矿井火灾巷道通风热阻力计算与实验研究

针对火灾时期矿井巷道通风热阻力计算问题,对风流温度-密度变化的通风巷道,推导出一种规范表达计算式。指出从广义的通风原理上,火灾时期的风流(热)阻力仍然包括摩擦阻力和局部阻力,同时还包括火燃烟气这一外来风源的附加阻力。新公式将通风阻力计算按巷道与流体“固-流双质”特性来表达,引入巷道几何风阻的概念,几何风阻是指巷道本身的阻力特性,与流体无关,它包括摩擦风阻和局部风阻两部分。从概念上,新公式对热阻力的本质有明确的辨析,在计算和分析上避免了容易出现的错误,由此推导出高温烟流通风阻力与火灾温度成正比。为了验证这一热流阻力效应,设计了一个实验管道装置,实验测定了热阻力随温度的变化,实验结果与理论推导结论相吻合。利用该实验装置还成功分离出了外源烟气流的附加阻力,实验结果表明,外源阻力完全是燃烧过程的物理映像,给出了有火灾外源气体参与热阻力贡献的实用算法。     

均压法治理采空区上隅角瓦斯的数值模拟研究

用迎风有限元数值模拟方法，以图形方式从理论上直观展示了回采采空区上隅角瓦斯积聚的流体力学原理，指出采场上隅角瓦斯超限主要是因为采空区上隅角瓦斯积聚。结合算例模拟计算发现，利用在回风侧设局部扇风机的均压法治理工作面上隅角瓦斯时，应将压风口深入采空区内，其压风量与合理的管口位置呈反比例关系。给出了均压注风前后采空区的瓦斯分布变化情况，重点探讨了应用数值模拟试验方法定量化确定合理的压风量及管口位置的问题。图6，参6。     

煤层注水难易性的模糊聚类分析与判别

本文以煤层自身特征为指标,用基于等价关系的模糊聚类分析方法,对已注水煤层进行更符合实际的注水难易程度(渗水性)分类,以此作为模式来预报、待注水煤层注水难易程度及所具有的注水特征。     

预防冲击地压煤层掘进注水钻孔布置与参数的确定

针对以预防冲击地压为目的的煤巷掘进预先注水问题，结合京煤公司木城涧矿北6178工作面8槽煤的实例，通过现场单孔等压注水试验，以打钻方法测定注水钻孔两侧煤体水分增值，用可变容差最优化搜索方法对模型参数进行反演，得到煤体的导水和贮水特征参数，得出该煤层属低湿润饱和，导水性差，适合高压注水(9～12MPa)．用数值模拟方法详细描述了在各压力下的注水动态过程，给出了注水的压力、时间、湿润范围三者的动态变化关系．分析了单、双孔布置与注水参数的变化关系，提出双孔同时注水方法、设双掘进面、掘进和注水工作交叉作业的注水设计方案，既提高了注水湿润范围，又使注水不影响掘进工作．给出了合理注水参数的确定方法．     

井巷除湿降温风流温度分布模型计算研究

为有效控制井下热害问题,考虑井巷中水分蒸发吸热对风流温度分布的影响,研究风流除湿降温效果。采用最小二乘法拟合水分蒸发量随岩壁温度变化的函数,作为求解风流含湿量的基础方程,建立井巷除湿降温的有限差分法数值模拟模型,应用Matlab软件编写了仿真程序进行计算,给出计算的稳定性和收敛性条件。计算结果表明,水分蒸发量是影响风流温度分布的重要因素,受水分蒸发的影响,围岩传递给空气的热量并不一定会使风流温度上升;当采取除湿降温的复合制冷方法后,风流降温迅速,且在相当长的一段巷道中保持持续降温的效果。     

内含瓦斯抑制条件下极限平衡区顶煤自燃模拟

建立了瓦斯抑制条件下顶煤自燃数学模型,并给出了模型中各方程的边界条件、初始条件及各参数的确定方法,利用Fluent软件对给定条件下的极限平衡区顶煤自燃过程进行了模拟研究.模拟结果显示,靠近进风巷的顶煤升温较快;随着时间延长,高氧浓度区域逐渐向顶煤内部扩展;顶煤内瓦斯浓度梯度减小,最高瓦斯浓度降低.通过对模拟数据分析得出,顶煤升温过程为加速过程,内含瓦斯明显延长了顶煤的自然发火期;供风量对顶煤自然发火期影响不大,但对顶煤高温区中心点位置的影响较大;自然发火期与其耗氧速度存在负指数函数关系.     

注水防治急倾斜煤层冲击矿压的应用基础研究

冲击矿压是当前我国煤矿深部开采出现的一种特殊的矿山压力现象,它严重威胁井下安全生产。结合大台井急倾斜煤层提出了相应的切合实际的防治措施,如防治冲击矿压的钻孔布置、注水设备的选择、注水工艺参数的确定等,收到了较好的实效。阐述了对渗透性、吸水性和湿润性较差的煤层进行注水时应采取的措施。实际注水表明,对该类煤层进行高压注水,能有效地防止冲击矿压的发生,保证煤矿的安全生产。     

采空区孔隙率的空间立体分析研究

"四维动态"模拟应是今后采空区模拟研究的主要方法和手段,也是搞清采空区各场规律的必经之路,其中采空区内各处孔隙率的准确确定是此技术的关键性问题之一。因此,对采空区的孔隙率进行了空间立体分析。首先将采空区内的孔隙率视为二阶张量进行了研究,并得出各方向孔隙率的计算方法。随后对采空区垂直方向的孔隙率进行了分析,通过模拟试验得出了孔隙率与岩石粒径之间的关系,并绘制出了全程关系曲线。同时,利用现场观测与理论分析证明了此关系的正确性。最后利用数值模拟方法对采空区垂直方向的风流场进行了数值模拟,此模拟也充分说明了采空区三维立体模拟研究的必要性。     

采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示

采用有限元计算机数值模拟,结合图形显示技术,深入研究了采煤工作面采空区的风流移动规律及计算问题,求解了二维定常流场方程,并以图形方式绘出风压分布等值线和流线,迅速直观地反映出采空区流场风压的分布和风流流动状况。重点讨论了工作面向采空区漏风的入、出变化情况,得到工作面漏向采空区的风量qL与工作面风量Q的关系qL=aQ^2。     

采空区加荷应力场及其多场耦合研究

采空区加荷应力场对遗煤自燃的影响较大,但研究却很少。研究了采空区加荷应力场的分布特点,并得出了加荷应力场的计算方法;同时也分析了加荷应力场与采空区内其他各场的耦合关系,通过数值模拟方法研究了加荷应力场对采空区流场、“三带”划分及煤炭自燃位置等的影响。从研究结果可以看出,加荷应力场对采空区遗煤自燃的影响不可忽略。研究的结果与理论分析和实际观测结果比较接近,可为今后的生产实践提供指导。