五阳煤矿瓦斯抽采参数优化研究

针对五阳煤矿煤层松软、透气性低、瓦斯抽采困难等问题,以瓦斯抽采技术为主要研究内容,结合该矿生产现状,应用RFPA软件建立模型,通过数值模拟对瓦斯抽采效果的影响因素进行了系统的分析。研究了边掘边抽的抽采工艺,优化了瓦斯抽采系统的抽采钻孔的合理夹角,对瓦斯抽采效果进行了分析。在此基础上,针对目前瓦斯抽采系统存在的主要问题,提出解决方案,以提高瓦斯抽采率,确保煤矿安全高效生产。

受限空间瓦斯爆炸与氢气促进机理研究

为探索受限空间中瓦斯爆炸及氢气对爆炸过程的影响,采用GRI-Mech 3.0甲烷燃烧机理,建立受限空间中瓦斯爆炸的数学模型,应用CHEMKIN软件,对受限空间内瓦斯爆炸过程及氢气对反应物浓度、活化中心浓度、主要致灾性气体浓度的影响进行模拟分析。通过对反应机理的敏感性分析,找出影响瓦斯爆炸及爆炸后主要致灾性气体生成的关键反应步。结果表明:混合气中分别充入0.5%,2%,3.5%氢气时,爆炸时间分别提前0.005 7,0.010 5,0.011 1 s;爆炸后压力分别提高2.53,4.05,7.60 kPa;爆炸后温度分别提高20,60,100 K。由此可见,随着混合气中氢气含量的增加,瓦斯引爆时间越来越短,其爆炸强度也随之增大,且氢气在一定程度上对有害气体CO,CO2,NO,NO2的生成有很大影响。

矿井热环境人体热舒适性研究

通过对热平衡条件下矿工皮肤平均温度、排汗率、皮肤湿度和工作时间上限等主观热应力指标的计算分析,发现在满足一定环境湿度条件下可将回采工作面干球温度上限放宽至28℃。在此基础上,应用人体热平衡模型,结合实测数据提出含有多个主客观指标的热舒适区图概念。在同时满足矿工热平衡及出汗率条件下,根据从事一定劳动强度的矿工所对应的皮肤平均温度曲线将热舒适区图划分为非工作区、舒适区及禁止工作区。采用兖州煤业集团东滩煤矿某回采工作面实测数据及流场、温度场模拟结果,验证了干球温度上限有条件地定为28℃及热舒适区图的正确性。

煤低温氧化自热模拟研究

针对煤低温氧化实验装置系统,在煤样平均粒度为2.0mm、装填系数为0.75～0.85、空气流速为10cm/min、相对湿度为80%～85%的条件下进行了3个煤样的实验测试;并根据热力学与传热传质学理论,遵循能量守恒定律和质量守恒定律,建立了描述煤低温氧化自热的数学模型。数值解算结果与实际试验结果得到了较好的验证,表明该模型可以用来模拟煤低温氧化自热过程,对煤自然发火期进行预测。

古书院矿坚硬顶板“三带”发育规律研究

文章运用理论计算、数值模拟和钻孔窥视现场探测的方法,研究了古书院矿15#煤层坚硬顶板的裂隙发育规律及"三带"分布。通过15#煤层"三带"分布研究,确定15#煤层的裂隙带最大发育高度。基于对古书矿15#煤层裂隙带瓦斯运移规律的研究,结合顶板岩性,为15#煤层建立抽采系统治理瓦斯的可行性、合理性论证提供依据,形成了以"顶板高位钻孔抽采、采空区埋管抽采"为核心的立体综合抽采技术。

新型微胞囊阻爆剂抑制瓦斯爆炸研究

为考察新型微胞囊阻爆剂抑制瓦斯爆炸的效果,设计并制作了一套包含爆炸主体及辅助设施的瓦斯爆炸模拟实验系统。应用该实验系统研究了纯水水雾和1%体积分数微胞囊阻爆剂细水雾作用下不同体积分数甲烷(甲烷体积分数分别为7%、10%和12%)的瓦斯爆炸过程的热力学及动力学特性,测试瓦斯爆炸过程中温度、火焰传播速度及爆炸压力等参数的变化规律。实验结果表明,添加有微胞囊阻爆剂的细水雾可以在较短时间内降低瓦斯爆炸温度及压力,对7%甲烷的瓦斯爆炸速度降低幅度较大,对12%甲烷的瓦斯爆炸速度降低效果不明显。

MVSS3.0通风仿真软件的可靠性及应用研究

针对阳城某矿通风系统改造后通风阻力的确定问题,基于矿井通风网络理论及计算机仿真技术,运用MVSS3.0系统对矿井通风系统进行了仿真计算、分析,证明所采用的仿真系统是有效和可行的;运用该仿真系统对改造后的通风系统进行仿真模拟,以此论证通风系统改造技术方案,并预测了通风系统改造后的通风状况,为调整风机安装叶片角提供基础数据。

香山矿通风系统优化研究及应用

为优化香山矿矿井通风系统,在地面两风井间建1道联络风道,拆除井下己组与丁戊组总回之间的联巷风门,并联使用2个采区总回风巷、风井,使原有的2个独立的回风井变为由1套主要通风机服务全矿井。通风系统优化后,减少了主要通风机运行费用、维护费用、人工费用;降低了矿井回风系统阻力,使矿井风量与负压的关系符合煤矿技术规范要求,最终实现矿井高产高效安全生产。

霍尔辛赫煤业3~#煤层瓦斯地质规律研究

通过对霍尔辛赫煤业瓦斯地质等相关资料的收集整理,总结分析了3#煤层瓦斯的赋存规律,介绍了影响3#煤层瓦斯赋存的影响因素,利用surfer8.0等值线绘制软件绘制霍尔辛赫煤矿3#煤层瓦斯含量分布等值线预测图,揭示了3#煤层瓦斯与煤层埋深的线性关系,为矿井的瓦斯综合治理和瓦斯资源开发与利用提供重要的依据。

掘进巷道煤壁瓦斯涌出极限长度研究

矿井瓦斯涌出量预测是矿井通风设计、制定瓦斯防治措施的依据,巷道煤壁瓦斯涌出极限长度的确定对于煤巷掘进工作面瓦斯涌出量预测尤为关键。通过对保德煤矿88501回采工作面胶运顺槽试验研究,得出了保德煤矿88501回采工作面掘进巷道瓦斯涌出极限长度,提高了煤巷掘进工作面瓦斯涌出量预测的准确性。

采空区孔隙率非均质模型及其流场分布模拟

分析了现有采空区渗透率分块取值或仅按走向上连续分布取值计算方法的缺点,引用顶板岩层沉降理论,建立了垮落带介质孔隙率和渗透率的非均匀连续分布模型;并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,采用多孔介质流体计算的单区域处理方法,建立了涵盖工作面与采空区统一流场的数学模型.U型采场模拟分析表明:距煤壁10 m以内,受支架和煤柱支撑作用,孔隙率较大为0.4左右,采空区深处岩层沉降明显,其深部边界处孔隙率已接近0.1,总体上采空区倾斜方向和工作面推进方向上孔隙率表现为二维分布规律;漏风风流沿工作面倾向在中间位置点之前即汇出,沿采空区深度方向上漏风强度逐渐减小,在距工作面约40 m时趋于一致,总体上漏风流场垂直于工作面煤壁的中心线呈现出非对称的分布规律.

煤和瓦斯突出过程中地应力作用机理

基于岩石破裂损伤理论和气固耦合方法,利用RFPA2D-GasFlow数值模拟系统,结合煤体中应力分布情况和瓦斯突出破坏过程及结果,分析了煤与瓦斯突出三要素(地应力、瓦斯和煤体物理力学性质)中的地应力在瓦斯突出过程中的作用.研究结果表明,在地应力小于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有阻碍作用;当地应力大于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有双重作用:一方面其产生的水平压应力增强了煤体抵抗破坏的能力;另一方面其产生的剪切应力促进煤体发生破坏.同时应用研究结果对浅埋煤层瓦斯突出问题进行了分析,认为浅埋煤层承受的地应力较小,煤层中存在着水平拉应力和垂直拉应力且是大范围存在的,故导致浅埋煤层发生瓦斯突出且多发生特大型瓦斯突出.

煤层自然发火特征气体的光谱定量分析

针对煤层自然发火特征气体种类多、检测限低、现场监测仪器安全要求高等特点,提出采用傅里叶变换红外光谱分析实现气体的在线分析。并结合气体的吸收光谱特征与分析要求,从光谱仪参数选择、样气制备、特征变量提取与分析模型建立方面,介绍了一套行之有效的特征气体光谱分析方法,然后给出了CH4,C2H6,C3H8,iC4H10,nC4H10,C2H4,C3H6,C2H2,SF6,CO和CO2的测试结果。结果表明,采用Tensor 27光谱仪在光谱分辨率为1 cm-1,光程为10 cm情况下,所有气体的分辨率优于2×10-6,满足煤层自然发火气体检测要求。这表明,红外光谱分析是一种潜在的煤层自然发火特征气体分析技术,所采用的方法可以用来进行煤层自然发火特征气体的在线分析。

水平90°弯管内冰浆流体流动特性的数值模拟

以水平面上90°弯管内冰浆流体等温流动为研究对象,采用双流体混合模型,借助于计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了90°弯管内冰浆流体三维流动特性。结果表明,冰浆流体在弯管内湍流流动过程中,会呈现出类似于单相流体流经弯管时的二次流现象。弯管内的二次流动加剧了冰粒子与液体相间的混合,使得冰粒子在弯管出口截面处趋于均布。通过比较不同湍流模型计算获得的冰浆流体管道压降,发现模拟值与实验值间的相对误差均可控制在±20%内,但模型精度不尽相同;当浆体处于低速高浓度区域时,k-ε湍流模型预测效果较为理想。随着冰粒子浓度降低,由k-ω和SA(Spalart-Allmaras)湍流模型得到的管道压降模拟结果与实验测试值更为接近。

竖直管道内冰浆流体流动特性的数值模拟

为研究竖直管道内冰浆流体流动特性,采用基于颗粒动力学理论的两相流双流体模型,通过CFD模拟研究了竖直管道内冰浆流体的等温流动过程。结果表明,在竖直管道内冰浆湍流输送过程中,流速沿管道中心轴线处近似呈对称分布。当冰浆流速较低时,管道截面处冰粒子的速度分布梯度较小,浓度分布趋于均匀,而随着冰浆流速升高,冰粒子的流场及浓度场均呈现出一定的梯级分布:管道近壁面处冰粒子浓度较低,而管道中心处冰粒子浓度较高,并在略偏于管道中心轴线位置处冰粒子浓度达到峰值。竖直管道内冰浆流体的流向变化对速度分布影响较弱,但对冰粒子浓度分布会产生一定影响,进而使得冰浆流体的管道压降在不同流向时存在着一定差异。

水平管道内冰浆流体阻力特性CFD模拟

以水平管道内冰浆流体无相变流动过程为研究对象,运用计算流体力学(CFD)为工具,采用两相流双流体模型,研究了管道内冰浆流体阻力特性.结果表明,沿管道流动方向冰粒子浓度场滞后于其流场的充分发展.当存在湍动时,颗粒动力学理论模型可以很好地描述冰粒子间的剪切作用.当流动为层流时,基于Thomas方程的反推黏度模型的模拟效果优于前者.若浆体输送速度进一步降低,需对冰粒子间的剪切效应进行分段考虑.

封闭空间瓦斯爆炸与抑制机理的反应动力学模拟

通过修改化学动力学计算软件CHEMKINⅢ中的SENKIN程序包,建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。利用此模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、活化中心浓度、爆炸后部分致灾性气体浓度的变化趋势进行了详细分析;通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步,同时,对水抑制瓦斯爆炸及爆炸后致灾性气体生成的机理进行了分析。结果表明,当混合气中不含水时,瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2700 K、0.22 MPa左右;当混合气中含10%水时,温度、压力将分别降低到2580 K、0.21 MPa;而当混合气中含15%水时,与混合气中不含水相比,温度、压力分别降低了180 K、0.025 MPa;同时,混合气中的水对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO2、NO2的生成起抑制作用。

空气含湿量抑制瓦斯爆炸过程的数值模拟

运用化学动力学计算软件Chemkin III中的Senkin程序包以及Chemkin 3.7中的Premix程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用美国lawreuce Livermore国家实验室甲烷燃烧化学动力学详细反应机理,包括53种组分和325个反应.利用此模型对巷道内瓦斯爆炸过程中反应物及爆炸后部分致灾性气体体积分数的变化趋势进行数值计算,分析巷道中空气含湿量对瓦斯爆炸的抑制机理.结果表明,反应过程中活性分子(OH、H、O)的体积分数是影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键因素;混合气中的水蒸汽对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO2、NO和NO2的生成起抑制作用,随着空气含湿量的增加,该抑制作用得到加强.

激波诱导瓦斯爆炸的动力学特性及影响因素

通过修改化学动力学计算软件CHEMKINⅢ中的SHOCK程序包,建立了激波管中激波诱导瓦斯爆炸过程的计算模型,化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。对激波诱导瓦斯爆炸过程中混合气温度、冲击波传播速度、反应物(甲烷、氧气)摩尔分数、活化中心(O、H)摩尔分数、部分致灾性气体(CO、CO2、NO、NO2)摩尔分数的变化趋势进行了详细分析。同时,分析了瓦斯爆炸前混合气初始压力及初始混合气组成对激波诱导瓦斯爆炸动力学特性的影响。结果表明:瓦斯爆炸后CO的摩尔分数达到0.07左右,CO2的摩尔分数为0.02左右,NO的摩尔分数为0.001左右,NO2的摩尔分数则在10-6左右;随着瓦斯爆炸前混合气初始压力的提高以及混合气中甲烷体积分数的降低,瓦斯引爆时间将缩短,爆炸后温度将降低,但压力将升高,同时,爆炸后CO的摩尔分数将降低,NO的摩尔分数将提高。

某航道水下爆破与施工

东莞水道整治起步工程,全长42 km,项目工程量大(6个子项目),炸礁区分布零散,河道狭窄,且两岸建筑分布情况较为复杂。采取2.2 m孔距、1.8 m排距、2.0 m船位距、1.5 m钻孔超深、1.5 m装药孔口堵塞长度并严格控制装药量;孔内微差爆破方案进行施工以及对施工全过程按照GB/T9002/ISO9002标准进行质量管理和控制,爆破安全防护措施严格执行《爆破安全规程》以及《水运工程爆破技术规范的有关规定》等相关安全规定,在工期紧的情况下安全高效保质保量保工期地完成了该航道的整治任务,取得良好的爆破效果、工程效益和显著的经济效益。