矿井胶带运输巷火灾蔓延规律的数值模拟研究

为探明胶带巷火灾蔓延及烟气的流动规律,以美国职业安全与卫生研究所进行的一组全尺寸巷道火灾试验为背景,应用数值模拟技术,结合输送带燃烧特性,建立火焰在输送带上传播的数值模型并验证模型的有效性,重点研究火源功率在2和4 MW条件下,风速在0.5-4 m/s范围内,输送带平均延燃速率和近火源区巷道内部温度分布。结果表明：风速对输送带的初始延燃速率有较大影响,火源功率对火焰在输送带上蔓延距离影响显著,火灾平均蔓延速率与风速呈正相关关系,巷道纵向方向温度分布规律受风速影响表现不同,顶棚附近温度随风速增加而降低,距底板1.5 m高度处温度随风速增加而升高。

高庙子膨润土膨胀力时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,30和90 d,最后采用膨胀仪对完成静置试样的膨胀力进行量测;同时结合静置过程,完成了部分试样的扫描电镜(SEM)试验。试验结果表明:高庙子膨润土的膨胀力随静置时间的增长不断减小,且前期减小明显,后期逐渐趋于稳定;膨胀力的时效性与试样初始条件有关,试样含水率和干密度越大,膨胀力随静置时间的衰减越明显,即时效性越强。SEM试验结果表明,静置90 d后,高庙子膨润土内的蒙脱石发生了水化,集合体分解,颗粒相互黏结,微观孔隙结构趋于均质化,呈现点阵式的絮状结构;试样静置过程中不同微观结构层次之间的水分重分布导致的蒙脱石水化是高庙子膨润土静置过程中膨胀力降低的主要内在原因。

脱氧型阻化剂对煤自燃的抑制效果

为对脱氧型阻化剂抑制煤自燃效果进行研究,在耗氧试验的基础上,进行抑制煤自燃试验,以CO生成量为指标对其进行优选。研究表明,无机盐阻化剂在添加耗氧剂等成分配制成脱氧型阻化剂后,不仅具有较好的耗氧效果,还具有比无机盐阻化剂更好的抑制煤自燃效果,且耗氧效果越好,抑制煤自燃的效果也越好;试验优选出的抑制煤自燃效果最好的配比为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl_2,阻化效率比无机盐阻化剂提高了43.8%以上;在一定范围内,温度越高,脱氧型阻化剂的阻化效果越好;脱氧型阻化剂对粒径越小的煤样阻化效果越差,但当煤样粒径减小到80目时,再减小煤样的粒径,其抑制煤自燃效果已无明显差别。

岩石力学数字实验教学平台建设

针对岩石力学室内实验在传统教学过程中存在的局限性,提出建立岩石力学数字实验教学平台作为辅助教学手段。该数字教学平台采用颗粒流程序PFC构建,内容包括岩石的三轴压缩强度试验、劈裂强度试验、直剪试验及单轴抗压强度试验。该平台可形象和直观地展现岩石试样在外荷作用下的变形和破裂过程、应力应变关系及内力变化,并可进行实时操作和制作成动画进行讲解。这对于提高学生对实验的兴趣、加深理论知识的理解和拓展数值分析能力具有重要意义。

加芯水泥土桩复合地基桩土应力比计算方法研究

桩土应力比是研究复合地基的一项重要参数,目前的研究对象主要为常规复合地基,如搅拌桩、碎石桩等,而针对加芯水泥土桩的计算方法研究鲜有报道。从土体、水泥土及复合桩体单元变形模式出发,综合考虑桩体负摩阻力、桩顶和桩端刺入持力层的情况,分析了桩周土体、水泥土桩及复合桩体的压缩变形,导出了刚性基础下加芯水泥土桩复合地基芯桩、水泥土桩与土体3者之间的应力比的计算公式。并分析了加芯水泥土桩芯桩直径、芯桩桩长及水泥土桩桩长对桩土应力比的影响,其主要影响表现在随着加芯水泥土桩芯桩直径和桩长及水泥土桩桩长的增加,桩土应力比np亦逐渐提高。工程实例表明,计算结果与实测值具有较好的一致性,说明该方法具有一定的工程实用性,可为工程实践提供指导。

浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础上,建立地表与复合采空区漏风模型,借助FLUENT数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区自燃危险区域的影响。研究表明,地表漏风最终汇入下部采空区回风侧,加大了其自燃危险区域范围;漏风流在向回风侧偏移的过程中,由于煤柱的阻挡,风速逐渐降低,与下部漏入的风流共同作用,使上部老采空区形成了氧浓度中间低四周高的不规则环状自燃危险区域;下部采空区进风侧向上的漏风增加了本煤层采空区的总漏风量,加大了其自燃危险区域宽度,同时增加了上部老采空区局部氧浓度,使其自燃危险性增大。

真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基固结特性理论分析

真空联合堆载预压与混凝土芯砂石桩复合地基相结合是处理深厚软土地基的一种新方法。该方法既能利用预制混凝土芯桩提高地基承载力,又能利用砂石外壳缩短排水路径、传递真空负压,加快固结。根据真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的固结特点,将堆载预压和真空预压的固结效应分开考虑,然后再进行叠加,推导出了真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的平均固结度解析解,并利用三维数值模拟对平均固结度解析解进行了验证。通过对解析解的参数分析,探讨了置换率、涂抹区大小及渗透系数、混凝土芯砂石桩长径比和芯桩率对混凝土芯砂石桩复合地基固结特性的影响。结果表明,混凝土芯砂石桩复合地基的固结速率随着置换率和芯桩率的增大而增大,随涂抹区和砂石外壳直径之比、未扰动区和涂抹区渗透系数之比、长径比的增大而减小。

以耗氧时间为指标的脱氧型阻化剂优选试验研究

为进一步改善无机盐阻化剂抑制煤自燃的效果,在无机盐阻化剂中添加耗氧剂等成分,配制出具有耗氧与隔氧双重作用的脱氧型阻化剂。通过正交试验,得出不同配比脱氧型阻化剂的耗氧时间,并根据耗氧时间分析其在不同采空区中的适用性。研究表明,NaCl,CaCl2和MgCl2等3种无机盐对耗氧时长影响的显著性为R（CaCl2）〉R（NaCl）〉R（MgCl2）,因此,只含有MgCl2的脱氧型阻化剂耗氧速度最快,其组成为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl2;当温度为20~99℃时,该配比脱氧型阻化剂的比耗氧时间随温度的升高而缩短。

阻断漏风供氧的脱氧剂在密闭中的应用研究

工作面回采过程中产生的超前支撑压力,会对上区段回采过程中在联络巷构筑的密闭造成破坏,使之产生裂隙出现漏风,向采空区供氧。为解决目前密闭出现裂隙后只能采取措施减少漏风而不能将漏风中氧气消耗、除去的弊端,利用具有耗氧功能的脱氧剂,设计了主动脱氧型密闭,并通过数值模拟将普通密闭与该密闭漏风时氧浓度分布进行对比。研究表明:相同漏风情况下,普通密闭中添加脱氧剂成为主动脱氧型密闭后,使漏出密闭风流的氧浓度大幅降低,有效减少了进入采空区的氧气量;另外,经过脱氧的密闭漏风,剩余高浓度的N2,对采空区起到了惰化效果,降低了采空区附近的氧浓度。

线火源与点火源在巷道火灾中烟流特性对比

为揭示井下线火源与点火源诱导火灾的不同,达到有针对性的进行矿井火灾防治,依据两种火源类型的燃烧特性,应用火灾动力学模拟软件FDS,建立了符合井下火灾燃烧特点的矿井平巷火灾模型,模拟对比分析了两类火源在相同火灾场景下烟气运动过程、速度分布及温度衰减规律.研究结果表明:在1.2 m/s风速条件下,线火源在顶棚射流过程中烟气的水平运动速度大于点火源,烟流逆流长度较长;巷道中截面火源附近速度最大,可达3.5 m/s,由于节流作用和输送机的遮挡,上风向顶板附近及输送机后部风速减小.顶板最高温度随火源距离的增大出现衰减,且线火源的衰减速度小于点火源,竖向温度由巷道顶板向底板方向递减.因此,线火源的火灾危害性更大,在火灾防治中应该给予更高的关注.

基于广义Gibson模型的大面积荷载下地基沉降计算方法

随着经济的快速发展,我国大型建(构)筑物、围海造地和场地形成工程日益增多,大面积荷载下的地基沉降问题日益突出,因此开展大面积荷载作用下地基的沉降计算理论研究具有重要的理论价值和现实意义。基于广义Gibson地基模型,考虑地基参数随深度变化的非均质性,求解出大面积荷载作用下地基中心点的竖向位移解析解,利用解析分析对"大面积"荷载进行了讨论与定义。最后,通过上海某大面积场地形成工程实例和三维数值模拟验证了该方法的可行性。结果表明,该计算方法能够较好地反映大面积荷载作用下地基的沉降规律,对于实际工程中预测大面积荷载下地基沉降具有应用价值。

岩石地下工程数字教学平台建设

文章采用有限差分程序FLAC及科学计算软件Mathematica建立岩石地下工程数字教学平台。通过FLAC数值模拟,形象和直观地展现围岩中二次应力分布及规律,并解释了新奥法初期支护的原理;采用Mathematica对理论解析解进行可视化处理,形象展现围岩力学参数对二次应力分布的影响。该平台对于提高学生学习兴趣、加深理论知识理解和拓展数值分析能力具有重要意义。

郑州单桩静载曲线不同模型下拟合的对比分析

基于郑州地区单桩静荷载测试曲线Q-s的特点,引入双曲线模型(普通双曲线模型、修正双曲线模型)、完整指数曲线模型与生长曲线模型(MMF模型、Gompertz模型),采用粒子群算法分别获得各模型的拟合方程式,并对拟合情况进行对比分析.结果表明,对于郑州地区不同类型的单桩静载荷试验数据,MMF模型的拟合效果明显优于普通双曲线模型、修正双曲线模型、完整指数曲线模型和Gompertz模型,且可用于预测该地区的单桩极限承载力.

新型固化剂搅拌桩桩身质量试验研究

本文介绍了一种新型的固化剂,它以炼钢产生的"固体废弃物"为主要原料,并加入一些外加剂配合而成。为了研究这种新型固化剂搅拌桩在工程中的适应性,进行了新型固化剂搅拌桩现场试验,并且为了对比分析,施工了相同掺量的水泥搅拌桩。通过无侧限抗压强度试验和标准贯入试验分析了新型固化剂搅拌桩的强度变化规律,对其处理软土地基效果进行评价。试验结果表明,新型固化剂搅拌桩桩身强度和完整性明显高于相同掺量的水泥土搅拌桩,具有很强的工程推广价值。

基于事件统计的断层系统中局部断层活动规律数值分析

研究断层系统中局部断层破坏过程中事件释放能量的大小、事件的尺寸及断层活动顺序对于地震及矿震等自然灾害的预防具有重要意义.本文考虑了事件的尺寸,对Z字形断层系统中一些量的演变规律进行了统计.研究发现,各条断层上事件的数目小于剪切破坏单元的,二者具有类似的变化规律;位于标本中部的断层B上事件的最大尺寸变化晚于折拐断层A+D上的,更晚于长且平直断层C上的,但增加非常迅速,断层C和A+D的破坏造成了断层B的破坏,反过来,又引起了自身的进一步破坏,这类似于一个正反馈过程;标本中事件的b0值(事件的频次-能量释放关系的斜率的绝对值)先增后降,直到趋于稳定;在不同断层上,释放高能量的大事件的数目和尺寸可以小,也可以大;在某条断层上,释放高能量的大事件的数目和尺寸较大.通过对各条断层上大事件释放能量的统计,获得了断层的活动顺序.

纳米材料污染物在土体中运移的研究进展

纳米材料以污染物形式进入土体,并对土体环境产生影响。从理论与实验两个方面对国外相关研究进行了综述分析。理论方面主要参照胶体运移机理对纳米材料在土体中运移过程进行初步解释。实验方面,多以柱淋洗实验模拟纳米材料在孔隙介质中运移过程,并着重探究了影响纳米材料运移性能的主要因素。最后,基于现有研究的成果与不足,提出了相应的研究展望。

场地形成工程处理效果及真空度传递研究

场地形成是近年来与国外建筑单位进行大型工业及旅游园区开发、填海造地等项目合作时提出的新概念,国内外在这方面的工程经验相对不足。依托上海某场地形成项目地基处理工程,结合其中某区块进行大面积真空预压现场试验,分别对大面积真空顿压过程中的地表沉降、分层沉降和孔隙水压力等指标进行跟踪监测,并在施工前后进行静力触探试验,对超大面积真空预压法在场地形成工程中真空度的传递规律及加固效果进行了研究。试验结果表明,真空度向下传递分为4个阶段,真空预压法在上海地区超大面积场地形成工程中取得了良好的效果,值得在工程建设中进一步推广。