新工科背景下矿井通风与安全课程教学体系建设与实践

为实现矿山安全生产领域新工科人才培养目标,分析传统课程教学体系存在的问题,分别从课程知识架构、课程内容、课程教学模式、教学团队建设4个方面进行全面改革,构建以“一核三维”递进式课程教学知识架构、教学内容“三同步”建设路径、“信息化—实景化”两融教学模式、“教研共融”教学团队为一体的新工科背景下矿井通风与安全课程教学体系。结果表明:该体系建设可增强学生实践创新能力,提升教师科研水平,有助于提高矿山安全生产复合型人才的培养质量。

基于采矿工程安全的MGWO在矿井风网风量优化调节中的应用

针对当前采矿工程中矿井风网风量优化调节效果不够理想的缺陷,研究提出一种风量优化调节模型,并采用优化的灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,GWO)对其进行求解,完成矿井风网风量智能优化调节。结果显示,MGWO算法求解的风量优化平均值为216.4kW,平均运行时间为132.6s,均优于其他两种算法。上述结果说明,研究提出的MGWO对矿井风网风量优化调节模型的求解效率与精度更高,对风网风量优化调节的效果更好,能够有效调节风网风量,保证采矿工程安全性。

新工科背景下工业通风课程线上线下混合式教学模式探讨

新工科背景下,课程教学改革是培养具有持续性创新综合能力,培养符合工程教育认证毕业要求人才的关键环节。以安全工程专业工业通风课程为例,分析教学中存在的问题,并且从课程教学内容组织、教学模式构建、教学过程师生互动设计、能力训练设计以及课程考核等方面探讨改革思路。研究结果有助于教师更好地开展专业课程的混合式教学,提升教学效果。

局部正压通风方法解决采面低氧问题的试验及模拟研究

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的主要原因,并探究了采用局部正压通风方法解决采面低氧问题的可行性。结果表明:采用负压通风时,增加风速不能明显提高工作面上隅角区域的氧气体积分数,仍低于20%;采用局部正压通风时,采场内20%氧气体积分数等值线在通风风速达到1.6 m/s时,与工作面呈平行状态,增加风速能有效提高采面上隅角的氧气体积分数;采用局部正压通风回风巷增阻时,相较于单一的局部正压通风能够在更小的风速条件下解决采面低氧的问题,且一定程度上有利于防范采空区遗煤自然发火。利用COMSOL仿真软件,建立工作面采场气体运移模型,开展了不同通风方法、不同风速条件下的采空区氧气体积分数分布及运移规律研究,数值模拟结果与试验测定结果基本一致。3105工作面现场实践表明,采用局部正压通风回风巷增阻的技术措施能够有效解决工作面低氧问题,工作面上隅角及回风流的氧气体积分数由15%上升到20%以上,并始终保持正常水平,确保了工作面的安全生产。

平行导洞压入式通风对特长隧道污染物分布的影响

为探究横通道开启方式对平行导洞压入式通风的特长隧道内污染物分布规律的影响,研究了不同横通道开启方式下的隧道内纵向风速、风压损失及污染物分布规律。所建立的隧道模型包含17个横通道,其中5个为车行横通道,12个为人行横通道,横通道均匀布置。考虑了5种不同的车行横通道开启方式进行研究。结果表明,在平导压入式通风时,主隧道内的纵向风速呈分段式分布,隧道中心风速最小,越靠近隧道出口的风速越大。当对称开启偶数个横通道时,由于风压平衡,隧道中心两个横通道之间的纵向风速几乎为0,无法有效稀释CO;当对称开启奇数个横通道时,隧道内风速为从隧道中心往两侧洞口方向,当平导通风风量足够大时,可将隧道内CO体积比稀释到符合规范的要求。此外,当对称开启奇数个横通道时,在相同的平导通风量下,横通道开启个数较多反而不利于降低隧道中心区域的CO体积比。所研究隧道模型中对称开启3个横通道的临界通风量最小,临界通风风量为631 m^(3)/s,与根据规范计算得到的所需通风量相差不大。因此,在进行此类隧道通风设计时,可参考规范进行通风量的计算。研究结果可为此类隧道的通风设计提供参考。

矿井传感器风量最小平衡修正量研究

在智能化开采时代,高性能的实时通风网络解算对于矿山通风系统的安全管理至关重要,而初始迭代风量对解算性能具有显著影响。由于传感器难以避免地存在测量误差且布置稀疏,利用传感器监测数据难以分配全风网初始风量。首先,将矿井通风网络视为网络流模型,并对传统的有上下界网络流模型进行改进,以使之能够基于存在测量误差的传感器风量进行全风网风量分配。其次,用风量平差模型对传感器误差导致的节点风量不平衡进行最小平衡量修正。试验模拟和现场试验均表明了研究方法的可行性和有效性。在现场试验中,传感器分支的风量平均修正率为0.66%,平均风量修正值为0.09 m^(3)/s。该方法能够对任意位置布置且存在测量误差的传感器的风量进行全风网的风量初始化分配。

基于多平台混合教学模式在通风空调工程课程中的应用探讨

为提升通风空调工程课程教学效果,探讨了一种混合教学模式在通风空调工程课程中的应用。该模式融合翻转课堂与多平台构成。开展翻转课堂教学、建立基于互联网的“小范围”知识获取平台,以及研究生与本科生互动平台,三者融合以提升学生课程参与度,提高课程知识转化率,增强本科学生与土木水利专业学位硕士互动,完善课程教育体系。最终达到学生在通风空调工程领域的专业素养和实际应用能力逐步提高的目的,为通风空调工程课程的教学改革提供有效的经验。

巷道通风摩擦阻力系数遗传投影寻踪回归预测

为满足智能通风准确获得巷道摩擦风阻的需求,基于遗传算法的投影寻踪回归预测方法预测矿井通风摩擦阻力系数。研究空气密度变化和巷道有无支护两种类型时模型预测的准确性。利用通风摩擦阻力系数影响因素进行训练,对不同支护类型巷道采集学习样本建立模型,使用部分样本进行验证。将模型预测结果与主成分分析预测和BP神经网络预测结果进行比较。对不同支护类型巷道进行了预测,最大误差为1.76%,平均误差为1.07%;仅对圆木支护进行了分析,最大误差为1.73%,平均误差为0.79%;对不同密度无支护巷道预测表明,平均误差为-0.99%,最大误差为-1.01%,风流密度对模型预测结果的准确性基本没有影响。无论是风流密度还是支护形式,该方法预测精度均优于主成分分析和BP神经网络。

基于大尺寸工程模型的排尘系统实验及参数优化

为解决某高瓦斯矿综掘面粉尘污染问题,通过COMSOL软件对压入式通风下粉尘于不同区域运移特性进行研究;选取3种排尘系统参数(风筒风速、压风距离、风筒悬挂高度),以进风侧、回风侧及掘进机操作台位置粉尘质量浓度为分析指标,借助大尺寸工程模型对每种参数下4个方案进行相似实验,优选排尘系统参数。结果表明:压风出口处负压影响下掘进机机尾存在粉尘回流,并于掘进机操作台处积聚;排尘系统参数以风筒风速16~20 m/s、压风距离8~11 m、风筒悬挂高度3.4~3.7 m设置时,掘进机操作台位置最大粉尘质量浓度降低49.02%,排尘40 min清除掘进机两侧96.58%浮尘,提升了压入式通风为基础的排尘系统抑尘效果及排尘效率。

瓦斯隧道多工作面施工通风死区控制方法研究

针对瓦斯隧道多工作面作业时,易形成施工通风死区这一安全问题,以阳宗公路瓦斯隧道为依托工程,对压入式通风方案中风管最优布设方式进行研究,并在此基础上确定射流风机的最佳布设距离,进而探究多作业面通风系统中的射流风机最佳布设方案。研究结果显示:在满足最低需风量的压入式通风方案中,不同的风管布设方案会使隧道内通风死区体积变化较大,为控制并消除通风死区,风管出口应尽可能靠近掌子面且风管直径不宜过大;随着隧道掘进距离的增加,在掌子面前方会形成固定范围的非通风死区,此时为布设射流风机的最佳距离;射流风机的布设能有效地消除通风死区,但其作用范围有限,当隧道距离过长时,应有序间隔布设射流风机。

空气净化技术在超长水下公路隧道通风中的应用研究

空气净化技术是解决公路隧道机动车废气污染的一种重要手段,但目前国内相关应用案例和研究成果较少,无法指导超长水下公路隧道通风设计。本文结合国内某超长水下公路隧道案例,提出了3种可行的净化通风方案;并通过理论计算得到了不同交通工况下隧道内典型污染物沿隧道长度的浓度分布情况,分析了不同净化通风方案的污染物控制效果。通过经济性、环保性、可实施性等多方面比选,确定了适合应用在超长水下公路隧道的空气净化通风方案。

矿井通风系统智能故障诊断MC-OCSVM模型

为解决矿井通风系统故障分支判识不准确的问题,引入单分类算法,构建了多个单分类支持向量机(One-Class Support Vector Machines, OCSVM)集成的通风系统故障诊断模型。模型采用统一超参数并设计了尺度统一公式以实现多个输出尺度的统一,将通风系统故障诊断问题转变为最大决策距离问题,建立仅需正常样本参与训练的通风系统故障诊断半监督学习模型,实现对矿井监测风速数据的有效利用。进行了KEEL公开数据集和东山煤矿生产矿井实例试验,结果表明,单分类集成模型能够解决多分类问题,与其他单分类集成模型相比,单分类支持向量机集成(Multi-Class One-Class SVM,MC-OCSVM)模型具有最佳的泛化性,所提模型能够快速准确地识别通风系统故障分支,故障诊断准确率达93.2%,单次故障诊断时间为1.2 s,具有较强的鲁棒性。研究工作是实现矿井通风智能化的基础,为通风系统故障诊断提供技术支撑。

带上盖开发隧道通风流场特性及射流风机偏转角度研究

带上盖开发的隧道结构复杂,通风流场紊乱,隧道运营通风能力难以得到保障。揭示这类隧道的通风流场特性,优化隧道风机布置参数具有重要意义。以广州市某珠江过江隧道工程为背景,利用数值模拟方法,探究不同风机偏转台数、偏转角度工况下隧道通风流场特性、风机升压能力。结果表明:带上盖开发隧道风机安装位置受限、复杂结构通风阻力大,导致隧道通风流场分布不均,风机升压能力较差,风机难以提供可靠的运营通风能力;带上盖开发隧道设置3台吊顶式风机时,通过合理的设置风机偏转台数和风机偏转角度,能够稳定隧道通风流场,提高平均风速,优化隧道内通风效果;当3台吊顶式风机全部偏转布置或风机偏转角度大于5°时,虽能增大未安装风机一侧的通风风速,但会导致射流分布不均,安装风机一侧风速降低,过多射流偏转也将携带更多动能撞击隧道壁面,导致射流遭受的能量损失增大,不利于隧道通风流场的稳定;采用2台吊顶式风机偏转2°~5°布置时,此时隧道内流场分布均匀,射流风机升压系数为0.7~0.8,隧道内风机射流阻力损失约28~29 Pa,可提升风机升压力,减小风机射流阻力损失,利于带上盖开发的隧道运营通风。研究结果可为优化带上盖开发隧道射流风机布置方式和保障运营通风效果提供参考。

火源位置和风口尺寸对点式排烟烟气控制协同影响研究

为确保非着火列车处于无烟区,长大隧道通常设置中间风井。然而随着城市空间规划日趋严格和跨江越海隧道越来越多,有时难以设置中间风井,点式排烟成为一种有效的替代方案。采用模型试验、数值计算和理论分析研究火源位置和风口尺寸对烟气控制的协同影响,结果表明:当风口长度小于等于0.10 m时,临界排烟量为靠近火源风口所需的排烟量;当风口长度大于0.10 m时,临界排烟量为远离火源风口所需的排烟量。火源逐渐偏离隧道中心时,风口长度的增加先有利于烟气控制,而后对烟气控制具有反作用,风口长度临界值为0.15 m,这是排烟惯性力与由热压引起的水平惯性力竞争的结果。此外,当风口长度小于0.15 m时,最不利火灾位置在C处;当风口长度大于0.15 m时,最不利火灾位置在D处。

船舶机舱气流组织及温度场优化设计

为解决原方案机舱空气流动存在死角和局部过热区的问题,综合考虑进风量、甲板开口、机舱设备和管路布置、风管开口位置和开口数的影响,对某大型散货船机舱通风方案进行优化,并进行有限元仿真。结果表明:在相同通风配置条件下,优化方案的机舱整体区域温度为48℃,相较原方案降低21%,其气流组织流通情况也得到显著提升。研究成果可为船舶机舱通风方案设计提供一定参考。

探究供热通风与空调工程的施工技术要点与节能控制措施

在当代,低能耗、低污染及低排放是建筑工程施工的必然要求,同时也对其性能提出了更高的要求,如对环境友好、绿色和高效。暖通工程在绿色建筑中的运用是非常关键的一步,只有适时地转变高强度、高环境污染的施工方式,重视空调工程品质的提高,才能取得较好的节能和环境保护成效,促进企业的环保和节能。同时,在通风空调装置的安装过程中,要提高对有关施工的掌控程度,按照施工技术应用要求和通风空调装置的结构进行工程施工,确保建筑通风空调工程质量的提升。供热通风和空调工程施工水平已成为衡量施工部门资质的有效依据,为满足现阶段行业发展需求,施工团队需要进一步规范施工,严格依照建筑物施工方案与安装标准,严格制定现场施工管理策略,提升施工人员技术水平,确保各施工环节的科学性、合理性。

发动机舱通风冷却快速评估方法研究

针对飞行器在高速巡航状态下发动机舱热环境复杂,缺乏准确快速评估手段的难题,基于一维数学模型提出了一种发动机舱通风冷却快速评估方法。在分析发动机舱典型的热环境及传热特点的基础上,分别建立了发动机舱通风冷却的三维CFD模型以及基于AMESIM的快速评估数值模型。具体分析了不同冷却气流量、温度下发动机舱的温度分布,比较了2种模型之间的相对误差。结果表明:冷却气流量在0.2~1.0 kg/s时,快速评估数值模型与三维CFD模型计算结果相对误差最大不超过3.5%;冷却气温度在353.15~423.15 K时,快速评估数值模型与三维CFD模型计算结果相对误差最大不超过4%。

城市综合管廊通风系统设计研究

随着城市综合管廊建设规模的不断扩大,通风系统的重要性越来越显著,其有利于营造良好的运行条件和管理环境,降低火灾事故发生概率。论文研究了城市综合管廊通风系统设计,在掌握工程概况的基础上,从设计参数、通风形式、通风效果、系统控制、节能降噪、通风口部等方面出发,分析了通风系统设计的要点,强调了综合舱、高压舱以及附属用房通风系统的具体要求,在满足城市综合管廊通风需求的同时,能够兼顾经济效益、社会效益、环保效益,提高工程建设效果。

建筑节能工程中的供暖通风节能设计

能源问题逐渐成为世界各国都非常重视的问题,随着各国工业化进程的发展,地球中目前可以供人们使用的燃料资源越来越少。在工业不断发展背景下,能源消耗在不断增加,尤其是建筑能耗已经达到各种能源消耗的1/3。另外,我国幅员辽阔,很多地区居民都要靠采暖应对严寒,但是采暖燃煤会污染大气。在人们生活水平不断提高的背景下,节能建筑逐渐成为建筑发展的重点。基于此,对建筑节能工程中供暖通风节能设计进行研究。

基于反向漏风的地铁区间隧道并联通风机运行调节优化

为明确隧道运营期间并联通风机的调节依据,依托青岛地铁八号线大洋站至青岛北站区间隧道,搭建隧道通风系统模型。通过并联试验,测定了通风机变频频率、电功消耗值及相应风量,并以功率差值占比、通风效率为依据,探究并联通风机的反向漏风规律和最佳频率匹配范围。结果表明:由于管网结构的影响,并联通风机反向漏风存在抑制临界点;为避免反向漏风,并联通风机变频调速处于额定转速的30%~50%、>50%~70%、>70%~90%时,其功率差值占比不宜大于1.6%、6.1%、17.6%;并联通风机同型号同频率运行时,通风效率不一定最优,要使并联通风机增效减耗运行,风机变频调速宜处于额定转速的70%~90%且功率差值占比≤6%。频率匹配范围的确定可为隧道运营期间并联通风机的变频调节提供参考。