某重载铁路应急救援物资储备数量分布优化研究

为提高重载铁路应急救援响应能力,构建风险评估云模型以确定事故易发区段,采用蒙特卡洛法生成事故场景。设计双目标物资调度模型,优化物资调度方案,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解最优解。在保持站点不变、确保物资总量不变的情况下,提出匹配线路风险特性的救援物资储备优化方案。研究结果表明:优化后一级响应调度总距离平均缩减31.28%,二级响应缩减46.80%,表明优化后的储备方案能有效缩短响应时间和提高救援效率。研究结果可为重载铁路物资分布与调度提供理论指导。

矿山喷雾降尘技术研究与应用现状综述

喷雾降尘技术以其操作简单、成本低、降尘效率显著等优势,成为矿山井下应用最为广泛的降尘技术之一。但传统喷雾降尘技术普遍存在雾滴粒径大、耗水量多、呼尘沉降效率低等问题。针对以上问题,国内外学者对喷雾降尘技术开展了广泛研究,但对其研究与应用现状缺少深入总结。基于此,基于近20 a来矿山喷雾降尘技术的相关研究文献,梳理了喷雾雾化降尘机理、喷雾雾化效果评价参数与测试方法、喷雾雾化效果影响因素、喷雾降尘效率及其影响规律的研究现状。研究结果表明:喷雾雾化效果评价参数主要包括雾滴粒径、雾滴速度、喷雾射程等;喷雾雾化效果与喷嘴结构、气水压力、液体物理特性等参数密切相关;喷雾雾滴粒径越小、雾滴速度越快,其对粉尘的吸附沉降效率越高。针对矿山喷雾降尘技术研究现状,分析了目前存在的不足,并提出了未来的主要研究方向,即进一步探究喷雾雾化机理、完善喷雾雾化效果评价参数、规范喷雾降尘效率测定方法、关注喷雾添加剂对作业人员身体健康与工作环境的影响。

专题特约主编寄语

当前,我国矿山作业环境粉尘浓度严重超标,成为危害矿工身体健康与安全的“头号杀手”。为遏制尘肺病快速增长、保障工人职业健康与安全,党中央、国务院高度重视粉尘工程防护工作,先后发布了《健康中国行动(2019—2030年)》《国家职业病防治规划(2021—2025年)》《尘肺病防治攻坚行动方案》等文件,多次提出了强化粉尘工程防护与源头治理的任务要求。

复合表面活性剂对疏水煤体协同润湿效应研究

为提高煤层注水减尘效率,选取了2种非离子与2种阴离子表面活性剂,研究了不同质量分数下单体与复合表面活性剂溶液表面张力及其对疏水煤尘润湿特性的变化规律(接触角与自然沉降速率),对比分析了复合表面活性剂溶液对疏水煤体的协同润湿效应,探讨了协同润湿机理,并对其开展了煤层注水现场验证试验。实验结果表明:4种表面活性剂在超过临界胶束浓度后对煤尘的润湿性仍不断增强,非离子表面活性剂TX-100与阴离子表面活性剂DSS之间具有显著协同润湿效应,且该效应随溶液浓度增加呈增强趋势,复合表面活性剂在1%质量浓度时较TX-100、DSS单体表面活性剂协同润湿率分别达60.06%、132.03%,即高浓度复合表面活性剂溶液对疏水煤体具有显著协同润湿效应。利用界面化学理论对该协同润湿机理分析得到:在高浓度复合表面活性剂溶液中,表面活性剂胶束解离速率的大幅提升是其对疏水煤尘具有协同润湿效应的关键原因。为验证该协同润湿效应,在杨柳煤矿1076综掘工作面进行煤层注水现场试验,试验结果发现:利用添加1%质量分数的TX-100:DSS复合表面活性剂溶液进行注水后,综掘巷减尘率达71.04%,较仅添加0.05%TX-100溶液提高了43.45%,验证了高浓度复合表面活性剂对疏水煤体具有显著协同润湿效应。

氧气体积分数对筒仓混煤爆炸特性的影响研究

为了研究氧气体积分数对筒仓储煤爆炸特性的影响,利用20 L球形爆炸装置,在氧气体积分数为21%、15%、10%条件下,对2种热值的筒仓混煤爆炸参数(最大压力p_(max)、最大升压速率*(dp/dt)_(max)、爆炸指数Kst)开展了实验研究,分析了氧气体积分数、热值对筒仓混煤爆炸特性的影响规律。结果表明:混煤爆炸参数随煤尘浓度的增加呈先增大、后减小的变化规律;当氧气体积分数由21%降至10%时,混煤爆炸参数大幅降低,2种热值混煤p_(max)值较空气中分别下降了38.9%和44.8%,(dp/dt)_(max)值分别下降了68.5%和81.1%,爆炸危险性分别由强、中度降至了弱爆炸等级;随着氧气体积分数的降低,混煤p_(max)和(dp/dt)_(max)峰值对应煤尘浓度存在显著差异,即氧气体积分数越小,p_(max)和(dp/dt)_(max)峰值对应煤尘浓度越小;混煤热值对其爆炸特性具有显著影响,在空气条件下,热值越高、爆炸危险性越大,但在贫氧条件下,随着煤尘浓度增加,高热值混煤较低热值混煤具有更低的爆炸危险性。

基于眼动特性的疏散决策和寻路行为研究

为探究疏散过程中个体风险型决策行为特征和通道结构对疏散行为的影响,开展带计分奖励规则的模拟疏散试验。被试分别基于电脑端和地下车库疏散任务进行连续决策,利用眼动追踪技术采集被试在此过程中的眼动参数,采用注视时间、注视次数等眼动特性数据表征被试的视觉分配与感知特性,结合决策中冒险行为统计结果,分析疏散过程中被试面对风险时的决策行为变化特征,以及路径特征对寻路行为的影响。结果表明:对于模拟疏散中连续出现的风险型决策任务,随体力消耗,被试更倾向于选择风险较低的路径;被试感觉临近出口时,冒险行为比例增加;被试对首次感知或潜在目标的关键信息会给予更多关注,对疏散决策行为有一定影响;与平坦笔直路径相比,被试在消防门区域、不规则岔路口、连续转弯区域等通道突变处注视时间增加4~6倍,表现出更多的犹豫和折返行为。

基于水射流引射与干雾降尘技术的新型孔口除尘装置研发

为有效控制煤矿井下干式钻孔作业的粉尘污染问题,在分析干式钻孔产尘扩散特性的基础上,结合水射流负压引射与干雾降尘技术优势,设计研发了新型干式钻孔孔口除尘装置。通过理论分析与实验室试验研究了该装置各组件的具体结构和主要性能参数,并在杨柳煤矿顺层孔钻场开展了现场试验,实测了该装置的除尘效果。结果表明:新型孔口除尘装置由孔口集尘装置、水射流负压引射装置、干雾降尘装置三部分组成,分别具备尘源密闭、抽吸粉尘、捕集外溢粉尘等功能。水射流负压引射装置的工作水流量、抽吸量及引射系数均随工作水压的增大呈线性增大。气压0.70 MPa、水压0.18 MPa为单个干雾喷头的最佳工况参数,当干雾发生器挂载15个干雾喷头、干雾降尘装置距孔口1.2 m时,可实现对孔口全部漏尘点的雾场覆盖。新型孔口除尘装置现场应用后,钻机下风侧6 m和20m的全尘除尘率分别达到了88.9%和87.5%,取得了显著的除尘效果。

润湿型化学抑尘剂的试验研究

利用润湿型化学抑尘剂除尘作为粉尘治理的手段之一,有很好的应用前景和发展空间。在分折了抑尘剂抑尘机理的基础上,对润湿型化学抑尘剂进行了系统研究,对比研究了多种吸湿材料的吸湿保湿能力和几种表面活性剂的润湿能力,优选了氯化钙、氯化镁和曲拉通X-100作为抑尘剂的基料和辅料,进行抑尘剂配方研究并对抑尘剂配方进行了优化。在现场试验中,喷洒添加了抑尘剂配方溶液的粉尘含水率明显高于只喷洒清水的粉尘含水率且保湿时间长;在公路碾压试验中喷洒了抑尘剂溶液的公路的粉尘抑制期达到4d以上,取得了很好的抑尘效果。

金属矿山采场爆破尘毒防控技术研究进展及展望

金属矿山爆破尘毒防控是加强企业环保意识与构建绿色矿山的重要途径,是实现矿业高质量发展的必然要求。为了系统研究金属矿山采场爆破尘毒污染问题与防控措施,从粉尘理化特性、水炮泥降尘、在线监测系统、云雾除尘等方面进行了综合评述。认为现阶段该领域研究存在的不足为:金属矿山尘毒基础研究投入不足,受重视程度不够;尘毒防控机理不完善;尘毒防控技术手段贫乏;尘毒危害分级监管、接触限值、检测方法等标准落后;矿尘监测设备精度不高;尘毒防控新技术、新装备推广应用力度不足。据此指出加强水炮泥降尘、云雾除尘、尘毒在线监测等技术研究,是现阶段缓解金属矿山爆破尘毒污染的有效措施。同时指出,今后研究的重点方向有:①开展典型金属矿尘理化特性与其润湿性之间的关系研究,为物理化学方法降解尘毒提供基础数据及技术支撑;②多组份水炮泥降尘消毒机理及配方优化研究,从源头上减少尘毒产生量;③巷道云雾除尘机理与参数优化研究,净化污染风流中的尘毒,减少排向地面的空气污染物;④研制高精度、多点连续测量、耐污染、使用寿命长的粉尘浓度检测技术和在线浓度监测装备,研发适用于工矿潮湿、冲击等复杂环境的高精度粉尘监控体系,实现粉尘监控自动化、智能化;⑤开展标准顶层设计与发展规划,完善粉尘监管强制性标准体系,加快标准的整合精减和"立、改、废"工作,提高标准的针对性和适用性;⑥注重一线作业人员实操技术培养,加强新技术、新装备在一线的适用性研究,加大新技术、新装备的推广应用,改善金属矿山的作业环境。

露天矿公路防冻抑尘剂的研究

针对露天矿公路路面扬尘污染问题,进行了喷洒实验,测定了两种卤化物抑尘剂的16个配方在自然环境中昼夜周期吸湿、放湿的能力和抗冻性能,确定出最佳配方.

采空区瓦斯渗流规律的CFD模拟

对瓦斯在煤层中流动、在邻近煤层和围岩中流动规律进行分析;总结出采空区瓦斯分布规律。引入地质变化连续函数,更加准确地建立了采空区瓦斯渗流模型,利用CFD软件进行模拟解算,研究了采空区瓦斯渗流场变化规律,并通过对比确定了一种计算模型。研究表明:采用CFD模型研究采空区瓦斯渗流规律是可行的方法之一。

高效水炮泥的降尘机理及应用研究

针对普通水炮泥在井下爆破降尘和减少炮烟效果不理想的问题,从水炮泥降尘机理的分析出发,在实验室进行了不同浓度溶液的表面张力和润湿能力的测定,研制出高效水炮泥,并在井下进行多次对比爆破实验.结果表明,使用高效水炮泥能有效降低炮采过程中粉尘的浓度,改善井下工作环境.

新型水炮泥爆破降尘的试验研究

通过对自行开发研制的新型水炮泥的研究和试验发现:加入一定量的添加剂后,可以降低溶液的表面张力,提高爆破瞬间的雾化效果,加快粉尘的沉降速度.通过现场对比试验,测量了加入添加剂前后的爆破后巷道粉尘浓度.结果表明:使用新型水炮泥爆破后巷道粉尘浓度远低于普通水炮泥的粉尘浓度,通过分析新型水炮泥的相对降尘率,确定了最佳降尘效果的添加剂比例为10%,相对于普通的水炮泥,其最高的呼尘降尘率提高了91.3%,全尘降尘率达到89.29%,CO浓度也有所降低.

矿井避难硐室气幕隔绝系统试验研究

根据避难硐室气幕阻隔系统的防护功能,确定该系统由供气装置、散气装置和启闭装置组成;根据射流理论和对比试验确定气幕系统最佳孔径为1.2mm,最佳孔间距为40mm;通过SPSS方法建立模型,确定气幕系统以衰减距离x为变量的气体衰减函数;根据孔径、孔距及幕帘尺寸,计算确定气幕防护系统的最小供风量为1.61×10-3m3/s;通过模拟密闭空间阻隔性能测试,确定气幕系统的最大阻隔效率可达90%以上,同时阻隔效率随着二氧化碳初始浓度的增加而降低。

高炉喷吹用潞安贫瘦煤爆炸下限与返回火焰长度的试验研究

该试验通过测定爆炸下限与返回火焰长度这两个参数来确定4种煤粉的爆炸性.爆炸下限指能使喷入一定装置中的粉尘云点燃并维持火焰传播的最小粉尘浓度,是确定粉尘爆炸性重要参数,试验室通常使用20L的爆炸装置进行测定.喷吹现场广泛采用长管式煤粉爆炸性测试仪检测煤尘引燃后产生的返回火焰长度,该长度随煤粉爆炸性的强弱而显著变化:返回火焰长度大于600 mm可认定该煤粉具有强爆炸性;在400～600 mm之间则煤粉具有中强度爆炸性;小于400 mm则煤粉具有弱爆炸性.结果表明:20 L球测得4种煤粉的爆炸下限在6 0～85 g/m3之间;长管式煤粉爆炸性测定仪测得4种煤粉的返回火焰长度在20 ～50 mm之间.由测定的返回火焰长度可知,试验所用的4种煤样均属于弱爆炸性煤种.

矿井避难硐室供氧系统研究

在矿山井下事故发生后的矿工自救中,设置避难硐室是十分必要的。供氧系统是避难硐室内避难人员生存的重要保障,避难硐室具有容载人数多、空间相对较大的特点。针对国内避难硐室采用的地面钻孔供氧、压风供氧、压缩气瓶供氧、化学氧供氧等供氧方式进行了研究,分别通过基本供风量、供氧量等参数的理论计算方法,密闭空间模拟试验的方法来对几种供氧方式进行比较,最终确定避难硐室设置多种供氧方式的必要性,为今后避难硐室供氧系统的构建奠定基础。

压力渗流润湿煤体的实验研究

采用纯水和粘尘剂溶液 ,对不同煤质的压力渗流特性进行了研究。结果表明 ,煤体的层理方向和溶液的力学特性对压力渗流润湿煤体的效果影响很大。在中、低压力下 ,纯水的压力渗流湿润煤体的效果远不能满足煤层注水的要求 ,注水中添加粘尘剂等改变水的表面张力的物质 。

粘结抑尘方法的研究与试验

对ＮＣＺ－１粉的粘尘作用原理，及其在不同空气湿度下的粘尘能力与保湿时间进行了测定和研究．通过在煤矿井下的应用试验，分析了不同粘度的ＮＣＺ－１粉实际粘尘效果、保湿时间及其影响因素、落尘的含水量变化规律等问题．结果表明，在一般的矿井条件下，ＮＣＺ－１粉不仅能够持续粘尘达２５ｄ以上，而且还可减少落尘的二次飞扬．

煤层注水中粘尘棒溶液对接触角的影响

研究了煤层注水中添加粘尘棒溶液降低接触角、缩短接触润湿时间的除尘方法.通过测定和分析粘尘棒溶液不同浓度下七种煤样的接触角和润湿时间,比较得出了七种煤样的临界表面张力,为35.0 mN/m,发现注入水的表面张力是增加煤层注水湿润效果的主要因素. 该法可以大大提高煤层注水降尘效果,而且添加工艺简单,方便实用.

煤层注水中水分蒸发现象的研究

对煤层注水的水分蒸发现象进行了研究 ;提出了注入水分蒸发的力学平衡公式 ;研究了影响水分蒸发的各项因素。在此基础上 ,提出了在注水钻孔中添加粘尘棒 ,阻止注入水分过早蒸发的新方法 ,并进行了纯水和粘尘棒溶液在煤体中蒸发的试验。