煤与瓦斯突出后对防突风门破坏的数值模拟

采用数值模拟的方法对煤与瓦斯突出后对防突风门的破坏特性进行研究,阐明突出时作用在门上的反射超压,给出其计算式;并以相似模拟实验所获得的风门压力数据为基础,运用ANSYS软件对防突风门的破坏特性进行了模拟,模拟结果表明:门垛最薄弱的地方就是风筒所在位置;同时表明,最先到达防突风门的冲击波压力并不呈现最大值,由于反射超压作用的,几百毫秒后防突风门所受压力会突然上升达到最大值,这与实验结果相近。

新型防突风门的研制和应用

在对防突风门技术现状进行分析的基础上,结合平煤六矿突出掘进工作面运输系统的工作情况,对带式输送机直接穿越防突风门自动控风、防逆流装置替代40T型刮板输送机技术进行研究,详细介绍了整个保护系统的设计原理。该新型防突风门的应用解决了施工过程中40T型刮板输送机带来的安全隐患以及故障率高、投入费用大、制约生产进度、运输劳动强度大等技术难题,不仅保证了安全生产,而且降低了掘进成本。

钢构防突风门结构安全性的静动力学分析

为分析钢构防突风门安全性,基于现场实测数据和理论公式推导出瓦斯突出的载荷峰值计算公式,再依据防突风门工业试验数据,拟合瓦斯突出作用下冲击载荷的曲线方程,通过数值模拟方法研究钢构风门结构在瓦斯突出作用下的静动力学特征,并与目前广泛应用的砖砌结构进行比对。研究表明:当突出点距地表垂深为1 100 m时,钢构结构钢板厚度为3 mm安全性达标;钢构结构的稳定性虽不如砖砌结构,但在瞬态时程分析中,钢构结构与砖砌结构应力变化趋势基本保持一致;钢构防突风门结构安全性能够满足砖砌防突风门结构安全标准。

突出冲击波对防突风门的破坏失效研究

为了分析煤与瓦斯突出事故中防突风门的安全性,同时降低成本寻求对现有防突风门材料和结构的替代方案,研究不同厚度的Q460钢制防突风门在突出冲击波载荷下的破坏情况。基于能量法得到不同厚度的风门最大挠度数学模型,再根据煤炭行业规定中的对应数据和安全要求,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行数值模拟,得到Q460钢制防突风门的静力学特征并与能量法结果进行比对。结果表明:长宽分别为1.75 m和1.8 m,厚度为25 mm和30 mm的风门在0.6 MPa的冲击波超压作用下能满足安全要求,能量法计算结果与数值模拟误差在9%以内,基于安全设计余量可以接受;提出挠厚比概念,当挠厚比小于0.84时,风门不会被破坏,在使用Q460钢设计防突风门时,应尽量确保该值小于0.84。

钢管混凝土结构永久防突风门的研究与应用

为了提高永久防突风门的强度和使用年限,降低风门的翻修率,避免因防突风门破坏而造成煤与瓦斯突出事故灾害破坏范围的扩大,对矿井传统防突风门的使用情况进行分析,找出存在的问题。根据钢管混凝土结构原理及不同材质结构件的抗压能力实验对比结果,得出采用钢管混凝土结构永久防突风门构筑技术的优点,提出了采用锚喷技术形成"承压环"、安设钢管混凝土结构件骨架、利用"顶升灌注法"对构筑件进行预注浆,最后制作模板浇灌混凝土的技术要点。现场应用结果表明:采用钢管混凝土结构构筑的风门控制围岩变形量,提高风门墙体的强度,降低了构筑成本,延长了使用寿命。

FM反向防突风门的试验研究

根据国内外煤与瓦斯突出的特点，结合我国普通反向防突风门的破坏情况，研制出的ＦＭ反向防突风门能有效地阻挡突出冲击波的破坏，防止瓦斯逆流，现已成功地抵挡住２１００ｔ特大型煤与瓦斯突出，避免了重大事故的发生。

FM反向防突风门在古宋煤矿的应用

以实例介绍了ＦＭ反向防突风门在井下煤与瓦斯突出时阻挡突出冲击波和高浓度瓦斯逆流所发挥的重要作用。

防突风门胶带过风门装置设计与应用

为了降低煤与瓦斯突出矿井在发生灾害时的危害程度,防止突出事故范围扩大,对义安煤矿的胶带过风门装置进行了研究。将胶带过风门装置控制开关和胶带电机开关联锁,由于瓦斯电闭锁的自动断电功能,当发生瓦斯超限事故时,胶带电机断电,胶带过风门装置控制开关随之断电,胶带过风门装置反向防突挡板关闭,从而达到防突的目的。

防突风门的防逆风装置设计

为了提高防突风门的质量、有效防止突出事故范围扩大,基于防突风门的特殊功能,分析了防逆风装置的安全性能要求,结合井下现场实际情况,分别设计水沟、风筒、刮板输送机运煤通道的防逆风装置,并介绍了加工、使用过程中的技术要点。

防逆流防突风门在突出矿井的应用

针对煤与瓦斯突出矿井,除采取必要的防突措施外,还需增加一定的防突设施。防突风门在普通风门的基础上增加了调节风窗、风筒及输送机防逆流装置,实现了风量调节及防止煤与瓦斯逆流的功能,该新型防突风门结构简单,安装方便,制作成本低,在煤与瓦斯突出矿井有很好的适应性,对矿井安全生产具有重要的工程实践意义。

浅析井下防突风门失效的影响因素分析

防突风门是突出矿井的基本安全设施之一,是矿井安全生产的重要保障。本文通过实验模拟,得到了煤与瓦斯突出过程中防突中风门承受压力的变化特征,分析了防突风门破坏变形的内在和外在因素。指出了防突风门抗灾能力设计须解决的技术问题。进行防突风门优化设计,对提高防突风门的防护能力具有重要的意义。

坪上煤业Ⅲ23073巷砌筑防突风门设计研究

改善通风设施是完善矿井通风系统的主要措施之一,本文以坪上煤业Ⅲ23073巷为防止煤与瓦斯突出问题,将要施工防突风门为研究背景,对23073巷砌筑防突风门进行设计研究,确定了主意的防突风门参数,并针对防突风门过调节风窗、水沟和刮板输送机时,设计与之相匹配的防逆风装置。该矿按照本次设计要求进行防突风门的施工,现已投入使用,使用效果良好,且已向集团公司下属煤矿进行推广,使用效果获得一致好评。

煤与瓦斯突出冲击波对防突风门破坏的研究

为分析煤与瓦斯突出发生后防突风门的安全性,结合流体动力学研究突出冲击波对典型风门的破坏机制。基于理论推导,得到了煤与瓦斯突出条件下的冲击波传播模型,同时结合行业标准给出作用在风门上的反射超压。以防突风门工业试验数据和相关冲击载荷施加方程为基础,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行模拟。研究表明:风门的应力随时间变化的趋势与载荷施加具有一致相关性,中心位置和靠近风筒位置是风门结构的薄弱处,峰值应力最高达到204.6 MPa,超过了Q195钢的屈服极限195MPa,需要加固。

云盖山煤矿防突风门防逆风装置

利用杠杆原理,自主研发水沟防逆风装置、刮板输送机道防逆风装置、防逆风窗装置等新型防逆风装置;介绍了防突风门防逆风装置的结构和工作原理。当发生煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸时,设计的防逆风装置在冲击波的作用下,自动挡严通风通道,阻挡有害气体蔓延至风门另一侧,阻止风向逆流发生,有效控制受灾面积,保障矿井安全生产。

矿井皮带架防突装置的设计及应用

本文主要介绍煤与瓦斯突出矿井中,掘进工作面进风巷两道防突风门原煤的运输,通过现场了解自行设计了一套装置,安装于皮带输送机上替代刮板输送机转载。符合掘进工作面进风巷的防治煤与瓦斯突出规定,现场使用效果明显,减少原煤的抛洒,减轻工人劳动强度,降低了设备成本,提高了生产效率。

煤与瓦斯突出形成冲击波的灾变损害

煤与瓦斯突出后,瓦斯浓度的变化非常快,无法监测到完整的瓦斯浓度变化数据。本文通过实例分析,采用幂函数可以较准确地表示突出后随时间变化的瓦斯浓度曲线,确定了粉煤-瓦斯混合物运动和空气压缩波形成冲击波传播的时间和路程的关系;依据煤与瓦斯的突出强度,对突出过程中瓦斯所做的膨胀功进行分析,确定了煤与瓦斯突出产生的冲击波波阵面的速度;根据波阵面的速度,以及与入射压的关系,最终确定了作用在风门的等效载荷是由反射超压决定的。结合试验确定了反射超压的近似载荷曲线模型。

煤与瓦斯突出冲击波穿越门墙孔洞能量耗散规律及安全尺寸

为揭示煤与瓦斯突出冲击波穿越防突风门孔洞时的能量耗散规律,以通车防突风门底坎为研究对象,基于不同突出压力、防突风门底坎尺寸条件下的煤与瓦斯突出物理试验和数值模拟结果,分析了突出冲击波在巷道中及穿越防突风门底坎时的传播规律,并根据突出冲击波超压与巷道通风阻力的关系,以及冲击波超压对人体的伤害准则,确定防突风门底坎安全尺寸。结果表明:(1)通过巷道交叉口的冲击波主要在直巷道中传播;冲击波传播速度、超压与突出压力成正相关关系。(2)导致距防突风门前较近位置处冲击波超压增大的主要原因是入射冲击波与撞击防突风门后的反射冲击波叠加作用;叠加后的冲击波超压、反射冲击波超压随防突风门底坎尺寸减小而增大。(3)防突风门底坎尺寸越小,冲击波受防突风门底坎阻滞作用越强,入射冲击波越难以绕过防突风门底坎继续向前传播。(4)分支巷道与防突风门较近时,应在分支巷道安装相应的防逆流装置。(5)防突风门底坎尺寸为15 mm以下时,穿越2道防突风门底坎后的冲击波不会造成瓦斯逆流,且穿越2道风门底坎后的冲击波超压不会对人体产生伤害,因此,矿井防突风门底坎的安全尺寸设定为15 mm以下较为合理。(6)理论分析、物理试验和数值模拟所得结果基本一致,说明分析结果是可靠的。

气控风门自动闭锁装置设计与实践应用研究

针对千井煤业井下防突风门采用人工使用杠杆进行开启的方式,实际应用中存在开启难度大、风门损坏严重、伤人事故频发等问题,设计了一种新型气控风门自动闭锁装置,在8501工作面防突风门进行安装并投入应用。实践结果表明,该装置可有效实现防突风门开启/关闭动作自动化,保障了煤矿通风系统稳定性和可靠性。

突出冲击波对风门和风筒防逆流装置的破坏研究

为了防止煤与瓦斯突出后发生瓦斯逆流,结合流体动力学研究突出冲击波对防突风门和风筒防逆流装置的破坏失效机制。基于理论推导,得到了煤与瓦斯突出条件下的冲击波传播模型,给出作用在风门和风筒防逆流装置处的反射超压。利用突出能量传播模拟系统,模拟井下发生突出事故后冲击波在巷道中的传播,并将试验结果与理论计算和数值模拟结果进行对比。在此基础上利用Fluent对4种不同突出条件下冲击波在巷道内的传播进行模拟研究,并且将风门和风筒防逆流装置处的超压随时间变化数据输入LS-DYNA进行数值模拟。研究结果表明:实际的冲击波衰减比数值模拟和理论计算更加快,试验和模拟误差不大且总的变化规律是一致的,利用数值模拟手段研究冲击波传播规律是可行的;风筒防逆流装置处的冲击波超压峰值大于风门位置的超压峰值,且冲击波超压在第1个波峰出现后震荡下降;由于风筒中反射出的冲击波叠加,风门位置的超压峰值是在第2个波峰出现,突出压力和突出孔径越大,相应的冲击波超压峰值就越大。研究成果对防突风门和防逆流装置设计具有指导意义。