水雾对钻孔瓦斯爆炸火焰的抑制效果研究

利用自行研制的钻孔瓦斯气体燃烧受限空间与水喷雾系统,对细水雾抑制瓦斯爆炸火焰的效果进行了实验研究。结果表明:水雾对气体爆炸火焰的抑制效果与雾通量、雾动量和雾滴粒径有关。雾滴粒径越小,灭火时间越短。喷雾压力越大,灭火效果也越强。其中喷头IV的灭火效果最佳,当压力为2.0 MPa,不到6 s就可以将火焰完全熄灭。     

水雾抑制钻孔瓦斯爆炸火焰效果试验

为了研究水雾对瓦斯爆炸火焰传播的抑制效果,利用自行研制、加工的钻孔瓦斯气体燃烧受限空间与水喷雾系统,对不同压力、不同喷头作用下细水雾抑制瓦斯火焰的效果进行了试验研究.试验结果表明:水雾对气体爆炸火焰的抑制效果与雾通量、雾区长度、雾动量和到达水雾区火焰的传播速度有关.雾滴粒径越小,灭火时间越短,灭火效果越强.喷雾压力越大,灭火时间越短,灭火效果也越强.喷头在压力为2 MPa时,实际雾区长度最小为70 cm时,不到6 s就可以将10 m/s左右的火焰完全熄灭.     

冲击作用下铀尾矿坝损伤与氡析出规律北大核心

冲击损伤会破坏铀尾矿坝体结构,给周边及下游人身财产安全带来潜在危害。通过自研水平冲击试验台开展铀尾矿库坝体冲击模拟试验,研究冲击速度逐级加载下坝体损伤特征及其坝体损伤氡析出规律。结果表明,冲击对坝体的损伤主要表现为表面单主裂隙发育和穿透破坏,穿透深度随冲击速度的增加而增加,红土层穿透破坏后的穿透深度的变化速度增大;红土层穿透前的氡浓度累积增长速率快于穿透后,穿透深度与整体氡析出率的规律呈现为缓慢上升(OA)-快速上升(AB)-趋于平稳(BC);穿透深度与降氡系数之间呈现快速下降到趋于平稳的规律,在红土层穿透后的3~7 cm穿透区间内降氡系数变化仅为2.94%。其结果可为铀尾矿库坝体安全稳定性研究提供参考。     

定向长钻孔孔内压力分布规律及影响机制研究

为了研究定向长钻孔孔内压力变化规律，基于质量和动量分析法，利用相似性原理结合PVC管路气体流动试验，推导得出定向长钻孔孔内压力分布模型。研究表明：钻孔孔内主流速度沿管长呈指数型分布，动量交换系数与钻孔孔内的相对动能差呈线性关系；动量交换在总压力损失中起决定性作用，伯努利方程无法体现；钻孔孔内负压与孔口负压呈正比，孔内负压损失量与孔口负压无关；定向长钻孔孔内负压与钻孔深度呈指数关系；存在1个钻孔直径，使得长钻孔内百米负压损失最小。     

瓦斯爆炸冲击波超压的衰减规律

运用质量守恒、动量守恒和能量守恒定律及爆炸气体动力学理论等,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波的衰减规律进行研究.通过对瓦斯爆炸冲击波衰减规律分析表明:爆炸冲击波波阵面上的最大超压与传播距离和巷道断面积的平方根成反比,与瓦斯的初始爆炸能量的平方根成正比.实验与理论计算的对比结果表明:理论计算的数据与实验获得的数据比较接近,证明了冲击波超压随距离衰减公式的合理性.     

水射流割缝深度分析及现场试验研究

针对目前水射流割缝深度无法精确确认的问题,基于动量守恒定律推导二维平面内水射流截面速度分布规律,以水射流射流功率与冲蚀煤岩体积的线性关系、水射流动压衰减规律及Mohr-Coulomb准则等为基础,确定水射流冲蚀煤岩深度随时间的变化规律及水射流割缝的影响范围,并在川南某矿2#煤层2472风巷掘进工作面进行顺层钻孔割缝现场试验,对比计算水射流割缝深度、最大割缝深度。研究结果表明:理论计算值与现场试验实测值之间最大误差分别为8.67%、8.53%。     

浮选机的气体分散性能述评

气体在矿浆里的分散状态用气泡直径、气体率和气体升速三个指标描述。本文介绍了他们的定义和在工业浮选机内测量它们的仪器和典型的测量结果。研究发现浮选速率常数与气泡直径、气体率和气体升速都不相关，但与气泡表面积通量呈线性相关。气泡表面积通量是气体分散特性的综合反映。气泡分散特性测量结果可以用于浮选机的计算机仿真、优化充气量、搅拌速度等浮选操作参数。     

基于大采高仰采面的煤壁片帮数值模拟研究

片帮往往引起冒顶,而冒顶的扩大引起片帮的加深,甚至使顶板破碎,引起支护方式的失效,造成机电事故、支架失稳等现象,严重影响了矿井的安全生产。为了研究大采高工作面煤壁片帮因素,采用UDEC数值模拟软件,分析了不同采高下和不同工作面深度下煤壁最大片帮深度与采高关系以及工作面埋深的关系曲线。研究得出:随着工作面采高的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增大;当采高小于4 m时,最大片帮深度增长幅度较缓,当采高大于4 m时,最大片帮深度增长较快,说明影响煤壁片帮剧烈程度的分界线为4 m;随着工作面埋深的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增加。该研究为预防大采高煤壁片帮提供一定的理论指导。     

氧化铝厂赤泥制备H2S吸附剂的试验与应用

介绍以广西平果铝业公司氧化铝厂赤泥为主要原料制备硫化氢气体吸附剂的工艺及吸附性能.结果表明吸附剂最佳配方为赤泥80%～85%,助剂15%～20%,辅以赤泥附液为润滑剂;焙烧活化的最佳温度为300～350℃;吸附温度在20～60℃,吸附剂的穿透硫容最大为19.3%.利用该吸附剂净化黄磷生产尾气工业试验,取得了比较理想的结果.     

煤炭低温氧化自燃过程指标气体影响因素关联分析

对煤炭自燃指标气体问题展开了进一步的研究.经对比实验,分别找出当实验初始温度、程序升温速率、干空气流量、煤样粒度和煤样量等实验条件发生变化时,对煤自燃程序升温实验中气体产生规律造成的影响.并运用邓氏关联度分析法及斜率关联度分析法对实验数据进行定量分析,从CO的角度分析,初始温度的设定对CO气体产生规律的影响最大;从C2H4的角度分析,程序升温速率对C2H4产生规律的影响最大,煤样质量对其的影响次之.综合考虑,针对低温矿井煤矿的煤自燃程序升温实验,初始温度是影响气体产生规律的关键因素,煤样质量和程序升温速率次之.     

考虑含水率影响的煤岩变形及渗透率模型

煤矿开采深度不断增加,煤层瓦斯含量升高导致动力灾害逐渐增多,给煤矿安全开采带来严峻考验。对于瓦斯在煤层中流动的研究一直以来都备受关注,其中渗透率正是影响煤层中瓦斯流动的关键参数之一。因此,为准确模拟开采环境变化导致的煤岩变形及渗透特性变化,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同含水条件下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑含水率的吸附方程和吸附-渗透率模型,探讨含水率和孔隙压力共同作用对煤岩变形及渗透特性的影响。研究结果表明:①孔隙压力升高过程中,径向应变及轴向应变随孔隙压力的升高均呈降低趋势,瓦斯流量的变化呈上升趋势,煤基质由于吸附瓦斯产生膨胀变形,体积应变逐渐减小。②当含水率恒定时,随着孔隙压力的升高,瓦斯吸附量随孔隙压力增大先增大而后趋于平缓,产生的吸附变形的变化趋势与其相同;当孔隙压力恒定时,煤岩的吸附量和吸附变形均随着含水率的增大而减小。③在恒定含水率条件下,煤岩渗透率曲线随孔隙压力的升高先减小后趋于平缓;而在相同的孔隙压力条件下,随含水率的增加,煤岩渗透率整体逐渐减小,而且含水率越大孔隙压力对渗透率的影响越弱,水分子对渗透率的影响越强。④构建了考虑含水率的吸附量计算方程,并在此基础上进一步构建考虑含水率煤岩吸附-渗透率模型,其中所计算的渗透率值与试验所测结果基本一致,反映了煤岩渗透率变化规律。     

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究, 得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线, 进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明, 弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响, 随着粘度增大, 其初始力从0点逐渐抬高, 最大凿深u_max逐渐变小; 由于岩石粘性耗能的原因, 传递到岩石中的总能量E_R加大, 最大凿深减少, 凿入效率降低。     

铍材应力常数的X射线法测试

在X2001应力分析仪上采用悬壁加载法测试用于被X射线应力测试的五个衍射晶面的应力常数。结果表明,铍的五个衍射晶面的应力常数差异较大,在进行X射线应力分析时,采用相应衍射晶面的应力常数,才能获得准确的应力分析结果。由于X射线对铍有较大的穿透深度,必须考虑X射线穿透深度对应力常数标定的影响。     

煤和瓦斯突出的固流耦合失稳理论

根据煤体变形破坏与其中瓦斯渗流的相互影响和相互作用机理，提出了煤和瓦斯突出的固流耦合失稳理论，即突出是含瓦斯煤在体采掘活动影响下，局部发生迅猛，突然破坏而造成的，是应力、瓦斯及煤质３个主要因素综合作用的结果。采用Ｄｉｒｉｃｈｌｅｒ势能量小原理作为突出发生准则，建立了瓦斯对影响的本构关系及煤和瓦斯突出固流耦合的数学模，并用有限元法进行数值模拟，结果表明，采深和瓦斯压的增加都将使突出发生的危险增加。     

基于RNG k-ε湍流模型的3D采空区瓦斯上浮贮移

为研究工作面后方采空区3D空间瓦斯上浮特征,根据质量守恒、动量守恒和Fick定律,建立综放采空区风流-瓦斯变密度混合气体非线性渗流-扩散控制方程。结合大兴矿N2-706工作面实例,运用CFD软件模拟三维采空区瓦斯运移及分布的状态;流场冒落非均质按照“O”型分布描述,计算采用RNG k-ε湍流模型,并考虑重力场条件。理论计算调整与现场实际条件和瓦斯监测记录数据相拟合,指出三维采空区形成的瓦斯分布及上浮态势,是风流移动、瓦斯组分扩散-弥散和含瓦斯风流密度差引起上浮迁移的结果,也是流场瓦斯不断解吸涌出与漏风不断流入所形成的一种动态平衡结果。研究结果表明,采空区高位抽采流量与抽采获得的瓦斯体积分数近似呈反比例函数关系、与回风巷瓦斯体积分数呈负指数函数关系。     

剪切载荷作用下岩体结构面动态接触特征数值模拟

准确认识岩体结构面的动态接触特征是评价和预测结构面剪切行为的基础.首先,通过FISH语言修正了FLAC3D软件自带的INTERFACE本构模型,使其能够准确表达粗糙结构面在剪切过程中的力学行为;然后,采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究,分析了法向应力和结构面粗糙度...     

透气夹矸层对煤层瓦斯放散特性影响研究

利用自行研制开发的煤层瓦斯放散试验装置,以含透气夹矸层型煤试样为研究对象,以试样内瓦斯放散速度和累积放散量为研究参数,系统研究了透气夹矸层对煤层瓦斯放散特性的影响,并对瓦斯在含透气夹矸层煤层中的放散机理进行了分析探讨.结果表明:含透气夹矸试样与全煤试样瓦斯放散速度均随时间呈幂函数单调衰减,瓦斯累积放散量均随时间呈有上限的单调递增;瓦斯吸附平衡压力越大,瓦斯放散初速度越大,且相同时间段内瓦斯累积放散量越大;在相同吸附平衡压力下,含透气夹矸试样的瓦斯放散速度在初始10min内明显大于全煤试样,在30～90min之间两放散速度曲线出现交叉,而含透气夹矸试样的瓦斯累积放散量在前120min均大于全煤试样.透气夹矸层的存在增大了煤层的渗透率,为煤层中瓦斯放散提供了运移通道,创造了瓦斯放散的有利条件,使煤层的瓦斯放散效率得到提高.     

不同瓦斯压力原煤全应力应变过程中渗透特性研究

煤炭地下开采过程中,常会遇到不同瓦斯赋存压力和三维受力状态等复杂条件下的煤岩体瓦斯渗透问题,为系统探究其瓦斯渗透规律,利用改进的MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,开展了原煤三轴压缩全过程渗透试验,对不同瓦斯压力原煤三轴压缩全过程中渗透特性进行了探讨,分析了煤岩变形破坏过程中其瓦斯渗透特性,以及不同瓦斯压力下煤岩的瓦斯渗透特性。结果表明：煤岩瓦斯渗透率-应变曲线与煤岩三轴压缩全应力-应变曲线具有很好的对应关系,其瓦斯渗透率随加载变形破坏呈先减小后增大趋势,在峰前70%~85%应力水平时达到最小值,煤岩瓦斯渗透率在应力峰值附近时均有不同程度的急剧上升;另一方面,煤岩瓦斯渗透率和瓦斯流量随瓦斯压力的升高呈先增加后减小的趋势,瓦斯压力为1 MPa时达到最大值,在1~3 MPa时,煤岩具有较好的渗透能力,针对现场实际情况,通过类似分析,设定合理的抽采负压区间,从而保证煤与瓦斯共采安全高效进行。     

Numerical comparison of coal spontaneous combustion danger influenced by different methane drainage patterns in gob area

The influence of gas drainage on float coal spontaneous combustion in the work face with “U” style ventilation was studied. Numerical simulation was used to compare the mutative law of steady flow and density field in the gob area under different drainage conditions by solving the equation set, including mass, momentum, and component transition. Consequently, the sequence of drainage effect and safety was obtained. The result manifests that the more effective the drainage pattern is, the easier float coal spontaneous combustion is caused due to air being guided into the depth of the gob area when the drainage position is arranged in the gas accumulation area. If the widened scope of oxidation zone exceeds the upper limit of the work face advancing speed, nitrogen injection should be applied to decrease the probability of spontaneous combustion. Then, the pipe laying drainage in the upper angle is most economical and safe compared with other drainage patterns when only the situation of gas accumulation is controlled in the upper angle. Finally, drainage pressure must not be too great. Otherwise the drainage density will decrease even if hazard is caused by back flow possibly happening in the return outlet when the drainage position is arranged near the work face.     

基于LS-DYNA的射孔弹侵彻煤层可行性探究

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯预抽问题,采用LS-DYNA3D非线性动力学有限元分析软件对射孔弹压垮药型罩形成射流过程和侵彻煤层进行了数值模拟,分析了金属射流的形成以及侵彻煤层作用范围,侵彻深度1.4 m。并与无药型罩射孔弹侵彻煤层即切缝药卷爆破进行了对比。结果表明,侵彻深度较无药型罩射孔弹提升了250%,作用面积提升了2592%。