正压密封方法数值模拟及其在矿井防灭火中的应用

为控制采空区火灾和防止有毒有害气体外泄,基于矿井空气流动理论和均压防灭火方法,建立气室注氮正压控制密闭漏风数值模型。分析气室内氮气正压对采空区密闭漏风行为的控制规律,并以恒大煤矿2132工作面采空区火灾控制为实例进行验证。实例结果表明,在气室内连续注入的氮气的相对正压作用下,通风巷道向采空区漏风的速率迅速减小,并最终停止和反向,形成由气室向通风巷道微量漏氮状态;当采空区抽采负压在-300 Pa,瓦斯流量为30 m3/min,瓦斯体积分数为70%时,保持气室注氮流量0.2 m3/min、正压15 Pa,回风巷处采空区内O2体积分数在1天内降至5%以下,C2H2在3日内消失,C2H4在15日内消失,CO在26日内消失,温度在35日后降至30℃以下,采空区火灾得到控制。     

阻断漏风供氧的脱氧剂在密闭中的应用研究

工作面回采过程中产生的超前支撑压力,会对上区段回采过程中在联络巷构筑的密闭造成破坏,使之产生裂隙出现漏风,向采空区供氧。为解决目前密闭出现裂隙后只能采取措施减少漏风而不能将漏风中氧气消耗、除去的弊端,利用具有耗氧功能的脱氧剂,设计了主动脱氧型密闭,并通过数值模拟将普通密闭与该密闭漏风时氧浓度分布进行对比。研究表明:相同漏风情况下,普通密闭中添加脱氧剂成为主动脱氧型密闭后,使漏出密闭风流的氧浓度大幅降低,有效减少了进入采空区的氧气量;另外,经过脱氧的密闭漏风,剩余高浓度的N2,对采空区起到了惰化效果,降低了采空区附近的氧浓度。     

采空区开区注氮灭火温度场冷却过程的数值模拟

为研究开区注氮条件下,采空区遗煤自燃被抑制和熄灭作用复杂力学过程(原理),由非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立,建立了注氮采空区煤自燃的非定常数值模型。结合实例,用迎风格式有限元方法求解。计算在不同情况下采空区自燃高温点熄灭过程,以图形方式给出了采空区的漏风流态、氮气流态,描绘灭火降温过程中,采空区氧、CO和温度分布的动态变化过程。提出了对自燃早期火灾施行开区注氮灭火的方法和适用的判定准则。理论计算得到开区注氮灭火分为两个阶段过程,即原火源熄灭和新自燃氧化区形成并自燃。指出实施开区注氮灭火应准确把握注氮时机和防止新自燃氧化区形成的工作面开采推进时机;并配合降低漏风措施条件下进行注氮。     

矿井避难硐室正压密闭系统研究

矿井避难硐室在灾变时为矿工提供了隔绝密闭的避难空间,内部正压密闭系统起到了隔绝有毒有害气体的作用。本文对矿井避难硐室正压系统进行研究,确定影响矿井避难硐室正压数值的因素,通过理论计算确定了矿井避难硐室正压值,同时确定了矿井避难硐室的正压维持方式并设计了相应的余压阀。为保证矿井避难硐室正压的实现,对矿井避难硐室密闭系统进行研究,包括建筑密闭和设施密闭。     

基于试验与数值模拟的采空区氧化带漏风量的反演计算

以六家矿WⅡN16-7综放工作面为试验地点,研究采空区氧化带漏风情况。根据采空区自燃"三带"划分标准和防火注氮技术原理,通过现场实测、数值模拟、实验室试验确定注氮防火基本参数。首先,利用热重试验方法确定采空区惰化防火指标。根据惰化防火指标,通过现场实测和数值模拟的方法分别确定采空区在注氮和不注氮情况下自燃"三带"分布。然后,根据自燃"三带"分布范围,构建氧含量分布数学模型,计算出采空区氧化带混合气体中氧含量的平均值。最后,基于以上参数,通过反演计算得到采空区氧化带漏风量。计算结果表明,采空区氧化带内漏风量为15.12 m3/min,约占总供风量的2.1%。     

基于通风网络理论及试验的采空区自燃“三带”分析

基于通风网络理论模型演化得到采空区走向及倾向的漏风阻力系数分布,综合考虑了采面的回采速度、顶板岩性以及采空区倾向上顶板的沉降量不同等因素影响.采用专业的流体力学计算软件Fluent对桃园矿1033工作面及其采空区进行了流场数值模拟,得到了工作面的漏风量分布及采空区漏风流场分布.模拟结果表明,工作面向采空区漏风区域主要发生在倾回上靠进风侧0～10m范围,并有部分漏风量在工作面倾面从中间点前流回至工作面,采空区内的流场等值线并不完全呈对称分布. 采用工作面埋管取气分析采空区内氧气体保分数,得到了采空区内氧气体积分数分布规律.试验结果表明,沿着采空区走向,氧气体积分散逐渐下降;在采空区倾向上,回风卷氧气体积分数下降最快,进风巷氧气体积分数下降最慢.综合考虑采空区内的滤流速度和氧气体积分数分布,得到了采空区自燃“三 带”范围.在采空区回风巷,氧化带距离工作而范围为11～ 38 m;在采空区进风巷,距离工作面范围为23 ～ 76 m;在中部,距离工作面范围为12～66m.最后,计算得到工作面安全回采速度为2.2m/d.     

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.     

高瓦斯易自燃矿井漏风规律测试分析与研究

针对高瓦斯易自燃矿井瓦斯抽采引起采空区和破裂煤柱区域漏风增大的问题,以试验矿井金一、金二采区为例,运用通风压能测定与示踪技术相结合的联合检测,研究了矿井开采过程中的漏风规律。研究表明,在瓦斯抽采作用下试验矿井的工作面、邻近层、采空区以及密闭之间存在大量的漏风通道,漏风风速较大,达到6.53~12.26 m/min,漏风问题比较严重。从控制漏风角度提出综合治理方法可以掌握漏风规律,严控漏风通道,加强自燃监测,预防自燃事故。根据漏风规律测试结果,在主要漏风通道处,应用增挂帘布、喷涂堵漏材料、飞灰充填或水砂充填等措施堵漏控制漏风,保证了矿井的安全生产。     

防氡密闭要求更好的气密性

众所周知,密闭废旧巷道和采空区是矿井防氡的重要内容之一。其作用一是减少矿井的氡析出量,二是减少漏风量。以前者为主的称为防氡密闭,以后者为主的称通风密闭。这两者对气密性要求是不同的。其原因是废旧巷道和采空区被密闭以后,氡浓度将因积累而增高,气密性不高,防氡效果将受到影响。以采空区为例。当有风流穿过采空区进入井下时,采空区出风的氡浓度为     

“U+L”型通风综采工作面采空区漏风特性研究

为了掌握“U+L”型通风综采工作面采空区的漏风规律,以某矿综采工作面为试验地点,先采用Fluent软件对综采工作面采空区的漏风流场进行了数值模拟,后结合数值模拟结果制定了综采工作面示踪气体SF6的测漏风技术方案,并现场实测了“U+L”型综采工作面采空区的漏风风流分布特征.数值模拟结果与现场实测结果十分吻合.结果表明:1)“U+L”型综采工作面全程向采空区漏风,漏风汇至滞后联络巷后经专用排瓦斯巷排出;2)“U+L”型综采工作面漏风量随联络巷距离工作面距离增大而逐渐降低;3)“U+L”型综采工作面漏风量沿工作面倾向方向(从进风至回风)呈逐渐减少趋势.     

不同螯合剂对花生富集污染土壤中Co的影响

采用模拟Co污染土壤的方法,分别投加2.5 mmol/kg、5.0mmol/kg、7.5 mmol/kg的EDDS、NTA、CA和OA,研究了其对花生生长与吸收土壤重金属Co,以及对土壤中Co的活化能力的影响.结果表明:整合剂处理使花生的生物量降低,在高浓度整合剂处理时,降幅最大;EDDS的添加比NTA、CA和OA更显著地增加了土壤Co的有效态质量比,同时明显提高了花生的富集系数和转运能力;在螯合剂处理下,花生的转运系数最高达到0.916,具备了修复土壤重金属污染的能力;根系和地上部富集Co能力最强时分别达到58.64 mg/kg和46.33mg/kg,是对照组的1.29和3.63倍;各处理花生根系中的Co质量比要高于茎叶中的质量比,花生植株Co质量比与土壤有效态Co质量比呈显著(p＜0.05)或极显著相关(p＜0.01);综合来看,螯合剂的投加能有效活化土壤溶液中的Co,促进植物吸收、转运重金属.     

基于模糊层次分析法的编队内碰撞风险评价模型研究

编队内碰撞是编队飞行最大的安全威胁。为解决编队飞行灵活性与编队飞行安全的矛盾,建立了编队内各机碰撞风险评价模型指标体系,使用模糊互补判断矩阵确定了各指标的碰撞权重,实现了编队内各机碰撞的风险评估。以空军航空兵某部一架机型G与一架机型H混合双机编队为例进行了实证研究,结果表明,该模型简便易操作,可提高编队飞行训练效率。     

基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估

对在役混凝土桥梁的耐久性研究是目前学术界的热点问题。使用科学的方法对其耐久性进行合理的评估,是解决该问题的关键。考虑到在役混凝土桥梁耐久性评估中的不确定性,利用改进的三标度层次分析法及模糊可拓理论,建立了基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估模型。首先,根据桥梁的结构及所处环境的特点,建立了在役混凝土桥梁耐久性评估指标体系。其次,运用改进的三标度层次分析法确定指标权重。然后,使用模糊可拓理论确定耐久性等级。最后,通过具体的实例分析,证明了该评估方法的科学性和有效性。     

物流企业员工安全参与行为演化路径研究

为确定影响物流企业员工安全参与行为的因素与演化路径,推动对物流企业员工的安全监管,在员工和物流企业具有有限理性的前提下,从物流企业与员工之间的博弈机理出发,构建了员工安全参与行为的演化博弈模型。采用系统动力学方法分析模型的演化趋势,通过数值仿真分析物流企业员工安全参与行为及演化路径。结果表明,奖励力度、惩罚力度等参数影响着员工策略的变化,物流企业可加大对员工不积极参与安全行为的处罚力度,并适当提高奖励力度,从而提高员工的参与安全活动的积极性;物流企业还应建立奖励与惩戒相结合的管理制度,同时通过技术创新降低监督成本,实现对员工安全的有效监管。     

软质聚氨酯泡沫阴燃前期热解特性研究

采用DSC-TGA(差示扫描量热-热重分析)同步热分析仪对软质聚氨酯泡沫(聚氨酯软泡)在不同氧气体积分数(0、10％、30％、50％)和不同加热速率(10 K/min、20 K/min、50 K/min)下热解到800℃的过程及其对阴燃的影响进行了研究.结果表明,当氧气体积分数介于10％ ～ 50％时,聚氨酯软泡热失重DTG曲线只有1个峰;当氧气体积分数降低到10％时,DTG曲线开始逐渐分离为2个峰;当氧气体积分数降为0(即氮气气氛)时,DTG曲线已经明显分为2个峰.这表明氧气体积分数对聚氨酯软泡热解特性具有重要作用.氧气体积分数和加热速率降低均对聚氨酯软泡的热解有抑制作用,均能减小阴燃传播速率和向明火转化的可能性.加热速率降低主要是延长了聚氨酯软泡的热解周期,从而减小了热解可燃气体积分数和放热速率.氧气体积分数降低对聚氨酯软泡热解的影响相对复杂的多:当氧气体积分数从10％降低到0时,主要提高了聚氨酯软泡的分解温度,而对热解速率影响不大;当氧气体积分数介于10％～50％时,氧气体积分数减小主要会降低聚氨酯软泡的热解速率、放热速率和放热量而对热解温度影响相对不大.氧气体积分数和加热速率降低抑制了多元醇的分解,而多元醇是聚氨酯软泡维持阴燃或向明火转化的主要物质及能量来源.     

Y型通风沿空留巷巷道围岩活动规律研究

为掌握沿空留巷围岩活动规律,以谢桥矿12418工作面轨道顺槽为工程背景,采用多点位移计及钻孔窥视仪等设备进行实测研究,并结合数值模拟对其进行分析.结果表明:沿空留巷巷道表面围岩变形具有典型的近场效应,留巷前距工作面60 m以外的巷道基本无表面位移,随工作面的推进,巷道表面位移逐渐增大,距工作面10～15m范围内,表面位移变化速率显著增加,留巷后巷道表面位移与留巷前变形趋势类似,但表面位移量较留巷前有明显增加;从顶板钻孔窥视结果可以看出,留巷前仅在孔深2 m处发育单一离层裂隙,留巷后在孔深1.2m、2.4 m、3.8m和5.3m处发育多层离层裂隙,且随滞后工作面距离增加裂隙逐渐增大;尾巷充填体应力在充填材料固结后逐渐升高,并一直维持较高应力状态,因此,巷旁充填体既要确保有一定的强度和刚度,又要有一定的适应变形能力.     

井下有限空间内作业人员噪声危害调查

为研究煤矿井下环境相对封闭、空间相对有限的情况下,噪声对作业人员的影响及危害,通过问卷调查的形式,分别对开滦集团东欢坨及荆各庄2煤矿井下5个不同作业区人员进行了共计200份的噪声危害问卷调查。将问卷调查结果通过SPSS软件进行统计与分析,并将SPSS分析得到的数据用于分析井下噪声对作业人员的影响及危害,归纳出噪声对作业人员的影响因素,并对噪声、影响因素及症状之间建立了井下噪声对作业人员影响的理论关系模型。结果表明:在井下有限空间内,噪声对作业人员的危害最严重的症状是耳鸣,危害最轻的症状是畏惧感;参与调查的多为年龄较大、工龄较长的作业人员,噪声对工龄较长者的危害程度要大于对年龄较大者,且工龄与噪声危害之间存在Pearson相关性系数大于0的正相关关系。     

露天矿采空区爆破合理孔底填塞长度与起爆位置确定

为研究孔底填塞长度与起爆位置对露天矿采空区上覆岩石台阶爆破的影响,进行了数值模拟和工业试验。运用ANSYS/LS-DYNA软件构建了爆破模型,分析了存在采空区时台阶的爆破机理,通过对比分析不同孔底填塞长度、不同起爆位置下爆破时岩石拉应力及动能变化,揭示其对采空区爆破效果的影响,确定了采空区上覆岩石台阶的合理爆破方法,并通过工业试验进行了验证。结果表明:采空区的存在导致爆破能量的利用效率降低;中间起爆技术适合采空区上覆岩石爆破;孔底填塞长度在一定临界范围内时,爆破能量的利用效率是最佳的;确定了武家塔露天煤矿采空区上覆岩石台阶爆破采用中间起爆技术且孔底填塞长度为2 m。     

视野受限时出口指示标志对行人疏散的作用研究

为完善视野受限时的行人疏散理论,探讨了出口指示标志在行人疏散中的作用和其他影响疏散的因素。在前人工作的基础上,进一步阐述了视野受限时的疏散理论模型,统计估算了行人的疏散时间;并利用计算机仿真对比研究了出口指示标志在行人疏散过程中的作用。结果表明,出口指示标志能够明显地影响行人疏散过程中的动力学特征,避免了无出口指示标志时的盲目和绕行现象,优化了行人疏散路径,提高了疏散效率。同时发现,在不同出口宽度下大的视野距离会对疏散起积极作用;初始行人密度较小时,行人数量的变化对疏散时间影响不大;初始行人密度较大时,疏散时间与行人数量间呈线性关系。     

基于多传感器融合的林火监测

为了提高近距离火灾监测的准确率,建立了基于Arduino平台的多传感器实时监测系统.此系统安装在移动机器人身上以探测火灾.在林火发生期间,会产生CO、C02明火火焰及其他产物,并引起周围环境温度的升高.因此,选择合适的传感器,检测出以上参数,就有可能据此判断实际环境是否有火.通过在Arduino上搭建火焰传感器、温度传感器、气体传感器和烟雾传感器,可以实时监测环境参数.在无火和有火环境中进行了多次试验,进行数据采集,得到了大量原始数据.无火环境的数据是在不同的天气条件下测得的;有火环境由试验火堆模拟得到.在模拟的过程中,进行人为操作以模拟不同的火情.如通过浇湿底部的可燃物模拟预热阶段,试验数据因此更有代表性.数据分析表明,单个传感器的输出值波动大,且在有火环境和无火环境中的输出值有重叠.因此,用单一传感器来检测火灾的准确率很低.而同时分析3个传感器的输出值时,其输出值随所检测火堆的不同呈现出一致的变化规律.最后,利用神经网络进行多传感器数据融合.涉及5个输入变量,由神经网络实现对多变量的非线性问题进行模式识别.将前述试验所得数据划分为训练数据和测试数据,两类数据均包含一定比例的有火样本和无火样本.用训练数据对BP神经网络进行训练,可得到林火识别模型.用测试数据检验模型,结果表明,该BP神经网络对试验火的识别准确率为98.625％.