双碳目标下废弃矿井绿色低碳多能互补体系建设思考

双碳战略目标下煤炭行业高质量发展迎来新的机遇与挑战,充分释放废弃矿井负碳增能潜力,创新风、光、水、热等新能源开发利用耦合新型物化储能协同发展模式,推进绿色循环低碳能源体系稳定发展。应对清洁能源稳定供给与煤炭工业净零发展挑战,提出废弃矿井绿色低碳多能互补体系,集成全息地质结构重构、多种能源融合、物化联合储能、碳固结利用、多网智慧调控、智能应急救援的产-储-固智慧新型负碳绿色能源供储体系,以地表地下联合空间为载体,多源数据融合数字孪生技术为支撑,风险智能判识预警与灾害应急救援为保障,实现废弃矿区多维度分级分类分区域联动清洁能源生产、储备、供给与碳捕集、封存、利用。凝练了废弃矿井绿色低碳多能互补体系发展面临的数字工程地质、多场时空耦合演化、功能地层空间维稳、风险超前精准预警和智能应急抢修救援等5个关键科学问题,提出了数字孪生工程原态场景、工程扰动多场耦合灾变演化、创新多能互补技术体系、CO₂工程封存与生态碳汇、分布式智能电网建设、数字风险预警系统和应急救援技术装备等7个主要研究方向,将为实现清洁能源稳续供给、碳永久封存、能-碳平衡循环发展,保障国家能源安全与经济社会高质...     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

基于欧拉-欧拉方法的冲击波扬尘特征及其影响因素

为了研究爆炸冲击波前气流的扬尘特征及其关键影响因素,基于欧拉-欧拉方法,对不同冲击波前流速、沉积粉尘密度和粉尘粒径对扬尘效果的影响进行了模拟研究.结果表明:沉积粉尘在较低的冲击波前流速(100～300m/s)条件下,具有较理想的扬尘效果;粉尘密度在1 000～3 000kg/m3范围内,沉积粉尘的密度对其扬起特征影响较小;粉尘粒径对冲击波的扬尘特征影响明显,在粉尘颗粒较大时(大于0.1mm),由于颗粒受重力作用明显,扬尘效果不佳;在粒径较小时,粉尘可以在巷道空间内得到较好的分散,形成的粉尘团簇的各粉尘层分布均匀.     

管道长度对爆炸波前流速与超压耦合关系影响研究

为了研究管道长度对瓦斯爆燃爆炸波前流速与超压耦合关系的影响,采用数值模拟的方法研究了封闭管道内爆炸超压与波前流速的传播特征。研究结果表明:不同长度下管道内的最终爆炸超压均趋于0.7~0.9 MPa之间;对于较短管道,流速峰值相对较小,流速峰值的下降趋势较平缓,流速在正负区间的振荡频率较快;对于较长管道,流速峰值相对较大,峰值下降趋势较快,振荡频率较慢;在15~20 m之间存在一个临界长度,当管长大于临界长度时,管道内会出现2个最低超压峰值,当管长小于临界长度时,则管内只会出现1个最低超压峰值;首次流速峰值与超压表现出良好的正比关系,通过拟合得到不同长度下首次流速峰值与超压的耦合关系。研究成果可为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供基础理论参考。     

采空区CO分布规律的数值分析及其应用

为研究煤矿采空区内CO的分布规律,以某煤矿为例构建计算流体力学模型,布置工作面、支架部分以及回风巷不同高度的监测点,利用Fluent模拟不同监测点的CO浓度百分比。研究结果表明,在距工作面较近的采空区内CO呈现向回风侧运移的趋势,从进风侧向回风侧CO浓度逐渐增大,在上隅角处达到最大;上隅角和回风巷是整个煤矿CO浓度较高的区域;在垂直方向上,CO浓度随高度的变化呈线性关系,但CO浓度整体变化较小;上隅角处产生的浮力、风流呈现涡流形式,造成上隅角CO积聚。     

瓦斯爆炸冲击波在并联巷道中传播特性的数值模拟

运用AutoReaGas软件模拟了煤矿井下掘进工作面发生瓦斯爆炸时冲击波向临近采煤工作而的传播规律.研究结果表明：冲击波在巷道中传播时,超压峰值和最高温度不断减小,到回风巷交叉口时,两条相向传播的冲击波产生叠加效应,使超压和温度明显增大;最高温度沿着巷道的变化规律与超压峰值基本相同,两个并联采煤工作而对应测点的超压峰值...     

锚注支护技术及其在煤矿的应用

分析了锚注支护机理,着重对该技术在潞安王庄煤矿的应用进行了工艺研究和支护效果检测及分析,从而得出采用锚注联合支护体系提高围岩的强度和弹性模量,容易发挥出锚杆的支护优势的结论。     

爆炸三角形的原理及应用

介绍了浓度三角形图线法的性质及推论,结合各条件下的爆炸浓度极限绘制出爆炸三角形,给出了并下工作地点气体有无爆炸性的判断依据,并就爆炸三角形对火区封闭或启封时、采用氮气防爆所需掺入氮气体积量的计算和对煤矿气体可爆性测定仪的研制等作用进行了论述.