掘进煤巷中气体流动与瓦斯浓度分布的数值模拟研究

瓦斯爆炸是煤矿的重大灾害,掘进煤巷是井下瓦斯的主要来源之一。本文采用流体力学计算软件CFD,对煤巷掘进过程中的气体流动和瓦斯浓度分布进行数值模拟,得到了巷道内瓦斯的迁移行为和浓度分布随时间变化的规律。计算结果表明:掘进巷道爆破后,大量瓦斯气体迅速涌出,改变掘进工作面附近气体流动方向,局部瓦斯浓度迅速升高。随着时间的推移,瓦斯涌出量逐渐减小,掘进工作面附近漩涡分裂为两个较小漩涡并逐渐消失,回风巷道瓦斯浓度不断降低。     

瓦斯管网组合式多参数流体流量监测装置的研制

基于流体能量方程应用理论研究成果及流体边界层理论，针对瓦斯气体物理特性及瓦斯抽放工程测量的实际问题，提出了适用于矿井瓦斯抽放管网系统要求的组合式多数流体流量监测装置。对监测装置的多参数引发器、多参数复合传感器、信号为送器以及数字 硬件处理与计算方法等关键技术环节作了详尽的技术路线分析。     

大断面隧道穿越小夹角煤层施工中的瓦斯运移规律研究

为探明大断面隧道在通过煤层夹角比较小施工过程中的瓦斯保护与运移扩散规律,以某在建瓦斯隧道为施工背景,构建了隧道通风的三维数值模拟,并借助流体计算软件Fluent进行模拟计算。深入研究了通风时间、瓦斯的涌出情况以及风速高低等多种因素,对瓦斯扩散的影响规律。研究结果表明,不同的通风时间,检查瓦斯在隧道内的总体分布规律,瓦斯呈现上部分瓦斯浓度大,下部分浓度较低,符合实际情况;瓦斯涌出位置不同,瓦斯在隧道内的分布不同,在持续通风的作用下,距释放源越远,瓦斯含量就越小,气体含量所达到的峰值也越慢;风速越高,瓦斯气体的排放隧道速度越快,气体含量峰值也越小。     

封闭火区注惰下瓦斯气体分布规律的探讨

为研究煤矿封闭火区注入惰气抑制火灾情形下火区瓦斯气体分布规律,利用CFD流体软件Fluent建立数学模型并进行数值模拟;在试验巷道中进行了不同流量惰气注入试验,建立了相关的数学模型并对N₂和CO₂不同情形的安全、有效的注入速度进行了计算。结果表明,注惰速度对火区瓦斯分布影响较大,是诱发注惰过程中次生瓦斯事故的主要因素之一;注惰速度较小时,惰气和瓦斯混合缓慢,封闭火区巷道前方易形成危险性瓦斯气体层;注惰速度较大时,惰气和瓦斯迅速混合而起到稀释和惰化作用,紊流作用明显,整个巷道内瓦斯浓度均处于安全范围内。     

基于实测数据的工作面瓦斯分布场重建

为研究采场瓦斯分布规律,及时发现瓦斯积聚位置及预防瓦斯突出,研究了工作面瓦斯分布场的重建技术.在对工作面瓦斯体积分数分布测量结果进行分析的基础上,探讨了对实测瓦斯体积分数数据的分析扩展原则.对比研究了3种不同插值方法用于瓦斯分布场的重建,其中双立方插值法较好的反映了工作面瓦斯分布情况,提出采用基于最小二乘法的二项式拟合进行双立方外插的瓦斯分布场重建方法.最后研究了减少测点对重建瓦斯分布场的影响,给出在重建瓦斯分布场时瓦斯监测仪的测量位置的设置原则.研究结果显示该瓦斯分布场重建方法可以真实反映采场瓦斯分布,在测量数据减少时具有很好的适应性.     

瓦斯解吸过程温度变化实验测量研究

应用红外热像仪对不同吸附气体条件下煤体瓦斯解吸过程温度变化进行了实验测量。实验结果表明,煤体对瓦斯的解吸过程是吸热过程,伴随有温度的变化,煤体解吸瓦斯的同时对外吸收热量,从而使煤体的温度下降;煤体吸附的气体不同,解吸过程中由于气体膨胀吸热以及解吸吸热造成的煤体温度下降幅度也不同。煤体吸附不同瓦斯气体时解吸造成的温度下降幅度大小顺序依次为CO2>CH4>N2。对不同吸附气体条件下煤体瓦斯解吸过程温度变化曲线进行了拟合,其温度变化曲线符合指数函数。     

煤矿瓦斯可燃性气体及井下环境参数的检测

国内对瓦斯的检测以CH4检测为主,毒气的检测以CO检测为主;国外用可燃性气体的检测代替单一CH4气体的测量,毒气包括H2S的测量。文章讨论了井下环境参数检测的种类和必要性。     

综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。     

高瓦斯采空区多组分气体场分布数值模拟

在对现有研究成果分析的基础上,优化了采空区孔隙率分布函数,运用计算流体动力学理论建立了采空区多组分气体场运移分布的CFD模型;以潘三矿1472(3)工作面采空区为例进行CFD模拟,得到了氧气、瓦斯浓度三维分布规律,并分析了其分布特征,划出了煤自燃氧化蓄热区、瓦斯聚集区的三维空间范围。1472(3)进风巷侧束管实测氧浓度数据及高抽巷实测气体数据与模拟结果较为吻合,验证了CFD模拟结果的可靠性。     

CLZ-4型数显高浓度瓦斯检定器

CLZ－4型数显高浓度瓦斯检定器检测的瓦斯浓度值以数字形式显示。该检定器只有压力和温度补偿功能,检定器带有直径13mm,长150mm的管道自动取样器,只需将取样器按要求插入气体输送管道中即可实现对管道中瓦斯浓度的自动取样测量,操作极为简单方便,消除了负压气体输送管道取样困难问题。CLZ－4型数显高浓度瓦斯检定器为矿用本质安全型,适用于具有甲烷、煤尘爆炸性的气体环境中,防爆标志：iBI（150℃）。1工作原理CLZ－4型数显高浓度瓦斯检定器由电源、运算放大器、显示器、取样器等组成。1．1电源CLZ－4型数显高浓度瓦斯检定器采…     

王庄煤矿6206综放面采空区瓦斯流场及浓度分布规律研究

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对6206综放面回采不同区段时采空区瓦斯流场及浓度分布进行了数值模拟,得到了"J"型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移规律。结果表明,采用"J"型通风系统可减少采空区向上隅角的集中漏风,对有效解决工作面上隅角瓦斯积聚有着重要的作用。     

A novel approach to measure froth rheology in flotation

The current study involves a novel approach to measure froth rheology in-situ using vane. The results showed that the horizontal flow of froth towards the flotation launder interferes with the rheology measurement. A tube encircling the vane was used to minimize the effects of the horizontal flow. In order to convert the rheology raw data to rheograms, shear stress is only a function of the vane geometry and the torque values. However, it was shown that calculation of the shear rate from the vane speed depends on whether froth is fully or partially sheared.The froth characterised in this study exhibited a pseudo-plastic nature with a minor yield stress using Casson model. Therefore, froth viscosity which potentially affects froth transportation is not constant throughout the whole froth phase and it depends on the local shear rate. The suitability of the vane system to measure rheology of fluids with low shear stress was examined using a Newtonian silicone oil. It was found that the vane head should not be run in speeds above a certain range which needs to be determined. Measurements above such a speed range may not be accurate.     

基于PIV的KYF浮选机单相流场测试与分析——KYF浮选机流场测试与仿真研究(一)

随着CFD技术在浮选机设计、优化方面的应用不断深入,利用现代流体测试技术研究浮选机内部流场用以修正CFD预测结果变得愈发重要。本文建立了以PIV测试技术为核心的KYF型浮选机流场测试试验平台,用以揭示浮选机内部流场特征。流场测试表明:KYF-0.2浮选机的整体流场具有明显的上、下循环特征;叶轮底部流场说明了叶轮的抽吸作用和颗粒沉槽的原因;定子叶片之间的局部流场揭示了定子的导流、稳流作用;提高叶轮转速,流体的径向速度和轴向速度随之增加,但整体流场循环结构没有改变。另外,还探究了浮选机内部流场的PIV测试方法,为浮选机多相流场测试技术和对CFD预测结果进行修正奠定了一定基础。     

基于PIV的KYF浮选机单相流场测试与分析

随着CFD技术在浮选机设计、优化方面的应用不断深入,利用现代流体测试技术研究浮选机内部流场用以修正CFD预测结果变得愈发重要。本文建立了以PIV测试技术为核心的KYF型浮选机流场测试试验平台,揭示了浮选机内部流场特征。KYF-0.2浮选机的整体流场具有明显的上、下循环。叶轮底部流场说明了叶轮的抽吸作用和颗粒沉槽的原因。定子叶片之间的局部流场揭示了定子的导流、稳流作用。提高叶轮转速,流体的径向速度和轴向速度随之增加,但整体流场循环结构没有改变。本文探究了浮选机内部流场的PIV测试方法,为浮选机多相流测试和对CFD预测结果的修正奠定了基础。     

基于CFD的电液主控阀阀芯内部流场数值分析

以液压支架用的电液主控阀为研究对象,对其主阀芯进行了详细的流场模型建立,采用CFD方法对主阀芯内部流场进行了仿真分析,得到主阀芯内的流体压力、速度矢量与湍动能云图。发现主阀芯内的流场规律,为改进优化阀的性能提供了有利的依据。     

FJCA20型浮选机充气搅拌装置流体动力学研究

通过运用PIV测试与FLUENT模拟相结合的研究方法,对FJCA20型浮选机的充气搅拌装置进行了流体动力学研究,充分揭示了FJCA20型浮选机充气搅拌装置内部流场分布,同时根据各个主要监控位置的测试速度值和模拟计算速度值较为吻合的事实,认为FLUENT模拟可以替代PIV测试作为一种简便可靠的探索性研究手段,为流体设备的优化和大型化奠定理论基础。     

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。     

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。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下天然气富集规律与气藏主控因素

近年来,鄂尔多斯盆地中东部盐下储层,相继发现了一批高产工业气流井及一批低产、低效井,充分显示了盐下天然气分布的复杂性,给今后勘探部署决策增大了难度。本文在前人研究成果基础之上,通过野外露头地质调查、钻井岩芯观察与描述、镜下鉴定、实验室相关实验测试,同时引入构造应力场及流体势场数值模拟及构造曲率计算技术,系统研究盐下主力储层马五7亚段和马五9亚段天然气的富集规律。研究认为:沉积相带影响储层的储集性,天然裂缝影响气藏的分布,平面上天然气主要分布在工区中西部白云岩相对较厚的颗粒滩沉积微相中,其原因主要是该微相中天然裂缝系统发育,有效地改善了颗粒滩沉积微相储层的储集性能。在构造应力场作用下,天然气从高压低孔隙地带向低压高孔隙带运移与富集,微幅构造对气藏富集的控制作用明显,本区高产气井均位于鼻隆及其两侧的鼻翼位置。该研究为今后盐下气藏的勘探部署决策提供了地质依据。     

一种射流煤层割缝喷嘴性能优化新方法

为改善高压水射流煤层割缝喷嘴的湍动状态,提高出口射流的切割能力,尝试添加导流器来改善喷嘴的喷射性能。采用OMAX磨料水切割机自行设计加工4种断面类型导流器（十字型、导板型、广场型、平板型）,分别安装于喷嘴,通过流量系数试验、射流会聚性对比试验以及割缝试验,探讨了导流器的作用,并推导出定点射流的切割深度表达式。除流量系数略有降低,安装导流器后的喷嘴性能均优于无导流器的,尤其是在淹没区的切割能力有较大程度的改善。4种断面类型的导流器的导流效果由好到差依次为十字型、导板型、广场型、平板型。