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.     

液氮技术在我国矿井防灭火领域中的应用

液氮技术基于液态N2本身体积小、易于贮运的特点,充分发挥液氮抑爆、窒息、冷却等多种作用,采用直接向防灭火区注洒液氮以及液氮汽化为气氮向防灭火区注入的方法,可广泛应用于煤矿井下自燃火灾及外因火灾的处理,具有可防可灭且灭火后易于恢复的特点。实践证明,液氮技术可作为煤矿预防处理井下大型火灾事故的一项重要技术手段,对于保障我国煤矿安全生产必将起到重要的促进作用。     

Bifurcation characteristics of coal spontaneous combustion and analysis of critical state of gaseous reaction in a packed bed

The numerical model was presented for the coal combustion in the packed bed. The bifurcation characteristic of the ignition-extinction of solid-phase smoldering and transition to flaming was studied for the packed bed of coal. One of the Frank-Kamenetskii parameter β ₁ was selected as the control parameter. The computed results show that the bifurcation curve is obviously divided into two zones of solid-phase reaction and gasphase reaction, and the total process of ignition-extinction presents twice bifurcation characteristic. Moreover, the vanishing of critical state of ignition-extinction is studied. One of the transition points, ɛ ₂=0.05, is numerically solved for the vanishing of critical state. The larger the value of ɛ ₂ is, the easier the gas-phase can react. However, the combustion temperature will decrease with increasing ɛ ₂. The other transition point α ₂=0.53 is also obtained. With increasing the value of α ₂, the combustion temperature of gas-phase reaction is close to the smoldering temperature of coal. When α ₂ is infinite, the only reaction occurring is the smoldering combustion of solid-phase, and the gas-phase cannot react. Supported by the National Natural Science Foundation(50574049); National Key Technology R&D Pogram of China(2006BAK03B05)     

黄原胶和氧化镁改性黏土-水泥基新型喷涂堵漏风材料的制备及特征

针对传统黏土-水泥喷涂堵漏风材料(CCC)强度差、易开裂、堵漏风效率低的问题,提出经黄原胶(XG)和氧化镁(MgO)改性制备黏土-水泥基新型喷涂堵漏风材料(XM-CCC)。通过析水率测试、浆液时变性和流变性试验,确定了0.6的最佳水固质量比和20%(质量分数)最佳黏土掺量。通过力学性能试验和限制膨胀率试验确定了1.5%(质量分数)的XG最佳掺量和5%(质量分数)的MgO最佳掺量,XM-CCC的7 d抗压强度达到25.33 MPa、抗折强度达到9.18 MPa, 21 d限制膨胀率稳定在0.028%左右。基于此,结合表征手段对XM-CCC的形成机理和堵漏风机理进行探究。结果表明,XG中羟基、羧基等活性官能团与浆液颗粒表面的Ca²⁺发生螯合作用,黏土颗粒被束缚在水泥颗粒的水化产物间,促进了XM-CCC力学性能的提升。MgO水化生成的六方板状Mg(OH)₂晶体支承在体系的孔隙中,提高了XM-CCC的抵御收缩能力。孔隙结构方面,XG改变了XM-CCC的孔结构,降低了平均孔径;Mg(OH)₂晶体充填孔隙,产生的晶体生长压力可以抵御...     

基于完全并行细化算法的孔隙网络中轴提取方法

应用三维重构技术建立介尺度下的多孔介质孔隙网络模型是分析多孔介质内流体流动与传热传质过程的基础,其中孔隙网络中轴的提取是三维重构的关键环节。在提取中轴的细化算法中,简单点集合细化方法具有准确、可并行的特点,但较少应用于多孔介质的结构分析。基于简单点集合细化方法中的完全并行细化算法,建立了一种面向多孔介质的孔隙网络中轴提取方法,包含图像处理、重构矩阵生成、逐层标记、并行细化四个主要步骤。以计算机生成的230个典型的有序多孔介质模型及1个活性炭堆积试样重构模型为研究对象,应用本方法获得了与研究对象的孔隙空间具有拓扑等价性的孔隙网络中轴,快速准确地计算了孔隙半径,利用中轴形态与孔隙半径计算孔隙占据的空间大小与实际体积比较,发现研究对象的孔隙体积计算值相对误差最终稳定在6%以下。结果表明,由本方法获得的中轴反映了孔隙空间的几何形状、减小了孔隙与固体界面处不规则变化的干扰,可用于多孔介质孔隙结构的无损定量分析及孔隙网络建模。     

水平管道内冰浆流动阻力特性预测模型及比较

为研究水平管道内冰浆流体流动阻力特性，采用两相流混合模型，对不同工况下浆体所表现出的牛顿与非牛顿流变特性给予分段考虑，通过计算流体力学(CFD)模拟方法再现了水平管道内冰浆流体等温流动过程。研究结果表明，当浆体输送速度较高时，Thomas方程可很好地刻画出混合相流体的粘度特性。随着浆体速度降低，利用Bingham流变模型来刻画低速工况下混合相流体的流变特性可获得更为理想的效果。通过对比数值模型及现行实验关系式阻力模型发现，数值计算模型因能综合考虑管道压降的多种影响因素，模型的精度与通用性可得到较好的平衡。文中所验证的4组工况中，数值模型的预测值与实验值间的相对误差均可控制在±15%内。     

新建煤矿煤层群开采条件下相对瓦斯涌出量梯度分析

针对复杂生产矿井开采瓦斯涌出不均衡的特点,基于加权统计和回归分析方法建立了相对瓦斯涌出量梯度的计算公式。根据新建煤矿历年瓦斯涌出量实测数据,经线性回归得出全矿井及分煤层瓦斯涌出量梯度计算式,所有计算式决定系数R2>0.99,具有较高的拟合度,为瓦斯涌出量提供了科学依据。     

定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型,将定容定质量绝热反应体系定义为一个理想反应体系,反应体系中的所有反应都在定容燃烧反应器中进行,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分气体,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,以及物理化学研究方法,对定容燃烧反应器中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型进行了推导、细化和求证,研究结果中方程组的解（温度参数和组分摩尔分数参数）准确的描述了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了定容定质量绝热反应体系中瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

TDLAS气体检测技术研究现状及其在煤矿中的应用北大核心

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)气体检测技术具有分辨率高、检测下限低和响应速度快的特点,已广泛应用于环境气体的在线监测。煤矿井下气体成分复杂,传统的气体传感器、色谱分析和光谱分析技术受限于方法本身或现场环境条件,存在不同程度的局限性。介绍了TDLAS气体检测技术的工作原理和特点;重点剖析了TDLAS技术在消防、石油化工、环保和煤矿气体检测领域的发展历程和研究现状;分析了该技术在井下甲烷气体检测和多种分混合气体在线监测等方面的应用效果。