GO-PVA注浆材料的制备及其强度特征研究

由于瓦斯抽采钻孔周围稳定性较差,受扰动影响易致钻孔周围煤岩体产生新的裂隙,进而降低瓦斯抽采效率,为填补现有材料颗粒大、胶结能力差的缺陷,引入纳米材料和高分子聚合物材料改善瓦斯抽采钻孔封孔材料的性能,并分析纳米材料氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)、高分子聚合物聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维复掺于水泥基注浆材料中的宏微观强度特征。采用单因素试验探究GO最佳质量分数及PVA纤维最佳长度和质量分数,确定最优值后再与普通水泥注浆材料进行复合对比试验,并通过单轴压缩测试不同养护龄期下的强度变化规律,结合蠕变特性、相似模拟和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)图像,探讨复合材料的增强机理。研究结果表明:两类添加剂均对水泥基注浆材料抗压强度展现出有效的提升作用,尤其是当氧化石墨的质量分数为0.04%,PVA质量分数和长度分别为0.2%和3 mm时,其抗压性能达到顶峰,密封性能提升,抵抗外界应力变化的能力得到增强。研究结果可为封孔注浆材料的研发提供基础。

基于多项Logistic的危化品槽罐车火灾类型判别

为有效防控危化品槽罐车火灾事故,准确判别槽罐车火灾类型,运用Python统计我国2013—2020年危化品槽罐车道路火灾案例;在确定火灾事故特征的基础上,将3种危化品槽罐车火灾类型(喷射火灾、池火灾与沸腾液体膨胀蒸气爆炸火灾(BLEVE))作为被解释变量类别,确定空间与道路特征、时间与气象特征、人员因素、车辆及设备因素以及危化品因素5个方面共15项火灾因子;构建基于多项Logistic危化品槽罐车火灾类型判别模型;开展准确性检验和显著性检验以及实例应用,获得3种火灾类型的发生概率,并提出相应的火灾防治措施。结果表明:实例中液化天然气(LNG)罐车最有可能发生池火灾,其概率为0.55;其次为喷射火灾,BLEVE火灾的概率最小。采取提高危化品容器机械强度、减小碰撞强度等措施,可避免容器出现较大尺寸的泄漏孔,减少池火灾发生概率;采取减缓泄漏速度、控制泄漏范围、迅速合理灭火等应急措施可以减少LNG池火灾危害后果。

基于CNN的化工园区火灾火焰图像识别研究

为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区火灾数据集的损失值和召回率略低,但精度和类别平均精度高于普通火灾数据集,证明通过CNN检测化工园区火灾的可行性。结果表明:基于火灾检测结果,借助PyQt5程序框架设计化工园区火焰图像识别软件系统,可实现对化工园区火灾火焰图像和视频的识别应用,扩大该方法适用范围。基于CNN的YOLOv5目标检测算法可以实时检测化工园区火灾,其检测方法具有便携性、检测结果具有可靠性,可提高化工园区的安全管理水平。

高流态封孔注浆材料力学性能及水化机制

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展力学性能试验研究、结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等一系列试验的结果,揭示新型高流态封孔注浆材料水化机制。结果表明:高流态封孔注浆材料在水化初期就生成大量的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体;随着水化反应的持续,水化产物的凝胶粒子充填材料中的孔隙。与普通水泥封孔注浆材料相比,材料的水化反应更迅速、更充分、整体结构致密,比普通水泥封孔注浆材料抗压强度提高3.68%,更有利于保持瓦斯抽采钻孔的稳定性,提高瓦斯抽采效率。

再生顶板煤自燃漏风裂隙控制机理

再生顶板煤自燃是矿井火灾常见类型之一,其顶板裂隙漏风是导致遗留煤炭氧化自燃的关键原因。现阶段,对于再生顶板的支护方式仅从“强帮固顶”的角度出发,针对裂隙漏风的控制研究尚不完善,尤其缺乏在应力集中导致漏风裂隙演化扩展方面的研究。基于此,针对山东鹿洼煤矿2304工作面回风巷再生顶板,以弹性力学理论、临界破坏准则及广义胡克定律为基础,分别推导了各种措施下的应力集中系数与再生顶板围岩特性参数的关系,并利用再生顶板现场情况结合压溃实验与分形维数,阐明了各种措施下的再生顶板应力集中控制情况与裂隙演化规律研究。结果表明:岩石弹性模量对再生顶板的应力集中影响最为显著,且根据现场工况计算得出,使用锚杆支护时,最大应力集中系数为2.341,水泥浆胶结支护时,最大应力集中系数为1.563,纳米浆泡材料胶结支护时,最大应力集中系数为1.393;此外,利用压溃实验发现水泥材料胶结体的裂隙主要从中心向四周扩散,其横向纵向的裂隙数量均会持续增加,并逐渐贯通,而纳米浆泡材料仅会在原有裂隙基础上继续演化发育,当单轴压力超过8 MPa后,纳米浆泡材料胶结体的裂隙基本不再发育;分形维数计算结果表明,当压力小于5 MPa时,纳米浆泡材料的多孔结构会使分形维数大于水泥材料胶结体;当压力大于5 MPa时,尤其是超过抗压强度后,纳米浆泡材料胶结体的分形维数小于水泥浆胶结体,故裂隙扩展演化速率更加缓慢,有利于阻止再生顶板的裂隙漏风。

煤层瓦斯抽采钻孔封孔材料研究进展与展望

为提高煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术,降低矿井爆炸风险,首先,通过对比传统封孔材料和新型封孔材料,总结两者的优点及不足,得出新型无机—有机复合浆液既弥补了聚氨酯类有机材料成本高、阻燃性差和毒性大等缺点,又提升了水泥基材料的强度和粘结性能等;然后,基于封孔材料煤界面粘结机理,总结研究人员对水泥基材料进行的一系列改性实验,讨论不同外加剂、纳米材料对水泥基材料水化特性、凝结时间、强度等性能的影响以及存在的问题;最后,从性能全面提升、外加剂组合优化、成本控制3个方面提出建议和展望。

磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火性能研究

为防治煤矿顶煤和上分层遗煤自燃等高位火源灾害,以工业固废物磷石膏为基料,加入碳酸氢钠和聚丙烯酰胺等成分,制备出一种自产气膨胀浆体。首先,应用热重(TG)分析仪研究浆体在不同升温速率下的热稳定性;然后,采用自行搭建的隔热性能测试系统测试浆体的隔热性;最后,通过灭火试验研究浆体的灭火降温性能。结果表明:磷石膏基自产气膨胀浆体在160℃以下时存在35%~46%的质量损失,当温度大于160℃时,浆体的质量分数不再发生改变;浆体堆积厚度达到30 mm时,有效隔热时间超过139 min,可实现对煤自燃危险区域较好的覆盖;浆体通过在煤堆裂隙中膨胀扩散,自下而上完全包裹碎煤,隔绝氧气,具有良好的降温灭火性能,注浆36 min后,各点位温度已全部降低至50℃以下,未出现复燃现象。

基于博弈论-贝叶斯网络的煤矿瓦斯爆炸风险评估

为解决煤矿瓦斯爆炸风险分析中不确定性处理的不足和指标权重模糊性的难题,基于贝叶斯网络及博弈论提出了一种瓦斯爆炸风险评估方法。首先,基于专家经验和事故致因理论构建瓦斯爆炸风险拓扑结构模型,同时通过博弈论方法优化专家的主客观权重,然后基于模糊集理论计算风险因素的先验概率和条件概率;其次利用贝叶斯推理技术计算瓦斯爆炸发生的概率和风险因素的后验概率分布;最后通过敏感性分析和关键致因链分析,找出影响瓦斯爆炸关键性风险因素和关键风险路径。案例研究表明:山东省某煤矿工作面瓦斯爆炸发生的概率为6.5%,而导致瓦斯爆炸的主要点火源为电气故障、岩石间摩擦、放炮火花以及煤自燃;导致瓦斯超限最主要的原因为通风系统缺陷和通风系统设计。通过敏感性分析可知,通风系统缺陷和电气故障这两因素最为敏感。通过关键致因链分析可知,路径为电气故障→通风系统缺陷→通风措施→瓦斯控制措施→瓦斯超限和路径为电气故障→电火花→点火源的组合导致瓦斯爆炸发生可能性最大,相比于正常情况下,瓦斯爆炸发生的概率增加了301.5%。同时基于博弈论组合赋权法在提升指标权重的客观性和准确性上具有综合优点,评估结果符合煤矿实际情况。

“双一流”学科建设背景下流体力学课程教学改革研究

“双一流”学科建设背景下,为提高研究生阶段流体力学课程的教学质量,分析传统教学过程中“教与学”内部存在的矛盾和教材应用过程中的问题,提出建设具有安全学科特色的流体力学案例库,并开展研讨式案例教学改革。结果表明:流体力学教学改革成功地将理论知识与实践相结合,可提升课程的实用性和实践性,达到良好的教学效果。

再生顶板条件下煤自燃危险区域空间分布特征

为避免煤层开采过程中再生顶板遗煤自燃,明确其内部流场特性,探究煤自燃危险区域动态特征,以山东某矿再生顶板遗煤自燃特性分析为例,采用数值模拟方法,对比分析采空区及再生顶板在不同风量下的漏风特征,并结合再生顶板结构特性,基于氧气质量分数与漏风速度复合指标,采取投影叠加判定新方法,确定煤自燃危险区域范围。研究结果表明:采空区深度小于60 m时,氧气质量分数逐渐减小,60 m后氧气质量分数不再受风量影响;而再生顶板氧气质量分数分布具有非对称性,在回风巷尾端会形成一个“三角形”中空区域。采空区在倾向上20~40 m范围内发生漏风回流,而再生顶板漏风速度分布呈“U”型对称分布。采空区煤自燃危险区域变化特征与氧化带相类似,而再生顶板煤自燃危险区域范围主要分布在靠近进风巷中部及回风巷前中部内侧区域,且随风量的增加,危险区域面积逐渐增大并逐渐向尾部延伸。

新工科视域下安全科学与工程研究生培养模式研究

在“新工科”的大环境下,时代对安全科学与工程的研究生提出新的要求,并暴露出原有人才培养体系存在的不足。通过对旧的人才培养模式的分析,得出其短板在于课程内容落后、教学形式单一、考核方式陈旧3方面;针对旧模式不足之处,从构建多学科交叉课程内容新体系、探究理论结合实际的课程新形式、建立多角度全面课程考核新方法3方面出发,提出一种有助于提高研究生创新能力的新型人才培养模式,为打破学科限制,培养适应新时代要求的创新型人才提供新方法、新思路。

采空区煤自燃耦合热浮力环境瓦斯运移规律研究

为了探讨煤自燃过程多场耦合之间协同动态变化规律的机制,准确划分瓦斯与煤自燃共生灾害区域,采用数值模拟的方法研究了采空区煤自燃区域热浮力作用下瓦斯运移过程。分析了温度场、瓦斯浓度场、气体密度和采空区风流运动特征的分布规律,划分了瓦斯与煤自燃共生灾害区域。模拟结果表明:瓦斯积聚是由热浮力影响下的上升气流、漏风风流和煤自燃点附近的卷吸气流共同作用形成的;入口风速增加时,共生灾害区域面积呈现先增大后减小的趋势,煤自燃区域向采空区中深部移动,瓦斯积聚浓度随着煤自燃温度升高而增加;煤自燃区域产生的热量积聚于小范围区域,与周围区域有较大的温度梯度;模拟得出的采空区煤自燃耦合热浮力作用下瓦斯运移规律,为采空区煤自燃灾害防治提供了参照依据。

煤自燃热效应对采空区瓦斯分布的影响机理

利用自主设计搭建的三维采空区流场模拟试验装置,开展煤自燃升温模拟试验.结果表明:(1)随热源温度升高,高温范围沿X轴,Y轴向外延伸;某点温度与距热源距离呈负相关;同一位置温度随时间呈指数增大;(2)自燃后发生瓦斯积聚现象,第Ⅰ层出现在热源处,Ⅱ,Ⅲ层在热源沿倾向偏10 cm处;热源附近瓦斯低体积分数区域随升温扩大;采空区深部瓦斯体积分数在竖直方向上从低平面到高平面分别呈下降、持平、升高趋势.分析得到:瓦斯积聚是热源产生的升浮力与抽吸力共同作用的结果;积聚点偏移是向上的升浮力受到了水平漏风风流的影响;升浮强度与抽吸强度均随温度升高而增大,但在不同高度平面存在不同关系.

回采工作面高位钻孔抽采瓦斯效果数值模拟及方案优化

以提高瓦斯抽采效果为目标,某矿Ⅲ4423工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、现场试验等研究方法,研究了顶板高位钻孔条件下瓦斯抽采的主要技术参数,数值模拟出高位钻孔抽采瓦斯前采空区的瓦斯分布情况与运移规律,以及负压分别为8、10 k Pa时的高位钻孔瓦斯抽采效果。依据瓦斯流动"O"型圈理论与FLUENT数值模拟分析,优化设计高位钻孔抽采瓦斯工艺参数并进行现场试验。结果表明:当高位钻孔抽采负压为8 k Pa、终孔位置调整到采空区裂隙带回风巷侧15~35 m范围内时,高位钻孔抽采瓦斯效果最佳,采空区内瓦斯最高浓度明显降低,单个钻场最大抽采瓦斯量为19 821.74 m^3,钻孔瓦斯浓度稳定在20%~30%之间,最大值达到50%,实现了工作面有效治理瓦斯和安全生产的目标。

矿井掘进工作面瓦斯涌出混沌特性判别研究

在对掘进工作面瓦斯涌出时间序列观测数据分析的基础上,应用混沌理论中的相空间重构、Poincare截面、返回映像、功率谱和自相关函数等对掘进工作面瓦斯涌出进行了混沌特性研究和判别,初步证明了掘进工作面瓦斯涌出具有混沌特性,同时也证明了运用混沌理论对掘进工作面瓦斯涌出特性及预测进行研究的可行性.

基于EMD-PSO-SVM的煤矿瓦斯涌出量预测方法及应用

为分析煤矿瓦斯涌出的非线性特性和准确预测瓦斯涌出量,基于经验模态分解(EMD)、支持向量机(SVM)和粒子群优化算法(PSO)的基本原理,建立预测瓦斯涌出量的EMD-PSO-SVM方法。分解瓦斯涌出时序数据,获得多个本征模态函数(IMF);对每个IMF分别建立PSO-SVM预测模型;累加各IMF预测值,获得瓦斯涌出量预测结果。以某矿2344回采工作面为例,分别运用EMDPSO-SVM和PSO-SVM方法预测瓦斯涌出量,EMD-PSO-SVM预测精度较高,累加合成后的预测结果相对误差在±0.80%以内,平均相对误差为0.2445%;而未进行EMD的PSO-SVM方法预测平均相对误差为5.0019%。结果表明:PSO-SVM对平稳时间序列有较高预测精度,预测误差随振动周期增长和振幅减小而降低,EMD-PSO-SVM方法对非平稳时间序列预测有较强的适用性。

基于AHP-Fuzzy的高处坠落危险性评价研究

高处坠落事故在建筑安全生产事故中所占的比率最大。预防和控制高处坠落事故始终是建筑业应解决的重要问题,高处坠落危险性评价是预防与控制高处坠落事故的重要手段。以高处坠落风险为研究对象,通过对高处作业"人—机—环境—管理"复杂系统进行分析,建立生产人员素质因素、生产设备因素、环境条件因素、安全管理因素等4个大类和23个小类的危险性评价指标体系。在层次分析法和模糊综合评价法等研究基础上,构建了高处坠落风险的AHP-Fuzzy评价模型,确定了各层次的权重集。对给出的实例进行评价,评价结果符合实际情况。结果表明,基于AHP-Fuzzy的高处坠落危险性评价方法是可靠与实用的,并对高处坠落危险性的评判有指导意义。

基于小波神经网络的建筑火灾预测模型及应用

随着我国城乡建设的飞速发展,建筑火灾形势日趋严峻,依靠传统的管理技术和方法已远远不能适应社会和民众对安全的需要。针对某城市建筑火灾非线性时间序列,建立了小波神经网络(WNN)预测模型,计算分析证明了该模型的可行性。该模型可与消防工作相结合,建立和实施城乡综合防灾减灾系统,实现城乡综合防灾减灾的科学管理。

建筑室内环境安全灰色评价模型及应用

人们在重视治理大气和江河湖海等大环境安全问题的时候 ,却忽视了直接危害人身健康甚至生命的室内环境安全问题。在现代社会 ,室内环境安全已经成为影响人们身心健康与安全的重要因素。由于影响室内环境安全的因素复杂 ,科学合理地评价其安全状况对改善室内环境安全具有重要意义。笔者针对建筑室内环境安全系统特征 ,在合理确定评价指标体系的基础上 ,建立了基于灰色关联理论的室内环境安全评价模型 ,并给予了实例验证 ,为室内环境安全评价提供了具有指导意义的技术和方法。

煤矿瓦斯爆炸事故演化危险性评价的AHP-GT模型及应用

分析了传统瓦斯危险性评价方法与模型存在的问题,通过对煤矿瓦斯爆炸"人-机-环境-管理"复杂非线性系统分析,建立生产人员素质因素、生产装备因素、环境条件因素、安全管理因素等4个大类和27个小类的危险性评价指标体系。在层次分析法和灰色聚类法等研究基础上,构建了煤矿瓦斯爆炸事故演化危险性评价的非线性多层次灰色评价模型(AHP-GT),确定了评价模型中评价灰类的等级数、灰数及白化权函数,根据评价灰类及白化权函数的非线性,修订了评价目标综合评价等级标准。给出了评价实例,评价结果符合实际。