煤矿综掘工作面长压短抽除尘性能与尘源移动路径关系

长压短抽通风除尘是净化煤矿综掘工作面掘进区域高质量浓度粉尘的有效方法之一,特别是压抽配合产生的局部流场有利于对呼吸性粉尘的除降,而产尘源位置的动态变化对该方式除尘性能的影响不甚明晰。通过考虑产尘源位置沿横、纵2种方向的运动路径及往复次数,基于长压短抽试验平台设计了4种尘源移动路径,结合对长压短抽通风系统参数的调控,测试分析尘源在不同运动工况下对空间粉尘质量浓度、粉尘粒径质量浓度和粒径分布的影响。结果表明:在相同的通风参数下,横向路径对司机和行人呼吸带位置造成的粉尘质量浓度均低于纵向;而在横向路径中,当压风筒位于靠近抽风筒一侧且压风口位于司机前方约1 m区域时,司机与行人呼吸带位置的PM1、PM2.5和PM10粉尘粒径质量浓度最低,通风除尘效果最好。空间粉尘扩散表现为:粒径小于2.5µm的颗粒极易跟随抽风流场被抽尘口收集净化,而粒径大于10µm的颗粒则会从产尘源和抽尘区域逃逸到司机及其后方区域,并以自然沉降为主。基于前期试验所得最优尘源移动路径与通风参数,在陕北某煤矿2304综掘工作面开展现场试验。结果表明:横向路径下司机位置和行人呼吸带位置的总粉尘质量浓度分别降低至85.6 mg/m^(3)和21.9 mg/m^(3),降尘率最高达到76.9%;呼吸性粉尘质量浓度分别降低至15.3 mg/m^(3)和10.5 mg/m^(3),降尘率最高达到85.2%,除尘性能明显提升。

密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸传播特性

为了探究密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的传播特性,在自主研制的瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸试验系统内,从爆炸压力、火焰以及压力-火焰的耦合关系等方面,研究了不同瓦斯体积分数及煤尘质量浓度下瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力传播特性及火焰传播特性,并利用Fluent数值模拟软件分析了煤尘的卷扬分散特征。结果表明:密闭管道内瓦斯体积分数为10%时的最大爆炸压力整体高于瓦斯体积分数为12%和8%时的最大爆炸压力。当瓦斯体积分数为10%,煤尘质量浓度为250 g/m^(3)时,最大爆炸压力传播规律表现为在瓦斯段先升后降再升,到达煤尘段后持续上升;随着煤尘质量浓度的增加,在瓦斯段则表现为先升后降,在煤尘段依旧持续上升。当瓦斯体积分数为8%和12%时,最大爆炸压力随煤尘质量浓度增加呈上升趋势,而瓦斯体积分数为10%时则呈现下降趋势。密闭管道内火焰锋面到达时间与传播距离呈正相关,瓦斯体积分数为10%时火焰锋面到达各测点的时间短于瓦斯体积分数为12%和8%的传播时间。火焰传播速度随传播距离呈先增大后减小的趋势,当瓦斯体积分数为10%时,火焰传播速度最快。密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力-时间曲线会出现2次峰值。第1次峰值是由瓦斯爆炸的前驱冲击波产生,当火焰传播至煤尘段后,压力同时开始上升,且压力峰值时刻和火焰峰值时刻耦合,达到第2次压力峰值,随着火焰信号的消失,压力逐渐减小直至反应停止。密闭管道内前驱冲击波与反射波使得煤尘卷扬分散,形成“漩涡状”煤尘云,促进煤粉与爆燃波接触。当煤尘质量浓度一定时,体积分数为10%瓦斯的卷扬程度优于体积分数12%和8%瓦斯;当瓦斯体积分数一定时,煤尘卷扬程度随煤尘质量浓度的增加而递减。

基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

不同类型表面活性剂对烟煤润湿性能影响的分子模拟及实验

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类型的表面活性剂为代表,采用分子模拟技术和实验室实验相结合对烟煤的润湿性能进行了研究。一方面,利用分子模拟手段构建了表面活性剂水溶液的界面体系,基于氢键形成数目和径向分布函数理论,对表面活性剂自身的亲水性进行了模拟分析,并开展了4种试剂的表面张力实验,研究发现,快渗T形成氢键的数目最多,为398个,且径向分布函数曲线出现峰值最早在1.99×10^(-10)m处,最易与H_(2)O分子吸附,实验结果也表现为快渗T对水的表面张力削弱最强,即表面张力最小,为24.4 mN/m。另一方面,通过静电势计算,结合构建的表面活性剂/水/烟煤三元吸附体系相互作用能分析,研究了4种表面活性剂对烟煤润湿性影响,并分别开展了烟煤在4种试剂中的沉降实验和接触角实验,结果表明,快渗T与烟煤分子结合后该部位与水分子的电势差最大,为6.8535 eV,其与烟煤间相互作用能也最大,为-2705.12 kJ/mol,实验结果也表现为2种烟煤在快渗T中的沉降时间最小,分别为26.3、10.22 s,接触角最小,分别为25.8°、21.7°,由此表明分子模拟结果均与实验结果一致,均验证得出阴离子型表面活性剂快渗T对烟煤的润湿性能为最好。

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%。

基于热解动力学分析的MPP和MCA粉对聚乙烯粉尘燃爆特性影响研究

聚乙烯粉尘火灾爆炸事故时常发生,为提高企业安全生产,选取三聚氰胺氰尿酸盐(melaminecyanurate,MCA)和三聚氰胺聚磷酸盐(melaminepyrophos-phate,MPP)两种抑爆粉体,使用20L爆炸球实验装置,从爆炸特征参数、热解特性及爆炸产物综合分析了抑爆剂对聚乙烯粉爆炸特性的影响.结果表明:MCA和MPP对聚乙烯粉具有好的抑制效果,且随着抑爆浓度的增加而进一步增强,当MCA和MPP分别添加67.5%(质量分数)和60%(质量分数)时,聚乙烯粉爆炸被完全抑制.通过热解特性分析发现,加入MCA和MPP抑爆剂能减缓聚乙烯粉氧化和热分解,且混合物的活化能均高于单一聚乙烯粉.与此同时,通过ReaxFF-MD模拟分析发现,抑爆剂成功减弱了聚乙烯粉在高温热解时的气相反应.此外,结合爆炸压力、热解特性以及爆炸产物分析了其抑制机理.研究结果对聚乙烯粉爆炸防治具有科学实际指导意义.

不同剪切端面和围压下损伤煤体孔渗特性实验研究

煤体损伤是影响渗透率变化和瓦斯流动的重要因素;采用多剪切端面损伤渗流测试系统和核磁共振仪,分析了不同剪切端面和围压下损伤煤体孔渗特性变化规律。结果表明:损伤煤体内中大孔增多,吸附空间向渗流空间转化,孔隙间连通性变好;50%剪切端面情况下,渗流空间(驰豫时间T_(2)>10 ms)平均面积百分比由9.89%增大为14.94%;剪切应力作用下,煤体轴向变形量不断增大,50%剪切端面比30%剪切端面导致的轴向变形量大,而围压值越大,轴向变形量越小;随着剪切应力的增大,煤体渗透率先降低后缓慢增加,当应力达到煤体强度阈值时,损伤煤体渗透率以指数形式增大,50%剪切端面对应的渗透率值普遍比30%剪切端面的大,前者是后者的7倍左右。

封闭管道内瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸特性实验研究

为了研究不同前段瓦斯体积分数、不同后段瓦斯体积分数和不同二次引爆距离3种因素对瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸产生影响的规律问题。采用自主搭建的瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸实验系统进行实验分析。研究结果表明:当后段瓦斯体积分数固定时,前段瓦斯体积分数接近10%时,二次爆炸压力相较于其他工况最大高出78.90%;当固定前段瓦斯体积分数时,随着后段瓦斯体积分数的增大,二次爆炸压力表现出先增大后减小的趋势。对0,0.1,0.2 m^(3)种二次引爆距离下瓦斯二次爆炸压力分析发现,二次引爆距离在[0,0.2]m内的增大对瓦斯二次爆炸起到促进作用。研究结果为煤矿安全生产过程中研究人员和工程师制定相应的抑爆措施提供参考。

瓦斯爆炸冲击波在并联巷道中传播特性的数值模拟

运用AutoReaGas软件模拟了煤矿井下掘进工作面发生瓦斯爆炸时冲击波向临近采煤工作面的传播规律.研究结果表明:冲击波在巷道中传播时,超压峰值和最高温度不断减小,到回风巷交叉口时,两条相向传播的冲击波产生叠加效应,使超压和温度明显增大;最高温度沿着巷道的变化规律与超压峰值基本相同,两个并联采煤工作面对应测点的超压峰值和最高温度基本相同.在冲击波叠加的分岔口附近是破坏较严重的区域,应采取相应的预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失.

瓦斯爆炸冲击波在采煤工作面巷网中传播特性的数值模拟

为了探索冲击波在首尾相连巷网中的传播特性,运用AutoReaGas软件模拟了瓦斯爆炸冲击波沿着进风巷和回风巷传播的超压和温度的变化规律。研究结果表明:冲击波在采煤工作面首尾相连巷网中传播时,超压峰值和最高温度不断减小;相向传播的两个冲击波发生叠加效应,使超压峰值增大,相向传播的火焰锋面产生抑制作用,使最高温度降低;在联络巷的中点之前,最高温度沿着巷网的变化规律与冲击波超压峰值的变化规律基本一致;进回风巷对应测点的超压峰值和最高温度基本相同,冲击波经过两条巷道的传播特性基本一致。在煤矿井下瓦斯爆炸发生叠加的位置附近是爆炸破坏较严重的区域,应采取相应的预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。

瓦斯爆炸过程中火焰瞬时传播规律研究

在改善后的瓦斯爆炸试验条件下,为了得到任意位置的火焰传播速度,对火焰通过各传感器所处的位置与其对应时间进行统计分析,发现可以用二次抛物线方程来表达火焰传播距离与其对应时间之间的关系,由此推导火焰瞬时传播速度随管道位置变化的关系式,得到管道任意位置及任意时刻的火焰速度计算公式。研究发现:瓦斯爆炸火焰传播运动过程近似于匀加速直线运动过程;当加螺旋环时火焰传播过程接近于匀速直线运动。随着管道长度的不断增大,火焰瞬时速度不断增加,但增加的幅度越来越小,当管道长度达到某值后,火焰速度将趋于某一定值。煤矿井下可根据各点计算得出的火焰速度大小,采用相应的预防措施,减少瓦斯爆炸造成的损失。

开口钢管内甲烷爆炸火焰厚度和压力发展特征

通过搭建长为20m、截面为0.08m×0.08m的非绝热开口钢管,研究了甲烷与空气预混气体发生爆炸后的火焰和压力发展特征。实验结果表明:火焰信号最强的时刻对应于火焰前锋反应区内某时刻,而火焰信号起始上升时刻与火焰前锋预热区起始时刻接近,应选择某点火焰信号起始上升时刻作为该点的火焰到达时间。随着远离点火源距离的增加,火焰厚度呈现先变薄后变厚的变化趋势,最大超压呈现先减小、后增大、再减小的趋势,火焰传播速度则呈先增大后减小的变化过程。非绝热开口钢管的实验条件对爆炸超压和火焰传播速度的影响较大。研究成果可为甲烷爆炸致灾机制及防控的研究提供参考。

不同硬度煤体孔裂隙分布的分形特征研究

为了研究松软煤样孔裂隙分布的分形特征,对硬度为0.16-0.88范围内的6个煤样进行了电镜扫描,并运用计盒维数法得到了煤样孔裂隙结构的分形维数。研究结果表明：松软煤样的孔裂隙结构具有明显的分形特征。建立了松软煤样孔裂隙的分形维数与煤样硬度之间的耦合关系式,发现随着煤样硬度的减小,煤样孔裂隙结构的分形维数不断增加,说明煤样的孔裂隙越发育。研究成果对于瓦斯抽采与灾害防治均有一定指导意义。

湿式除尘器中气水喷雾降尘效果试验研究

为提高煤矿井下湿式除尘器降尘效率,改善作业人员工作环境,提出了在湿式除尘器中安装内混式空气雾化喷嘴的降尘方法。首先,基于激光多普勒喷雾雾化特性测试平台,对比3种空气帽结构空气雾化喷嘴的雾化角和雾滴索特尔平均直径D_([3,2]),优选出了雾化效果最佳的喷嘴。其次,基于湿式除尘器与气水喷雾降尘试验平台,选定喷嘴与风机距离、喷嘴供气压力、喷嘴供水压力和风机供气压力进行单因素试验,得到单一最佳水平。最后,基于正交试验理论,设计4因素3水平正交试验,开展了不同工况下的降尘试验。结果表明:在同一工况下,孔径为2.0 mm的压力扇形喷嘴雾化角最大且雾滴粒径最小,D_([3,2])为33.20~50.51μm,更有利于微细粉尘的捕集与沉降;4因素降尘效率显著性水平排序对于全尘和呼尘均为:喷嘴与风机距离>喷嘴供水压力>风机供气压力>喷嘴供气压力;降尘系统最优参数组合为:喷嘴与风机距离2.25 m、喷嘴供气压力0.4 MPa、喷嘴供水压力0.4 MPa和风机供气压力0.2MPa,全尘与呼尘的降尘效率可分别达到90.06%和75.91%。研究成果可为矿井湿式除尘系统的优化及应用提供理论参考。

聚磷酸铵对聚乙烯粉尘爆炸特性及热解动力学影响研究

为了减小聚乙烯(PE)粉尘爆炸事故所带来的危害,使用20-L爆炸球以及自主搭建的粉尘爆燃火焰传播测试系统进行爆炸抑制实验,从爆炸压力行为和火焰传播行为探究了聚磷酸铵(APP)对PE粉尘的抑制特性。通过同步热分析仪分析了APP对PE粉尘热解特性的影响,采用Coats-Redfern方法计算了PE和APP-PE混合粉尘(I=1.0)在快速热解阶段的反应动力学参数,并结合爆炸产物探究了其抑制机理。结果表明:APP可有效降低PE粉尘的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及火焰传播速度,当抑制比为1.0时,PE粉尘爆炸压力峰消失,标志着在该抑制比下被完全抑制。此外,通过分析热解动力学模型发现PE粉尘在快速热解阶段遵循A3模型,添加APP后遵循R2模型,其平均活化能分别为137.34 kJ/mol和228.52 kJ/mol,活化能的增加,说明APP的加入减缓了PE粉尘的氧化和热分解,表现出显著的抑制效果。研究结果可为防治PE粉尘爆炸提供理论依据和技术支撑。

瓦斯检测传感器概述

阐述了两种国内外井下常用瓦斯检测传感器的工作原理,比较了它们的优缺点,分析了瓦斯检测中遇到的问题,探讨了现有瓦斯传感器存在问题的解决方案并对新式瓦斯检测仪器的发展方向提出了见解。

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。

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。

安全工程专业《环境工程》课程教学改革研究

安全工程专业通过开设《环境工程》课程旨在提高大学生的环境保护意识,提升他们的环境管理水平。由于教学内容抽象繁杂、学时不足、学生基础薄弱等问题的存在,学生理解和掌握的难度大,探讨如何提高该课程的教学效果具有重要意义。从课程教学内容、教学方法、考核方式等方面对《环境工程》课程进行了改革研究。结果表明:教师应科学设计好教学内容,多引用案例进行启发讨论式教学,并采取闭卷笔试、课后作业考核、出勤考核、知识点回顾提问考核、案例分析讨论考核等相结合的多元化考核方式,对提高《环境工程》课程的教学质量有一定借鉴意义。

高校创新创业教育成熟度评价模型构建及实证研究

为了对高校创新创业教育进行科学合理地评价,为其提供持续提高的途径,引入能力成熟度概念,构建了高校创新创业教育成熟度模型,对成熟度进行五个等级的划分与定义,并基于该模型建立了高校创新创业教育成熟度评价指标体系。而后应用层次分析法确定指标权重,应用物元可拓理论建立了评价模型。将该评价模型应用到某高校创新创业教育的评估,所得的评价结果与该高校实际相符,说明了评价模型有效合理。