炮采放顶煤采空区自然发火的数值模拟应用

针对炮采放顶煤开采采空区容易发生自燃问题，基于漏风渗流方程、气体渗流一扩散-氧消耗方程，建立了采空区自然发火非稳定数值模型，采空区按非均质考虑，耗氧汇按煤矸氧化和瓦斯涌出稀释两方面综合考虑，用有限元数值方法联立求解模型。结合羊草沟矿实例，通过该矿自然发火后来的测试区的现场实测结果，拟合反演得到采空区煤的耗氧速度、瓦斯涌出强度和渗透特征参数，用确定的模型分析了前段出现自然发火的原因；描绘了炮采放顶煤开采时采空区冷却带、自燃带和窒息带等三带的形状，指出冒落压实的不均衡的非均质采空区，自燃点在偏人风一侧。用三带划分理论讨论了工作面参数（风量、推进度、控顶距）同自燃的量化关系，提出了从根本上预防采空区自然发火的途径与方法。     

复合粒径松散煤体自燃过程的试验研究

为了研究复合粒径对松散煤体自燃的影响,利用自制试验装置对复合粒径松散煤体进行了绝热低温氧化试验。采用破碎机制出粒径分别为1~3 mm、3~5 mm、5~7 mm、7~9 mm、9~11 mm及11~13 mm的6种基础煤样。依据基础煤样进行煤炭自燃试验,试验共分为三大组:第一组为各基础煤样的单独氧化试验;第二组为某两基础煤样按1∶1、1∶2、1∶3、2∶1和3∶1比例混合制成复合煤样的氧化试验;第三组为基础煤样1与其他各基础煤样分别按1∶1混合制成复合煤样的氧化试验。在试验过程中,对煤样的温度及试验装置出口氧气体积分数进行监测,得到了各类煤样温度及氧气体积分数的变化规律。研究结果表明:总体上,随煤样加权粒径的增加,煤样的平均氧化升温速率和在同一温度下的耗氧速率减小,耗氧及温升拐点出现的温度也逐渐升高;复合煤样的氧化升温过程受其比表面积和孔隙率的共同影响,当加权粒径小于6.35 mm时,孔隙率的影响较大,当加权粒径大于6.53 mm时,比表面积的影响较大;复合煤样加权粒径越小,各粒径煤样间的相互影响越强;复合煤样中各煤样间的粒径差距越大,煤样间的相互影响越弱。     

矿井3D风网图及基于MATLAB仿真编程实现

针对复杂矿井通风网络解算问题,基于MATLAB语言及其图形处理平台,提出用真实3D矿井巷道连结关系(3D风网图)代替复杂网络图进行解算.该方案只需将实际矿井巷道真实描画出来,由计算机程序自动从真实巷道中提取通风网络的拓扑关系,并自动添加大气、通风机风硐、掘进巷道风筒等辅助分支,将同属性巷道分支合并,缩减通风网络图的规模,得到计算所需的内部通风网络图.3D风网图是将矿井通风网络看作一个力学模型,直接按基本回路计算自然风压.从本质上说,3D风网图表达的是"具象"的通风网络图,它超越了传统平面网络图的技术层面.应用该通风仿真程序,能有效解决矿井通风信息管理、三维矿井通风立体图的自动生成、矿井通风网络自动解算、风网参数的自动标注等问题,在铁法矿区大兴煤矿的应用结果验证了其可靠性.     

Y形通风采空区自燃与有害气体排放的数值模拟

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、多相气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区瓦斯与自燃发火耦合数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解的计算机程序(简称G3).计算以图形方式给出各量的区域分布解,从理论上描绘了Y形通风采空区的漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧和CO的体积分数以及温度分布状态及其变化过程,并证明了Y形通风形式能避免采空区瓦斯向工作面涌出.计算中采空区按冒落非均质介质处理,考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,给出了这种耦合作用关系和解决办法.Y形通风采煤的自燃,两者存在着顾此失彼的关系.     

煤氧化放热特征及影响因素的关联分析

为研究煤在低温氧化过程中的放热特征,确定影响煤氧化放热强度的主要因素,以4种不同煤化程度煤样为研究对象,采用封闭式煤氧化试验方法,结合键能平衡法计算煤在25～70℃、氧气体积分数0～21%范围内的氧化放热强度,获得煤氧化过程中氧氧气体积分数、温度和氧化放热强度三者间的关系表达式;运用灰色关联法分析挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度。结果表明,煤耗氧速度、CO释放速率和CO₂释放速率随温度升高呈指数增长趋势。通过比较挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度可知,影响不同煤化程度煤样氧化放热强度的主要因素是煤自身的挥发分质量分数,而外部因素中的温度对同一煤样氧化放热强度的影响要强于氧气体积分数。     

下行风流火灾管道试验与烟流动力特征研究

为了明确矿井巷道通风量及角度变化对火灾的影响规律,运用矿井火灾管道试验平台及各种传感器数据采集系统,开展下行通风火灾的管道相似模拟试验,得到在不同通风机动力和巷道倾角下巷道风量、各测点温度随时间的变化规律,对下行风流火灾时的风流紊乱状态有了进一步认识。结果表明,火灾时燃烧温度迅速到达顶峰后温度衰减速度随风量增大而加快,巷道火灾高温区域随着巷道风速增大而向火源下风侧移动。增大巷道倾斜角度,火风压作用增强,通风系统稳定性降低,更容易发生烟流逆退现象。在下行通风试验中,存在一个使火风压与通风机动力大小相等方向相反的临界风速。矿井火灾烟流是否产生逆退现象与通风能力有关,通风能力越强,巷道风流克服火区阻力、保持原状态的能力越强。     

矿井通风系统风速故障源诊断技术在大明矿的应用研究

通风系统风流发生变化,从整个网络角度考虑都可以归结为分支的风阻发生了变化。从这一角度分析了大明矿分支风阻变化与各分支风量之间的关系,提出了风阻-风流变化影响关系矩阵法,确定可能使风速异常的巷道集合——故障巷道集合,建立通风网络"故障巷道范围库"。为了故障源诊断能够包含所有分支,研究风速传感器布置的最小数量及位置问题,提出了最少全覆盖布点法,给出了大明矿风速传感器的布置方案。大明矿故障源诊断结果与现场试验结果一致,验证了矿井通风系统故障源诊断技术及方法的可行性。     

综放采空区遗煤厚度的分布规律及模拟研究

鉴于采空区遗煤厚度对其自燃规律影响的重要性,对综放采空区遗煤厚度的分布规律进行了研究.应用松散介质理论、放煤椭球体理论及三维数值模拟方法对综放采空区遗煤的空间分布形态、采空区顶板压力及空隙率分布进行分析,得到采空区遗煤厚度的计算公式及三维分布示意图,采空区顶板压力与遗煤空隙率、遗煤厚度的函数关系及在算例条件下三者的三维分布状态.结果表明:综放采空区遗煤的空间形态受工作面的放煤步距、放煤口间距及顶煤破裂角、采空区顶板压力、遗煤空隙率等因素的影响,采空区遗煤厚度分布的确定应是非连续、非均匀的.     

楼房火灾的安全灭火时限分析与施救对策

在楼房建筑物火灾灭火时 ,常由于火燃造成建筑材料强度失效导致整体坍塌 ,给施救工作带来很大的威胁。强调了在灭火过程的始终 ,应不断进行高温状态下建筑材料强度的失效判定 ,评估出安全的灭火时限和调整施救对策 ,有利于从根本上预防楼房坍塌意外事故的发生。定义了火灾高温状态下建筑材料危险应力点上的可靠度 ,提出依据火灾现场因素和数据 ,用数值模拟方法分析建筑材料强度失效随时间的变化过程 ,确定安全的灭火时限。给出了以火灾施救为主线的并适时考虑构件强度分析和安全时限判定交叉平行作业的多阶段施救对策框架 ,建立了楼房火灾施救安全支持系统结构。     

综放采空区防灭火注氮数值模拟与参数确定

用有限元数值方法 ,求解了综放开采采空区注氮情况下的漏风渗流方程和氧浓度渗流耗散方程 ;结合计算机图形技术 ,直观展示了注氮前后采空区流场、流态和氧浓度分布动态变化 ;模拟了在不同注氮量下注氮控制区边界的变化过程 ,得到控制区边界位置与注氮流量呈负指数关系 ;重点探讨了用数值模拟方法确定合理注氮参数 (注氮流量、注氮位置和注氮时间 )的新方法。