对报警阈值设置10%的裕度较为合理。     

九层框架结构拆除爆破切口方式数值模拟对比分析

针对武汉市中自小区楼房爆破中的一栋九层框架结构进行爆破拆除数值模拟分析,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行建模,运用整体式建模对九层框架小高宽比结构采用三角形切口和梯形切口2种切口模式进行对比,3个爆区通过瞬间删除单元模拟爆破拆除柱子,得到框架拆除爆破的爆堆高度、前冲距离、后坐距离。对比分析2种切口形式爆破,小高宽比结构使用梯形切口能够得到更好的模拟结果。数值模拟分析结果与实际工程相吻合,可为类似拆除爆破提供数值模拟参考。