基于粗糙度的煤体表面接触角数值模拟研究

煤尘是煤矿的七大灾害之一,它不仅影响作业人员的身心健康,还能致使发生煤尘爆炸。煤的润湿效果对除尘有很大的影响,已有研究表明煤的润湿效果与煤的润湿性、表面粗糙度和表面活性剂等有关。为了有效地解决井下煤尘问题,选取了亲水性的哈密褐煤、疏水性的安阳焦煤和弱亲水性的赵固二矿无烟煤作为研究对象,使用光学接触角形貌联用仪测量3种煤样的均方粗糙度,测定3种煤样的本征接触角,利用COMSOL数值软件构建二维物理模型,设置模拟条件,调整模拟参数,分析对比试验值和模拟值,验证COMSOL数值模拟的可行性,研究了煤体表面粗糙度对煤体表面接触角的影响。结果表明:数值模拟的液滴铺展过程、液滴铺展速度及液滴铺展形态和试验情况类似,但模拟接触角值比试验接触角值大;随着煤体表面粗糙度的增加,褐煤接触角从60.7°降低到50.9°,变化范围在10°左右,焦煤接触角从96.5°增加到112.7°,变化范围在16°左右,无烟煤接触角从89.7°降低到78.3°,变化范围在11°左右;同种表面活性剂对3种煤样接触角的模拟值和试验值具有相同的变化趋势,但模拟值比试验值大。采用数值模拟的方法,研究煤体表面粗糙度对煤体表面接触角的影响具有一定的可行性。煤体表面受粗糙度影响的润湿情况符合Wenzel模型。表面活性剂的存在不改变3种煤样的接触角随表面粗糙度变化的规律。

巷道围岩调热圈分布特性研究:以羊场湾煤矿为例

为了研究矿井巷道围岩温度场的分布情况,首先在羊场湾煤矿13采区回风下山937高程附近,利用深孔测温技术测定围岩温度,同时测定具有代表性的岩石热物性参数;然后利用COMSOL软件建立数值模型,模拟巷道围岩的温度场;最后通过改变通风时间和风流特性,分析其对该巷道调热圈温度场的影响。结果表明:通过深孔测温可知该巷道原始岩温为28.3℃,调热圈半径为32 m;通过数值模拟可知:其调热圈半径为30.9 m,与实测结果误差为3.4%。随着巷道通风时间的延长,围岩的扰动范围不断增加,围岩温度不断降低,且温度降低速率逐渐变缓;随着风流温度的降低,围岩温度也逐渐下降,且越靠近巷壁的围岩受风流温度的影响越明显;随着风流速度的增大,围岩温度会逐渐下降,当风速大于4 m/s时,围岩温度趋于稳定。

煤体表面粗糙度对接触角和表面能的影响研究

为有效治理矿尘,改善作业环境,保障作业安全,以煤体表面粗糙度为研究对象,选取哈密褐煤、老公营子褐煤、安阳焦煤和赵固二矿无烟煤,采用非接触方式测量煤体被不同目砂纸打磨后的表面粗糙度,采用座滴法测量煤体表面被去离子水和丙三醇润湿后不同粗糙度的接触角,选用OWRK法计算煤体不同表面粗糙度的表面能,研究煤体表面粗糙度对接触角和表面能的影响。结果表明:随着煤体表面粗糙度逐渐增加,哈密褐煤、老公营子褐煤和赵固二矿无烟煤接触角逐渐减小,煤体表面能逐渐增大,而安阳焦煤接触角逐渐增大,表面能逐渐减小;褐煤呈亲水性,焦煤呈疏水性,无烟煤呈弱亲水性;煤样的变质程度既影响接触角的变化趋势和变化范围,又影响表面能性质;4种煤样的表面能和润湿性随表面粗糙度变化趋势相同,可以从表面能角度分析表面粗糙度影响煤体润湿的结果和规律;表面能与接触角负相关,随着表面能增加,4种煤样的接触角均减小。

羊场湾煤矿巷道围岩冷却圈测定及分布规律研究

利用深孔、浅孔测温技术对羊场湾煤矿13采区的岩温进行测定,确定了13采区回风下山937 m高程巷道和13采区辅运下山430 m高程巷道的冷却圈范围,并利用COMSOL软件分析其围岩温度分布状况,根据测温结果验证了地面钻孔测温数据的可靠性;结合地面钻孔测温数据和深孔、浅孔测温结果,明确了地温梯度及热害区域,为后序的热害治理提供了依据。

热害矿井巷道围岩冷水截流降温技术

为了缓解矿井热害问题,提出了向巷道围岩中置入冷水管,通过冷水管截流高温的方法来降低围岩温度。根据相似性原理搭建了高温围岩冷水截流降温实验系统,改变冷水流速、通入时长和围岩温度等进行实验;结合COMSOL模拟分析了冷水管不同管径、不同间距布局对巷道围岩冷水截流降温效果的影响。结果表明:其他条件不变时,围岩降温幅度随着冷水流速,通入时长以及围岩与冷水的温差的增大而增大;模拟实际巷道围岩冷水截流降温,在冷水管管径为10 cm,竖直方向间距为2.5 m时,降温后巷道壁面的平均温度为23.4℃。

区域PM2.5污染特征及影响因素研究

通过对区域环境空气中PM2.5的采样监测,分析了区域PM2.5的时间变化特征及温度、湿度、风速对其质量浓度产生的影响,并对PM2.5与PM10污染水平及关系进行了研究,得出了一些有意义的结论。

基于分段拟合的煤自燃指标气体优选研究

为更加精确地得出煤自燃的临界温度并找出煤自燃各个阶段最优的指标气体,以此提高煤层自燃预测预报的准确性,选取西北某矿2号煤和3号煤典型煤样开展程序升温-气相色谱实验,采用分段直线拟合的方法,得出煤自燃过程中的耗氧速率突变点温度和氧化产物生成量激增点温度,在此基础上采用灰色关联度分析法对煤干裂温度之后的指标气体进行优选。结果表明:2号煤和3号煤的自燃临界温度分别为73.0℃和72.1℃,干裂温度分别为112.6℃和109.8℃;CO适用于2种煤样全温度下的预测预报;φ(C_(2)H_(4))/φ(C_(2)H 6)和C_(2)H_(4)是2号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体;φ(C_(2)H_(4))/φ(C 2H_(6)),C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)是3号煤干裂温度之后较优的预测预报指标气体。

稠油污水回用锅炉处理效果的分析与研究

根据稠油污水中主要污染物对锅炉危害的分析,按照热采锅炉使用水的水质标准,评价污水回用锅炉的可行性及效果,分析水处理过程的影响因素,发现应用中存在的主要问题,得出一些有意义的结论。