自燃煤矸石山火区表面温度场三维重构与实践

【目的】煤矸石山自燃灾害严重破坏生态环境,影响安全生产,已成为我国生态文明建设进程中的瓶颈问题,为科学制定灭火方法及实施灭火工程,自燃煤矸石山火区范围的准确探测至关重要。【方法】提出采用无人机热红外倾斜摄影测量技术探测高温区三维分布的思路,研发热红外图像多尺度高斯滤波细节增强技术,突出目标边缘信息;基于FLIR Tools软件开发工具包SDK (software development kit)开发热红外图像一键式批量化处理软件,利用ThreadPool高效地开展热红外图像的多线程异步处理,全局统一所有热红外图像颜色阈值与温度数值的对应关系;最后采用批量处理后的热红外图像进行自燃煤矸石山火区表面温度场三维重构,并在陕西某煤矸石山火区进行了现场应用。【结果和结论】结果表明:(1)经过多尺度高斯滤波细节增强后,热红外彩色图像细节特征得到显著增强,热红外图像信息熵由6.989提高到了7.624。(2)所开发的热红外图像批量化处理软件可在10 min内对1 000张热红外图像进行快速处理,极大提高了工作效率。(3)上述技术在陕西某煤矸石山火区现场成功构建了一区及二区煤矸石山火区三维表面温度场,分别圈定了11 693 m^(2)和10 800 m^(2)高温区,为火区发展态势评估和后续灭火方案设计提供了支撑。研究成果可应用于煤矸石山火灾、煤田火灾、垃圾填埋场火灾、森林火灾以及建筑火灾等高温场景的温度场三维重构,为火区侦查、火情调查及火源位置诊断提供详实的火场数据支持。

高寒矿区排土场生物结皮分布特点及其对土壤-植被的修复作用

生物结皮是公认的修复退化生态系统的“生态工程师”,但对其在高寒矿区排土场的分布特点及其对土壤-植被的修复作用认知还不够深入,限制了其在高寒矿区生态修复中的应用。本文以宝日希勒露天煤矿排土场生物结皮为研究对象,通过野外调查与人工接种试验,研究了排土场生物结皮分布特征及人工培育生物结皮对土壤-植被系统的影响。结果表明:(1)以藓结皮为主的生物结皮是该区地表重要覆盖物,最大盖度达49%,分布特征受到地形、维管束植物种、栽植年限影响;(2)生物结皮在维持土壤颗粒结构组成(黏粉粒含量提高6%)和养分(全碳和全氮含量分别提高24%和10%)方面发挥不可替代的重要作用;(3)以藓为主的人工培育生物结皮材料(藻:藓=1:3~4)接种后,其在提高维管束植物生产力(草本生物量最大可提高21%)以及降低土壤侵蚀方面的作用(全碳、全氮和黏粉粒含量及pH值和电导率最大可分别提高20%、16%、1%、-3%和21%)不容忽视。因此,本研究为利用生物结皮促进高寒矿区排土场土壤-植被系统整体修复的思路与实施途径提供了一定的参考。

北京市朝阳区沙子营垃圾污染物在潜水含水层中迁移规律的现场模拟实验

选择北京平原区水文地质、环境地质等方面都比较典型的沙子营垃圾堆放场,建立了其水文地质模型。在充分收集资料、分析得出部分计算所需参数后,采用现场弥散实验、勘查取样测试等方法,求得了该含水层的弥散系数等参数;用二维非稳定流溶质运移方程对污染物在此含水层中的迁移扩散规律、速度和污染范围等进行了模拟计算;采用现场钻探、取样测试分析等方法,评价了该含水层的实际污染状况。实验模拟计算和现场调查结果表明:污染物在潜水含水层中的运移规律遵循二维非稳定流场中的溶质运移方程,污染物在潜水含水层中的运移速度约为86.25m/a,迁移扩散主要发生在地下水流向上,侧向扩散宽度极小,是地下水流向上的1/17。

排土场与尾矿库复垦适宜性评价

以排土场与尾矿库的复垦作为研究对象,将其划分排土场平台、排土场边坡、尾矿库平台和尾矿库边坡4个评价单元,并选取了坡度、地表组成物质、覆土厚度和排水条件为评价因素,采用极限条件法对排土场与尾矿库复垦适宜性进行了评价。

排土场边坡稳定性分析及台阶高度的确定

以某矿山为背景,利用3D-Mine矿业工程软件绘制出不同的台阶高度下的排土场排弃终了模型,切割出不同台阶高度(10,20,30 m)下的排土场安全系数计算剖面,再利用边坡安全性分析软件Slide进行计算分析,得出其安全系数分别为2.089、1.180、0.783,最终确定排土场的台阶高度为20 m是比较恰当的。实现了对排土场边坡稳定性的预知,可为对矿山排土场现场生产管理提供依据。

电场作用提高排土场渗透性能的机理

根据多孔介质中电动力学效应,在排土场浸出过程中,提出利用电场作用强化排土场渗透性能的方法,通过机理分析探讨了电场作用对排土场渗透性能的影响。结果表明:电场作用能有效降低双电层作用对排土场渗透率的影响;在足够大的电场力作用下,孔隙中双电层产生定向迁移,双电层厚度减小,排土场渗透率明显提高;在低渗透排土场中,排土场渗透率因数随电场强度增大而单调递增;而在高渗透排土场中,电场作用对排土场渗透率影响的幅度较小,表明利用电场作用提高低渗透率排土场的渗透性能具有非常大的潜力。

电场作用对提高微生物浸矿性能的影响

在排土场微生物强化浸出过程中,结合电场生物工程技术,以氧化亚铁硫杆菌为研究对象,提出利用电场作用提高微生物浸矿性能的方法,探讨电场作用对微生物生长代谢以及渗流特性的影响。结果表明:电场作用对氧化亚铁硫杆菌生长代谢的影响非常明显,适当的电场可有效强化其生长代谢能力,过高的电流会抑制氧化亚铁硫杆菌生长;电场作用下,排土场孔隙中微生物的渗流能力明显增强,微生物电动渗流效应在渗透率高排土场中尤为明显。

应用临界滑动场技术确定排土场极限堆高

边坡临界滑动场技术从边坡与基底整体出发,通过数值计算,快速、准确地确定多层介质边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡局部和整体稳定性。应用滑动场技术的反向搜寻方法,即给定安全系数,搜寻边坡允许的最大坡角,并结合工程实例选择控制排土场稳定的剖面,进行排土场极限堆高设计。

降雨条件下老岭排土场边坡渗流及稳定性分析

降雨是导致排土场边坡失稳破坏的主要原因之一,因此研究降雨对排土场边坡稳定性的影响规律尤为重要。研究以某露天金属矿老岭排土场为例,结合二维有限元软件Geo Studio的SEEP/W模块和SLOPE/W模块,对比分析不同降雨条件下对金属矿排土场边坡渗流以及稳定性的影响。结果表明降雨对老岭排土场边坡渗流场影响较大,可以明显降低边坡稳定性,坡脚区域受降雨的影响时间最长,因此降雨条件下诱发的边坡失稳破坏大部分发生在边坡坡脚处,可以为类似金属矿排土场的安全生产提供参考。

有限差分法解析自燃煤矸石山深部温度

基于固体热传导理论的非稳态温度场模型,采用实验模拟缓慢升温期的煤矸石山内部实际导热情况,利用有限差分法对煤矸石山深部温度进行解析并研究深部温度热传导规律。结果表明:距热源0.2 m深度范围内,温度急剧下降,温升幅度较大,而随着距热源的距离增加,温度下降至40℃左右,最后趋于外界稳定温度值20℃。利用有限差分法对模型进行解析,计算得出温度实测值与解析值的最大误差为8.56℃,最小误差仅为0.02℃,说明该模型解析精度较高,适用于自燃煤矸石山深部温度的解析与定量预测。

自卸车发动机舱内热流场分析及优化

自卸车发动机舱为半开放式,且舱内散热负荷大,为避免发动机舱内散热不足、局部热害等问题,结合实车测试与CFD仿真方法分析了舱内热流场散热特性,分析结果表明,发动机舱内风扇罩上部边缘处的回流和紧贴甲板的流动会导致舱内上部热源散热不足。在甲板上增加一组导流板,基于Kriging近似模型方法对其布局进行优化后,舱内热流场得到改善,流向上部热源的冷却气流增加了13.8%,空气温度高于370K的高温区域显著减小。

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15°坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15°坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17°。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。

地下铲运机自主导航研究现状及发展趋势

为改善地下金属矿山矿石运输作业安全生产状况,提高铲运机(LHD)工作效率并降低其故障率,研究地下铲运机自主导航技术发展的现状、现存问题和发展趋势,并对现存具有代表性地下铲运机自主导航技术进行分析与总结。结果表明,当前铲运机自主导航机制尚不完善,相关的研究不全面、与实际联系不够紧密。完善导航机制,加强相关学科领域的合作,进行铲运机实地试验研究是铲运机自主导航研究成果在地下金属矿山推广应用的前提,是未来开展该课题研究工作的重点。

软弱基底排土场变形破坏治理措施研究

针对软弱基底露天矿排土场普遍存在的变形破坏问题,结合胜利东二露天矿南排土场南帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论,给出了通过探槽及滑坡变形反分析综合确定基底赋存条件及抗剪强度指标的方法;提出了对软弱基底排土场的变形治理措施;根据已有监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:在实施削坡减载措施后,各地表监测点的累计位移趋于平缓,边坡治理措施效果明显,解决了胜利东二露天矿迫切的安全问题,为同样具有软弱基底的其他露天矿排土场变形及破坏治理提供了指导。

降雨情况下排土场边坡稳定性数值模拟研究

排土场边坡不同于一般边坡,排土体为松散介质,降雨入渗对排土场边坡稳定性影响较大。为了定量研究降雨对排土场边坡的稳定性影响,以及防水和排水措施对边坡稳定性的影响,首先建立降雨情况下排土场渗流数值模型,分析排土场内部渗流场;然后对排土场边坡进行水土耦合分析,通过水土耦合分析发现降雨情况下边坡稳定性安全系数大大降低。为了服务于工程和科学研究,进一步对防渗和排水情况下排土场边坡稳定性进行定量研究。研究发现:在排土场台阶底部设置排水管道或者在排土场顶部设置防水层可以大大提高降雨情况下边坡稳定性。研究结果可为正确评价和治理该类边坡的稳定性提供科学依据。

都龙锡矿排土场松散岩土体原位直剪试验研究

介绍了都龙锡矿排土场主要是由采场爆破的岩石堆排而成,通过现场原位直剪试验,获得了排土场松散岩土体直接剪切时的剪应力-水平位移关系曲线,为矿山排土场边坡稳定性评价提供了较为真实的抗剪强度参数。

新型沙丘形突扩燃烧室三维冷态背风角度研究

常出现于沙漠的沙丘引起的流场具有较好的稳定性和较小的阻力,为能够获得较小的总压损失以及稳定的驻涡区,文中在常规突扩燃烧室的基础上提出了一种新型的沙丘形燃烧室。采用Realizable k-ε湍流模型和二阶差分格式对该燃烧室内部流场进行了数值模拟,分析了在自然条件迎风角度和突扩比一定的条件下,不同背风角度对该燃烧器内冷态流场的影响。结果表明:存在一个最优的背风角度,使得总压损失较小而且内部驻涡稳定。研究结果对沙丘形燃烧器的设计具有指导意义。

新型沙丘形突扩燃烧室三维冷态迎风角度研究

对沙丘形突扩燃烧室而言,适当的迎风角度能够保证沙丘的低阻特性并得到稳定的回流区。文中采用Realizable k-ε湍流模型和二阶差分格式对该燃烧室内部流场进行了数值模拟,详细分析了冷态条件下,当突扩比和背风角度一定时,不同迎风角度（0~70°）下沙丘突扩燃烧室内的流动特性,并总结了迎风角度对流场的影响规律,结果表明：迎风角度40°时,燃烧室总压损失小、回流区流动稳定且形状均匀饱满,燃烧室综合性能达到最优。

回收边远小油田放空天然气的撬装设计

地处戈壁沙漠中的小油田在采油时,常常将与石油伴生的天然气排往放空火炬烧掉。回收利用这些放空天然气,不仅可以防止宝贵资源的浪费和燃烧气体对大气的污染,而且还能取得十分可观的经济效益。文章结合实例介绍了采用撬装设计回收放空天然气中的NGL组分,并对回收NGL后的天然气进行压缩,然后用高压集装管束拖车运往用户的装置的设计特点、工艺流程、撬板设计、投资估算和经济效益进行了分析,认为采用撬装设计装置是回收边远小油田放空天然气的可靠且行之有效的方法,应鼓励有能力的企业进军戈壁、沙漠以回收利用仍在大量放空的天然气。

双侧进气突扩燃烧室冷态三维流场数值模拟

用k-ε模型及SIMPLE算法对双侧进气突扩燃烧室的进气道及主燃室进行了冷态流场数值模拟,分别对主燃室和进气道进行了二维模拟及三维模拟;燃烧室的突扩比为1.1。计算结果表明:在进气道的预燃室旋流器后方形成了一个细长的中心回流区,回流区延伸到预燃室外的主燃室中,主燃室在头部有一个小回流区,在进口处也有一个极小的回流区。研究结果表明,主燃烧室中现有回流区尺寸及强度不能满足火焰稳定的要求,须进一步采取其他措施以改进火焰稳定。