工作面通风方式对采空区风流流场和瓦斯运移的影响

工作面采用的通风方式对采空区流场和瓦斯运移有很大的影响.对工作面采用上、下行通风方式的采空区风流流场和瓦斯分布进行了数值模拟.结果表明:在煤层倾角不同时,工作面采用不同的通风方式下,采空区的漏风量、风流流场和瓦斯运移情况有很大差别.上行通风时漏风量随煤层倾角增大而增高.当下行通风工作面通风压力小于采空区自然风压时会发生采空区气体倒流现象,漏风量随煤层倾角增大而增高.上行通风采空区漏风量比下行通风大;下行通风工作面采空区瓦斯总量大于上行通风.随着煤层倾角增加,上行通风和下 行通风采空区瓦斯总最都减小.     

顶板巷瓦斯抽采量对漏风流场的扰动效应研究

为深入研究顶板巷瓦斯抽采量对漏风流场的扰动效应,以河南义马耿村煤矿13190工作面实际情况为例,通过数值模拟与实测相结合的方法分析瓦斯抽采诱导漏风规律。首先,对现场实际工况下的漏风流场进行数值模拟及分析;其次,根据示踪气体实测结果,验证了模拟的有效性;最后,分析不同抽采量下工作面的漏风分布情况。研究结果表明:漏风风流进入采空区后呈现立体迁移和"一源两汇"的分布特征;随着顶板巷抽采量的增加,工作面向采空区的漏风区域逐渐向回风巷方向扩展,最低风量点位置向回风巷方向移动,采空区气体向工作面的涌出效应逐渐减弱,工作面向采空区的漏风量逐渐加大。     

低含量超强开采工作面瓦斯异常涌出防治技术

为解决低瓦斯含量煤层在超高强度开采工艺下,U型通风回采面割煤期间瓦斯涌出量突增、采空区持续高瓦斯涌出以及上隅角瓦斯频繁超限等问题,在确认瓦斯异常涌出原因基础上,以塔山煤矿为例,研究煤层注水抑制落煤瓦斯涌出和专用巷分期排抽采空区瓦斯联合防治技术。结果表明,煤层注水消除了割煤期间瓦斯突增现象——回风流中最大瓦斯体积分数仅0.58%;在开采初期瓦斯专用巷自然引排使回采面形成U+I型通风方式,分担风排瓦斯量约30 m~3/min,在开采中、后期的密闭负压抽采,瓦斯排放量提升至40 m~3/min。采用该技术,已将回采期间的工作面瓦斯体积分数有效控制在0.6%以下,实现安全高效开采。     

气室连通管调压技术调控矿井采空区瓦斯涌出实践

在煤矿无煤柱开采过程中,采煤工作面及其作业空间往往因处于空气压能相对低位,受到邻近采空区内瓦斯等有害气体侵入的威胁。通过研究和实施气室连通管调压技术,合理改变采煤工作面邻近老空区外围的压能关系,调控老空区瓦斯涌出方向和涌出量,有效阻止老空区高浓度瓦斯侵入回采工作面作业空间。     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟

运用Y型通风方式可解决传统U型通风难以解决的上隅角和回风巷瓦斯浓度超限问题.为了对比分析U型和Y型通风采空区瓦斯运移及分布规律,建立了U型通风和Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对U型通风和Y型通风方式采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)和瓦斯体积分数分布进行数值模拟.结果表明,Y型通风回采工作面采空区漏风流场与U型通风分布有较大差别.Y型通风时工作面端头0～30 m时漏风约占工作面漏风量的50％,且总漏风量较U型通风时多,可避免采空区高浓度瓦斯积聚.采用两进一回Y型通风可从根本上解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题.     

井下采空区构筑物漏风实测装置研发及应用

为了实时动态监测采空区构筑物漏风情况，自主研发了一种井下采空区构筑物漏风实测装置。通过现场实测及应用，研究结果表明:风流从工作面上进风口漏入采空区，而采空区中风流一部分通过与工作面之间的漏风流进入工作面下进风口，在下隅角位置附近形成一个涡流区；另一部分风流穿过沿空留巷构筑物进入留巷内，由于采空区的压实程度不同，采空区侧留巷内漏风速度曲线近似呈“L”型下降；通过收集分析留巷内漏风气体，其结果可反映采空区中瓦斯浓度分布情况，为采空区瓦斯治理提供了一种新的监测技术手段，且能有效地降低采空区瓦斯事故发生率，保证矿井的安全生产。     

瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区漏风机制研究

漏风对煤自燃有重要影响,研究漏风形成机制对工作面采空区防火具有重要的作用。针对采空区瓦斯抽采、上覆围岩裂隙发育对采空区漏风影响问题,以沙曲矿沿空留巷综放工作面为研究背景。根据采空区上覆煤岩特性选择经验公式计算采空区裂隙发育高度,分析了沿空留巷侧采空区上覆裂隙发育,现场实测了沿空留巷压埋管及高位钻孔中气体体积分数,并根据实测参数利用数值模拟分析了瓦斯抽采条件下采空区风流流场变化。结果表明:上覆裂隙成为采空区漏风通道,导通距离在27.2~37.2 m;在沿空留巷侧采空区回采距离100m,其氧气体积分数在10%以上,验证了采空区漏风去向;模拟结果显示,沿空留巷侧采空区立体空间范围内氧气体积分数均达到10%以上,模拟结果与实测基本保持一致。最终确定瓦斯抽采条件下沿空留巷的布置及煤岩裂隙发育是形成漏风通道的主要原因。     

低透气性突出煤层群首采层掏心无煤柱开采卸压消突与瓦斯治理试验研究

针对深井高瓦斯低透气性突出煤层群消突和首采层开采卸压瓦斯治理难题,以谢桥煤矿11426工作面开采为例,设计首采中间层无煤柱开采、实现上下突出煤层均消突的技术方案,研究了Y型通风工作面采空区瓦斯及风压分布规律,结合煤层群开采巷道布置条件,提出并实施留巷侧井下暗立眼回风阶段留巷Y型通风技术,强化留巷墙体封闭和留巷采空侧回风立眼封闭等卸压瓦斯抽采技术,实现了深井煤层群首采层工作面的安全高效回采和邻近突出煤层的全面消突。11426工作面回采期间,绝对瓦斯涌出量最大47.67 m3/min,工作面瓦斯抽采率高达65%以上,研究成果为今后类似深井煤层群开采的卸压瓦斯抽采和治理提供技术指导。     

布尔台矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

为了探究布尔台煤矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面为例，采用单元法现场实测了工作面瓦斯涌出情况，并分析了其受开采强度、风量、煤层瓦斯含量、工作面来压变化、气候条件等相关参数的影响规律。研究结果表明:布尔台煤矿42201回采工作面的主要瓦斯涌出来源为煤壁和落煤瓦斯涌出；矿山压力显现和来压时，工作面绝对瓦斯涌出量有较为明显的异常变化；开采强度的变化趋势和上隅角瓦斯浓度异常变化的趋势是一致的；对比发现，地面大气压力对工作面瓦斯涌出的影响程度远小于开采强度。针对布尔台煤矿的特点，提出了“顶板定向长钻孔分段水力压裂强制放顶和联巷插管或煤柱大直径钻孔桥接采空区的瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理措施。现场应用发现:42201工作面最高来压强度由59.1 MPa降低至48.0 MPa，上隅角瓦斯抽采量为2.70~3.79 m3/min，平均为3.25 m3/min，占总的瓦斯涌出量的比例为62.65%~69.16%。     

基于“O”型冒落的Y型通风采空区气体分布特征

为了掌握Y型通风采空区气体的分布规律,进一步为采空区瓦斯及火灾防治工作提供理论依据,基于采空区“O”型冒落压实和遗煤耗氧的非均匀性,针对Y型通风系统建立非均质采空区内气体渗流数值模型,采用Fluent数值模拟软件对采空区漏风流场和各组分气体浓度场进行模拟分析。结果显示:瓦斯和氧气浓度场在Y型通风采空区内大致呈“L”形分布;风流集中由工作面上、下隅角进入采空区;沿空留巷侧的瓦斯浓度高于运输巷侧,而氧气浓度却恰恰相反;两进一回的Y型通风方式能有效解决瓦斯在工作面上隅角积聚的问题;在采空区深部靠沿空留巷侧存在一个扇形的高瓦斯浓度区域,而该区域氧气浓度较低;采空区自燃危险区域在运输巷侧分布更广,应适当采取防火措施。     

抽压混合式通风除尘系统布置方式的选择和技术参数的确定

根据我国双鸭山、徐州、大同等矿区通风除尘技术发展实践经验和系统的理论研究,对目前国内外煤矿常用的“长抽长压”、“长抽短压”、“长压短抽”、“单机前抽后压”、“独立式负压除尘”系统的布置方式、适用条件、技术特征、安全效益及优缺点进行综合评价分析,提出优化系统设计必须遵循多指标综合分析的选型为依据的原则,同时重点阐述了直接影响系统通风除尘效果的“工作面风量”、“除尘器处理风量”,巷道不同阶段“风速”等重要参数的确定方法和理论计算公式。对煤矿安全生产和通风除尘设计具有普遍意义。     

避灾硐室气刀型空气幕数值模拟研究

结合避灾硐室阻隔有害气体的需要,对气刀型空气幕进行模拟研究,从气刀的工作原理、风速分布、阻隔效果的角度出发,分别建立物理模型及划分网格,得到了气刀工作时其周围压力的分布变化规律,不同送风方式下气刀风速分布规律以及单侧送风条件下CO,浓度分布规律,证明了气刀具备增大了气流的输出,阻隔有害气体的作用。由风速统计规律得出,气刀在单侧送风15m／s或者双侧送风10m／s条件下,气刀的有效覆盖率大于85％,又根据数值模拟得出,在有效覆盖率大于85％的条件下,CO2阻隔效果明显,有害气体无法通过气刀形成的空气幕。     

紧急避险设施内一氧化碳气体吸附性能研究

紧急避险设施作为灾变情况下为井下人员提供安全避险的密闭空间,要求能够对空间内部的有毒有害气体进行及时处理。针对井下密闭空间内部一氧化碳气体的吸附处理问题,采用北京科技大学避险技术研究中心的地面模拟救生舱作为实验平台,以实验为基本手段,对两种药剂A、B在不同药剂量、风量的情况下进行去除效率的对比实验,并测定环境湿度对药剂性能的影响,确定一氧化碳药剂的最佳吸附条件,以达到提高去除效率的目的。最终得出药剂A以全风量条件下4kg时吸附效果为最佳,药剂B以全风量条件下8kg时吸附效果为最佳,湿度对一氧化碳药剂的吸附效率有显著影响,需配合干燥剂使用。     

高温矿井回采工作面湿球温度的应用

利用回归分析的方法计算出湿空气焓值的湿球温度表达式,进而导出回采工作面热平衡方程的湿球温度表达式和风流的热交换方程。由于干球温度指标评价矿井气候条件具有片面性,引出了回采工作面进风临界湿球温度的概念。通过分析,得出回采工作面的进风临界湿球温度为25℃较为合适的结论。当回采工作面进风湿球温度低于25℃时,适量增加风量有利于工作面降温,当大于25℃时,增加风量对工作面降温反而有害。     

高海拔矿井掘进工作面局部增压的空气幕调控仿真研究

矿井环境一直是制约矿井地下安全生产的重要因素之一,尤其是在高海拔地域,由于空气的各项参数都与海拔高度相关,高海拔地区矿井在通风方面要比平原矿井有更多特殊要求。为解决高海拔地区矿井掘进工作面存在的低压缺氧问题,在对高海拔地区低压环境特性分析及传统矿用空气幕理论分析的基础上,根据增能增阻设计提出了多功能矿用空气幕联合增压模型,该模型在巷道两端分别布置引射型和增阻型矿用空气幕,以达到增压进而间接提高工作场所含氧量的效果。以青海省某金矿3 850 m中段开拓巷道掘进作业面为背景,借助有限元仿真软件Fluent对构建的开拓巷道的三维立体模型进行数值模拟。模拟结果与现场实测结果基本相符,结果表明:采用基于空气幕的增压增氧调控技术可使开拓巷道掘进作业面绝对气压由63 835 Pa增加至68 273 Pa,氧分压从12 040 Pa提高至14 213 Pa,达到海拔3 000 m的水平,可明显改善通风效果和通风质量;同时,随掘进作业面压力提高,采空区有害气体的逸出也得到有效抑制。该调控方法可以克服传统风流调控设施存在的布置困难、影响通行的问题,为提高高海拔地区井下压力及含氧量提供了新的思路。     

Analysis of gas dispersion and ventilation within a comprehensive CAD model of an offshore platform via computational fluid dynamics

Maintaining an adequate air flow with a desired air quality that is free from hazardous gases is among the most important actions taken toward the improvement of safety in any process plant. Due to the increased focus on the consequences of existing hazardous material on safety, health, and the environment, air quality and sufficient ventilation within a plant has been increasingly considered in the design stage. This paper investigates and analyzes methane and hydrogen sulfite dispersion and the effect of air ventilation within a CAD model of an offshore platform using computation fluids dynamics (CFD). In addition, this method and its principals could be utilized in any other hazardous environment. Simulations of possible hazardous events along with solutions for preventing or reducing their probability are presented to better assess the data. These investigations are performed by considering hypothetical hazardous scenarios which consist of gas leakages from pipes and process equipment under different conditions. After drafting a precise and highly detailed CAD model of the plant and performing CFD simulations on this model, the results of gas behaviors, dispersion, distribution, accumulation, and its possible hazards are investigated and analyzed. The larger amount of details of the actual plant model in CFD simulation are obtained by using a combination of different methods and software. These include PDMS for 3-D drawing of the plan, Rinoceros for geometrical integration of the process equipment and facilities, and Sharc Harpoon which meshes the model. Moreover, the probability of inducing ignitable or toxic concentration of gases within the atmosphere and air ventilation of the unit is considered by these investigations.     

基于非线性渗流模型采空区漏风流场数值模拟

针对采空区非线性渗流模型中颗粒平均粒径的取值问题,利用专业的流体力学软件fluent对刘庄矿151305工作面采空区不同颗粒粒径下的漏风流场进行了模拟,以此确定合适的平均粒径,并利用该采空区颗粒平均粒径对工作面供风量及采空区漏风的影响进行了模拟与分析。结果表明,采空区内平均粒径的取值对工作面风量分布影响较大,瓦斯抽采负压也相差一个数量级;通过与实测工作面风量及实际的瓦斯抽采负压作对比,当采空区颗粒平均粒径取0.1 m时,模拟结果与现场实际最为吻合;工作面供风量越大,采空区的漏风量也越大,两者为二次函数关系。该研究方法为工作面采空区漏风流场数值模拟提供了理论指导。     

元堡煤矿易自燃煤层初采期采空区流场数值模拟

易自燃煤层初采期采空区遗煤自然发火危险性很大,为了采取有针对性的防火措施需要对采空区气体流场规律研究。采取注氮气措施防火会对采空区其它气体成分形成干扰,给直接研究带来影响。利用Fluent软件数值模拟可以间接研究采空区气体流场规律。首先在模拟注氮气情况下,确定采空区煤岩平均粒径和孔隙率等多孔介质参数（由于无法直接测定,只能通过反复修改多孔介质参数使采空区气体成分与所测定值相近确定）。然后在确定的多孔介质参数下模拟非注氮气情况下采空区各气体流场。通过模拟结果研究了元堡煤矿初采期采空区各气体流场分布规律,划分出了自燃“三带”范围。     

What you don’t manage will leak: A tribute to Trevor Kletz

This paper expands on a simple concept shared with us over three decades ago by Trevor Kletz: what you don’t have can’t leak. Despite many efforts at eliminating hazards through inherently safer process methodologies, as encouraged by Kletz and others, the reality is that the use of hazardous materials and processes is still quite common. Therefore, we consider those processes that still handle hazardous materials – the cases where what you do not manage will leak and may cause a fire, explosion or toxic release. Our intended audience is quite broad. As Kletz has noted over the years, it is not just the people running a process who are responsible for its safety, but also those who make decisions on its design, operation, maintenance, staffing, etc. We hope that this paper contributes to an understanding of why we continue to have hazardous materials leak, potentially leading to accidents that cause fatalities, serious injuries, property damage, and environmental harm.We expand on the fundamental equation for risk, a function of both the frequency and the consequence of a possible event, by considering the effects of poor operational discipline on risk, and ultimately, on the possible leak or release of the hazardous material. Continued safe operation involving hazardous materials depends on and is sustained by the operational discipline of everyone involved in the design of processes and their continuing operation and maintenance. What we do not manage will leak and therein lays the fundamental challenge that Kletz continues to emphasize today.