密闭采空区不同惰化置换方案效果仿真

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研究置换过程中相关物理参数流场变化规律,并提出了自由混合置换法、正压置换法、负压置换法、正压-负压置换法4种方案;以O_(2)最大体积分数低于2%为置换达标标准,对比了4种方案下耗费总时长、消耗氮量、通风机运转时间、累计注氮时长等置换成本评价指标,找出可用于置换方案决策的方法,并给出不同地质条件下密闭采空区适用方案。

井下灾变风流应急调控技术与装备

煤矿火灾、气体爆炸和突出等热动力灾害事故发生时具有突发性、破坏性、继发性和复杂性等特点,采取有效的技术快速隔离灾区、阻断风烟流扩散是防止灾变区域扩大的有效方法。当前,矿井通风应急调控决策智能化不足,矿井通风异常调节下的应急决策与通风调控智能化技术装备研发滞后,导致灾变时期通风系统级联崩溃,无法实现灾区快速密闭隔离和通风网络烟气流动紊乱的区域联动控制。

Preparation and Swelling Kinetic Analysis of Poly (HPMC-co-AA-co-AM) Super Absorbent Resin

Super absorbent resin(SAR)is prepared by aqueous high temperature polymerization using hydroxypropyl methylcellulose(HPMC)as monomer backbone material,acrylic acid(AA)and acrylamide(AM)as the graft copolymer monomer,potassium persulfate(KPS)as the initiator to generate free radicals,and N,N`-methylenebisacrylamide(MBA)as cross-linking agent for cross-linking reaction.Simutaneously,the influence of individual factors on the water absorption is investigated,and these factors are mainly AA,AM,KPS,MBA,HPMC,and reaction temperature.The optimized conditions are obtained by the experiment repeating for several times.The water absorption multiplicity and salt absorption multiplicity under the conditions are 782.4 and 132.5 g/g,respectivity.Furthermore,the effects of different temperatures and salt concentrations on its water absorption,as well as the swelling kinetics of SAR are studied.It is indicated the water-absorbing swelling process is mainly caused by the difference in water osmotic pressure and Na+concentration inside and outside the cross-linked molecular structure of the resin,which is not only consistent with the quasi-secondary kinetic model,but also with the Fick diffusion model.

高温矿井制冷降温管网解算及优化方法研究

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水力基本方程计算管段流量、节点阻力和水力损失,得到降温管网水力特性;通过管网节点温升的计算,确定冷冻水输送过程的冷量损失;结合管网水力、热力特性,对降温管网进行优化。结果表明:赵楼煤矿井下制冷降温管网末端工作面冷冻水流量最小为0.001 m^(3)/s,管网水力损失大的位置为一集轨道下山、7302运输巷和中部辅运大巷。降温系统分别给五采区和七采区共4个工作面供冷,冷量损失为1.22×10^(6) J/s,其中七采区降温系统冷量损失占88.15%,管网摩擦和传热冷量损失分别为5.39×10^(5)、6.805×10^(5) J/s,末端冷冻水最高输水温度为13.9℃。提出管道-泵阀联调优化方法,采用动态平衡阀对南部1号辅助运输大巷和二集辅助巷冷冻水流量恒定在0.022~0.04 m^(3)/s,实现末端空冷器流量稳定;采用静态平衡阀调节管网支路阻力,将工作面冷冻水流量增大至0.005 m^(3)/s;南部1号辅助运输大巷、南部2号辅助运输大巷和二集辅助巷的管径增加至0.325 m,管网总水力损失从30.93 m减少到20.44 m,减少了35%;将离心泵扬程调整为183~195 m、流量为0.085~0.112 m^(3)/s,离心泵高效运行。

基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价

为科学评价矿井热环境,采用层次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)、熵权和改进雷达图模型相结合的方法对矿井热环境进行综合评价。在矿井热环境评价及人体热舒适度分级标准研究成果基础上,以风温、相对湿度、风速等气候环境作为影响矿井热环境的主要因素,构建矿井热环境评价体系。将AHP和熵权法耦合以确定各评价指标权重,并基于改进的雷达图模型确定矿井热环境各评价等级的评估区间和评价对象的评估值。最后,以孟村煤矿401101采煤工作面上隅角为实例进行热环境评价,得到401101采煤工作面上隅角热环境综合评价值为0.2050,评价等级属于“等级Ⅴ很不舒适”,评价结果与现场情况相符。基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价模型能够准确、定量、直观地展示矿井热环境状况,可为矿井优化井下热环境提供参考。

采空区煤自燃高温点识别与探测技术研究与展望

我国因采煤活动造成的采空区总量大、范围广,针对采空区煤自燃高温点的有效识别与探测是煤矿安全生产的重要保障。从采空区煤自燃发生过程、高温点的形成运移特点概述了采空区高温点的生成演化特性,为采空区煤自燃高温点的有效识别与探测提供基础理论支撑。围绕地下直探技术、地表及空天探测技术的基本原理、研究进展以及现场实际应用效果,从可靠性、稳定性等方面进行多元比较,剖析现有煤自燃高温点识别探测技术的适用性。针对探测中存在的实际难点,拓展分析了矿井声波温度信息探测、基于量子技术的热源探测、毫米雷达波探测技术等新兴技术的研究现状和应用潜力,进一步推动采空区隐蔽火源精细化探测技术发展创新。通过对现有技术的综合性研判及新兴技术的前瞻性思考,展望了煤自燃隐蔽火源探测技术的未来发展趋势,结合当前物探技术和多元信息融合理论的发展趋势,提出了采空区高温点动态运移智能可视化系统构想,从“空-天-地-孔”的综合化分时分区多维探测模式应用、“特征获取-场景仿真规划-动态决策”逐级时空演化数字孪生模型两方面阐述了矿井开采全生命周期平台建设的现实意义。通过该构想的逐步实施,为实现采空区隐蔽火源的高效识别预测和矿井智能化建设提供新的决策思路。

不同因素对煤粉云燃爆危险性参数的影响实验研究

为了研究煤粉云燃爆危险性参数的影响因素,采用Godbert-Greenwald恒温炉测试不同粒径、质量浓度和喷粉压力3种影响因素下煤粉云的最低着火温度。结果表明:最低着火温度随粒径增大而升高;最低着火温度在煤粉质量浓度为0.250~0.667 kg/m^(3)的范围内随质量分数的增加而降低,最小值为545℃;最低着火温度随喷粉压力的增大呈“V”字形变化;3种影响因素对最低着火温度的影响强弱程度为质量分数>喷粉压力>煤粉粒径。

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。

常压下煤对N_2/CO_2/CH_4单组分气体吸附特性研究

为了研究常压不同条件下煤样对N2/CO2/CH4单组分气体的吸附特性,以Langumir单分子层吸附模型为依据,对其吸附阶段进行划分,选择长焰煤、气肥煤和无烟煤分别进行了单组分气体吸附试验,探讨不同试验条件对煤吸附量的影响。结果表明:在常压阶段,煤对单组分气体的吸附规律服从Langumir单分子层吸附模型的第一阶段,吸附量与压力正相关;煤的变质程度、吸附温度及压力和吸附气体的种类是影响吸附量的主要因素,并在不同情况下对煤吸附量的影响程度不同;高低变质煤样对吸附量的影响大,而中等变质程度的影响小;温度是低压阶段影响吸附量的主要因素;吸附气体种类对吸附量的影响是由于其自身物化性质差异,相同试验条件下煤对3种单组分气体的吸附量从大到小为CO2、CH4、N2。

粒度对采空区煤自燃极限参数的影响试验研究

为了研究粒度对采空区煤自燃极限参数的影响,采用煤自燃程序升温试验装置测试长焰煤、弱黏煤和贫煤在5种粒径下的自燃特性参数。根据试验测定的自燃特性参数计算得出煤在不同粒径情况下的自燃极限参数。试验结果表明:煤样的放热强度随煤变质程度的升高呈现降低趋势,煤样的临界温度随煤变质程度的增加而升高;最小浮煤厚度和下限氧浓度与煤变质程度呈正相关,而上限漏风强度与煤变质程度呈负相关;在煤氧化过程中,煤自燃极限参数的极值产生在自燃临界温度附近;煤样的粒度对煤的自燃极限参数有明显影响,在相同条件下,上限漏风强度随着煤粒径的增大而减小,最小浮煤厚度与下限氧浓度随着煤粒径的增大而增大;煤自燃极限参数与粒径的关系满足二次多项式的关系。试验结果可为采空区自燃危险区域判定提供基础参数。

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键。采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经Mg Cl2、KCl、Ca Cl2、Na Cl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率。结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是Mg Cl2(63.6%),对长焰煤则是Ca Cl2(45.9%),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经Mg Cl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经Ca Cl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为Mg Cl2、KCl、Ca Cl2、Na Cl,对长焰煤则为Ca Cl2、Mg Cl2、KCl、Na Cl;氯盐阻化剂中Mg Cl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为Ca Cl2。

高地温环境对煤自燃极限参数的影响研究

针对深井高地温环境对煤自燃极限参数的影响问题,利用程序升温实验研究的方法,进行煤样恒温40℃处理后程序升温和常温条件下程序升温的实验设计,研究煤样的自燃特性,计算两组煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,得出煤自燃极限参数的变化规律,实验结果显示:处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度均高于常温条件下升温的煤样,煤自燃极限参数中最小浮煤厚度和下限氧浓度值均减小,上限漏风强度值增大,并且变化率随煤温近似呈线性增长趋势,说明高地温导致煤体的氧化放热性增强,更容易蓄热升温,自燃危险性增大。

基于AHP和熵权法的古建筑火灾风险评估

古建筑潜在火灾风险的评估对古建筑火灾防控有重要意义。以西安市回民街古建筑为例,基于实地调研识别出古建筑火灾风险的评估要素,并构建包括古建筑特征、火灾危险源、建筑消防设施、消防管理能力、火灾处理能力等5个一级指标和18个二级指标的古建筑火灾风险评价指标体系。同时,通过引入主、客观偏好系数,将基于AHP和熵权法分别计算得到的权重进行线性加权,得到风险评价指标的综合权重,并构建模糊综合评价模型。运用该评价模型对西安市回民街进行火灾风险评估,其评估等级为Ⅳ级,表明火灾危险性为较危险。通过具体分析5个一级评价指标得分,发现需要在古建筑特征、建筑消防设施以及火灾处理能力等方面进一步改善和提高,从而降低风险等级。该评价模型评价指标权重确定更为客观,可适用于多数古建筑,对科学防控古建筑火灾有重要参考意义。

CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性.采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明：CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低.在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显.相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40 ～100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应.

矿井高温热害防治个体降温装置研究

近年来高温热害的防治已成为深部煤矿开采过程中亟待解决的重大难题之一。针对高温矿井作业环境的特殊性,基于涡流管的能量分离原理,以井下作业人员个体降温为目标,研究了高温矿井便携式降温工艺和方法。结合现场调研情况,通过综合分析确定其基础参数,并进行降温效果评估。由实验测试可知,进气压力为0.1 MPa,当进口流量为15 L/min,涡流管冷端温降可达到1.2℃,COP值24.72,实际续航能力30 min左右,效果良好。研究成果对改善矿井作业环境、保护高温环境下矿工健康有一定的意义。

氯盐阻化剂抑制煤初次和二次氧化特性的实验研究

为了研究阻化剂对煤样初次与二次氧化特性的影响,选用KCl、Ca Cl2、Mg Cl2和Na Cl等4种常用阻化剂对原煤样和初次氧化煤样分别进行处理,通过程序升温实验,研究阻化剂对煤的两次氧化过程自燃特性的影响程度。研究结果表明:阻化剂对初次氧化煤样的阻化率影响较大,对二次氧化煤样的耗氧速率影响较大,对两种煤样自燃的临界温度均有较大的提高;阻化剂对煤的初次氧化和二次氧化过程均有较好的阻化作用,对初次氧化煤样的阻化效果更明显;4种常见的氯盐类阻化剂对煤样两次氧化过程阻化能力大小的排序均为Mg Cl2>Ca Cl2>Na Cl>KCl。

高瓦斯煤层注液态CO_2压裂增透技术试验研究

基于液态CO_2的低温冻结及相变增压特性能够有效致裂煤体,可以达到煤层增透的目的。在淮南矿区张集北矿17246工作面开展了煤层注液态CO_2压裂增透技术工业性试验,沿工作面走向布置2个压裂钻孔、12个抽采钻孔,分2个阶段进行压裂试验,压注液态CO_2共计4.0 t。对Y1、Y2压裂钻孔的压力、流量及泵压进行在线监测,实测压裂后连续26 d瓦斯抽采效果。研究结果表明:试验过程中压裂液流量随压力升高呈现波动特性,试验工艺系统稳定;抽采支管的瓦斯纯流量是压裂前的2.1～3.2倍,瓦斯浓度是压裂前的1.6～3.1倍,累计26 d的瓦斯抽采总量为32 288.57 m3,与普通密置钻孔抽采瓦斯技术相比,经液态CO_2压裂后煤层瓦斯抽采效率明显提高。

煤导热系数影响因素的实验研究

导热系数是影响煤体热传导的重要参数。为了研究煤在不同温度及含水率条件下的传热特性,采用LFA457型激光导热仪,测试了不同温度、不同含水率条件下不粘煤、气煤两种煤样的导热系数,并采用邓氏灰色理论将煤导热系数与其内在影响因素进行灰色关联分析。研究结果表明:温度为-50^-30℃时,煤的导热系数快速减小;温度为-30^+10℃时,煤的导热系数快速增大;温度为+10^+50℃时,煤的导热系数呈缓慢增大趋势;随着煤含水率的增加导热系数开始快速增大,然后趋于平稳。灰色关联分析表明,煤内在因素中的固定碳、灰分、挥发分是影响煤导热系数的主要因素。

低渗透性煤层注液态CO_2置换驱替CH_4试验

针对低渗透性煤层瓦斯难以抽采的问题,结合液态CO_2低温、低黏、渗流阻力小、相变增压等特性,提出低渗透性煤层注液态CO_2置换驱替CH_4技术。在韩城矿区桑树坪二号井开展煤层注液态CO_2置换驱替CH_4工业性试验,开发了压注工艺系统,确定了压注关键性参数,判定了CO_2置换驱替CH_4技术效果。试验结果表明:液态CO_2压注时压力呈现波动特性,起始升压速率较快,达到2.5MPa左右时趋于稳定;压注管路瞬时流量为0.6~1.4m^3/h,累计压注液态CO_2为6.0m^3;以压注过程中检验孔内CO_2体积分数为指标,判定试验有效影响半径达到18m。试验区域瓦斯抽采体积分数是原始体积分数的2.5倍,抽采纯量是原始纯量的3.5倍,相比瓦斯抽采效率提高。

高地温环境对煤自燃危险性影响试验研究

为了掌握高地温环境对煤自燃的影响规律,基于程序升温试验,测试分析了恒温40℃处理后升温煤样和常温条件下升温煤样的自燃特性参数,并利用CO浓度随温度变化求解煤体表观活化能的计算模型,对比分析了2组煤样在不同温度阶段的表观活化能变化规律。试验结果表明:高温处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和极限放热强度均高于常温条件下升温的煤样,且随着温度的升高该趋势越发明显,同时,其表观活化能均低于常温条件下升温煤样,尤其在低温阶段差异较大,表观活化能更低,说明高温环境导致煤体氧化放热性增强,氧化反应所需能量更低,同等条件下氧化反应速度更快,更容易氧化升温发生自燃,自燃危险性增大。