组合弯头后煤粉浓度分布的光学波动方法测量

阐述了利用光学波动法测量颗粒浓度的原理,并在实验的基础上,利用基于此原理的仪器对组合弯头后管内煤粉浓度分布做了测量研究,得出浓度分布规律:气固多相流在流经组合弯头连接部分时,截面上的浓度分布是对称的;两相流在管内沿着管道中轴线做旋转运动;整个流动过程中,不计其他因素的影响,多相流的浓度场分布是一个扩散的过程。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

小尺度受限空间内瓦斯爆燃的动态特性

为获得包括瓦斯爆燃点火初期、火焰加速、减速及二次加速过程中动态火焰微细结构及其与超压之间的相互关系,实验研究了小尺度受限空间内瓦斯爆燃火焰形状、火焰锋面位置、火焰速度及超压等动态特性.研究结果表明,在无障碍物条件下,火焰锋面光滑,火焰形状由"半球"状逐渐演变为"手指"状;而有障碍物条件下,火焰锋面出现明显褶皱和湍流现象,其火焰速度经历两次加速和一次减速过程,最大火焰速度达112m/s,与无障碍物条件下最大值相比增幅为124%;当火焰锋面经过障碍物后即将重新汇合时,出现8.5kPa的最大超压,与无障碍物条件下的最大值相比增幅为118%.     

浅埋煤层重复采动覆岩裂隙及漏风通道演化模拟研究

为了研究浅埋藏近距离煤层群重复采动下地表漏风对采空区煤自燃的影响,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对神东矿区补连塔矿回采不同阶段覆岩孔隙率的发育规律、塑性区分布以及覆岩垮落高度进行模拟分析。结果表明:(1)上煤层回采完毕后,覆岩裂隙发育呈"U"形分布,最大裂隙高度达130 m,尚未通达地表;下煤层回采完毕后,覆岩最大裂隙高度达162 m,贯通地表。(2)上煤层回采完毕后,覆岩在上煤层上方62 m处发生明显离层,离层区下方覆岩下沉高度1.75~4 m,离层区至上覆岩层下沉高度0.25~1 m;下煤层回采完毕后,离层区进一步发育,离层区下煤层采空区顶板垮落,上煤层采空区岩体进一步沉陷,最大下沉高度达7 m,离层区至上覆岩层下沉高度1~2 m。(3)在回采同一阶段,同一高度覆岩孔隙率变化率两侧大于中部;下煤层的回采使上煤层覆岩孔隙进一步发育,孔隙率变化率明显增大。     

含NaCl荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制特性

为进一步提高细水雾抑制甲烷爆炸的效率,搭建了小尺寸细水雾抑制甲烷爆炸实验平台,在普通细水雾中添加NaCl添加剂,并对其荷电,进行含NaCl添加剂荷电细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播特性的实验研究。结果表明,含NaCl添加剂荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制效果,优于普通细水雾单独添加NaCl添加剂和荷电作用的抑制效果之和。随着NaCl浓度和荷电电压的增大,甲烷爆炸火焰传播速度明显减小;其中荷电8 kV、NaCl浓度12.5%的工况抑制效果最佳,甲烷爆炸火焰传播速度二次峰值较普通细水雾作用时下降了10.747 m·s^-1,下降比例高达60.26%;分析认为,在细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播的过程中,NaCl添加剂和荷电作用之间存在相互促进抑制效果的耦合作用。     

不同温度条件下煤的恒温氧化特性实验研究

通过不同环境温度下煤样的充分氧化实验,获得了煤氧化过程的温度变化曲线,同时对各充分氧化煤样微观结构的变化规律进行了红外光谱测试.结果表明,在一定温度下,煤经过一段时间氧化后反应停止,但在更高的温度下反应又重新开始,因此煤具有随温度变化分阶段发生氧化反应的特性.这主要是由于煤体中各种官能团活化并参与反应,需要不同的能量.一定的温度下参与反应的官能团的种类及数量是一定的,要让更多的官能团发生氧化反应,只有提高温度,给其提供更多的能量.研究从恒温环境角度探讨煤氧复合过程,该条件下煤加热过程所表现出来的温度变化规律,进一步揭示了煤氧复合作用机理.     

超细水雾抑制瓦斯燃烧火焰的实验研究

通过搭建模拟回采工作面小尺寸实验平台,利用改造后的家用燃气灶作为燃烧器,研究了可燃预混气体火焰在超细水雾作用下火焰的变化过程,并测得了超细水雾作用于火焰过程中火焰的温度.通过改变通风速度和超细水雾的雾化速率,揭示了可燃预混气体在超细水雾氛围中火焰与温度的变化规律.通过建立稳定火焰面的力和速度平衡,找出了火焰形状拉伸扭曲的原因是破坏了火焰外焰和热气层交界面上力和速度的平衡;在其他条件一定的情况下,向模拟工作面上施加超细水雾后,火焰周围流场扰动明显增大,与在单独通风条件下相比,火焰温度跳动变化幅度和频率增大;在保证超细水雾质量浓度不变条件下,通风速度越大,则混合气体扰动越大,温度的跳动就越大,火焰的燃烧就越不稳定.实验结果表明超细水雾能很好地抑制瓦斯火焰的燃烧.     

建筑火灾烟气运动数值模拟方法及评价

对当前国内外常用的建筑火灾烟气运动的数值模拟方法进行了综合分析,阐述了各种数值模拟方法的主要思想,介绍了基于各种模拟方法火灾模拟软件的发展现状;讨论了各种数值模拟方法的特点与不足,指出了各种方法的适用范围,提出今后一段时间内我国建筑火灾烟气运动数值模拟的发展方向.     

煤升温氧化过程中气体解析规律研究

为了防止煤炭自燃,深入了解煤在升温氧化过程中气体的释放规律,利用煤升温氧化实验系统,对太原组和山西组煤进行了升温氧化实验.结果表明,太原组和山西组煤在升温氧化过程中,不同气体有不同的释放临界温度和速率,20～160℃为煤的缓慢氧化阶段,从煤中缓慢释放出被吸附的C1气体CO,CO2,CH4和C2～C3的烯烃C2H4,C3H6等;160～210℃为煤的快速氧化阶段,从煤中释放出较大量的C2～C4的烷烃C2H6,C3H8和C4H10等,烃的体积分数以指数速率增加;210～280℃为煤的急速氧化阶段,上述C1～C4气体的体积分数几乎以直线关系急剧增加.不同类型的煤在不同的氧化阶段具有不同的氧化特征,可选择不同的气体作为预测煤自燃特性的标志气体.     

高硫自燃煤层低温氧化气体衍生规律研究

煤炭氧化后,随着氧化进程的不同将依次释放出各种气体,这些气体的出现及释放量能准确反映煤炭氧化自燃程度.利用煤氧化升温实验装置,研究了王台矿15号煤层煤自燃氧化特性,以及自燃升温过程中产生氧化气体和碳氢类气体随温度的变化规律.确定了15号煤自燃指标气体,并进行了详细分析,所得结果能够指导煤自燃的早期预测预报与防治工作.