矿井通风井巷摩擦风阻的计算与研究

为了提高摩擦阻力系数的准确性与可靠性,通过对大量的测试数据进行整理、分析并进行分类,结合滤波分析法对数据进行预处理,利用统计分析法对巷道摩擦阻力系数值进行模拟测算,得到了不同巷道中摩擦风阻计算的经验公式.提出了简要的矿井通风阻力计算公式.     

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。     

采空区亚自燃状态及其向自燃转化研究

针对高危自燃采空区遗留煤发生自燃问题,提出采空区亚自燃状态的概念.开采推进过程中的采空区自燃,都可理解为是从亚自燃状态向自燃状态转化的结果,且其转化过程时间很短,小于最短自然发火期.在不同条件下的自燃过程满足叠加组合原理,采空区亚自燃状态向自燃转化过程是两种以上过程的叠加.转化受亚自燃状态程度(稳定温度)、工作面推进度、漏风供氧、煤堆积状态及防灭火措施(注氮)等因素影响.亚自燃状态理论能够解释生产实践中一旦某一不利因素出现,能在短时间内导致自燃发生的现象(自燃突发性).亚自燃状态概念的提出,将有助于从理论上正确认识实际采空区自燃状态的演变过程,实现早期预防采空区自燃的发生.     

综放面风量调节范围与安全评价的数值模拟分析

结合实际算例 ,用迎风有限元方法 ,从理论上得出了采空区瓦斯绝对涌出量与工作面风量呈指数关系 ,采空区氧化带宽度与工作面风量呈负指数关系。按排放瓦斯要求和工作面生产的供风要求 ,确定风量下限 ,从防止采空区自然发火的角度 ,确定风量的上限 ,由此 ,得出合理的风量范围。引入了范围极差的概念 ,当风量极差越大 ,安全情况越好 ,反之 ,采空区的自然发火与瓦斯涌出二者是不可调和的 ,必须采取防治措施来提高风量极差值。     

矿井反风时期网域系统瓦斯运移仿真

为了解矿井反风时期矿井系统网域中瓦斯运移及其体积分数分布的变动,以九里山矿井为实例,运用TF1M3D进行仿真分析。根据反风时采空区瓦斯分布换向变化和涌出处在最低值期的特征,指出反风后系统瓦斯涌出源主要来自采煤工作面。模拟得到反风时期工作面瓦斯体积分数的变化规律是,在实施全矿反风后,工作面回风道的瓦斯重新回流至工作面,与工作面内涌出的瓦斯重复叠加形成体积分数高峰瓦斯风流,致使反风后原来进风巷中回风流瓦斯体积分数增高;反风刚开始时瓦斯体积分数陡增,待峰值过后,瓦斯体积分数逐渐呈阶梯式降低。模拟结果反映出反风时采煤工作面中回流瓦斯与涌出瓦斯形成二次叠加的存在性,而所产生的瓦斯体积分数高峰值与矿井回风网络系统的结构有关。高峰瓦斯风流影响矿井反风过程的安全性,因此不但应连续检测工作面的瓦斯体积分数变化,更应提前做好应对措施和技术预案。     

楼房井道火灾的烟气运移-弥散中毒过程研究

为研究老式学生宿舍垃圾井底部起火产生的高温有毒气体的运移扩散过程,采用火灾动态仿真模拟软件FDS对其进行了仿真模拟,并提供应急预案参考.运用控制变量法并选择不同火灾工况对火灾危险形成规律进行分析,依据最不利原则和数值仿真模拟,探讨人体在有毒烟气热环境中的耐受时间及最佳安全疏散时间.结果表明:垃圾井起火时,走廊门与窗户均开启状态下人员逃生最困难;火灾发生后有毒气体CO蔓延使人丧失行为能力的时间为3.95 min,是主要危险因素;18 m垃圾井起火后产生烟囱效应,六楼(顶楼)受灾最严重,可用疏散时间仅为10 s;改造竖向垃圾井顶部为开口状态可降低疏散通道CO质量分数为原来的1/45～1/30,延长疏散时间到8 h,为人员安全疏散提供了保证.     

回采采空区自燃的早期过程及数值模拟分析

用对流问题的迎风有限元方法结合图形显示技术，求解了采空区漏风渗流移动方程和氧浓度消耗与扩散方程（数值模型），描述了采宽区自燃早期的漏风流态和氧浓度分布特征，用高氧浓度区与蓄热区的叠加确定采空区自燃氧化带。该模型能分析在不同漏风条件下自燃氧化带的形状变化及自然发火危险位置；工作面进度和工作面风量与自燃氧化带范围具有连续的依赖关系，为研究采空区自然发火早期成长过程，合理控制工作面进度等提供一种辅助分析手段，有利于从根本上预防采空区自然发火。     

采空区自燃火灾气体钻孔导流的数值模拟研究

针对采空区局部自燃火源点的火灾情况 ,提出用地面钻孔抽放采空区自燃火灾气体 ,使其避免流向工作面的方法。基于渗流方程和气体扩散方程建立了简化的采空区火灾气体移动———弥散数值模型 ,用迎风有限元方法结合图形显示技术求解。模拟了在抽放前后采空区火灾气体移动和CO浓度分布特征 ,该方法对火源位置的判定精度要求不高 ,但钻孔必须设在火源的后方。通过模拟试验 ,抽放后工作面向采空区漏风增加量约为抽放流量的一半 ;抽放流量与采空区CO绝对涌出量近似呈负指数关系 ,给出了最低抽放流量的表达式。这项研究 ,能为分析在短期内消除采空区自燃火灾气体对工作面影响和确定抽放参数提供一种辅助手段。     

梯度升温地层中巷道风流温度分布计算研究

以往巷道围岩与风流热交换计算都是基于围岩地层温度恒定为条件的,为考虑地层地温随深度连续变化对通风巷道风流温度分布的影响,引入风流与围岩热交换的广义换热系数的概念。为简化分析,在假设暂不考虑巷道热湿蒸发或风流湿度饱和,以及无局部热源的前提下,推导了在地层深度梯度升温场中井巷风流与围岩热交换微分方程,即在围岩恒温条件下风流与围岩热交换方程中增加一项地层升温项。对不同巷道情况分别进行求解,结果得到,在地温梯度升温条件下,如果巷道足够长,水平巷道的风流温度终将与地温趋于一致;对倾斜的通风巷道,风流升温率与地温升温率趋于一致,在风流与巷道围岩之间热交换达到稳定后存在一个温度差,称为滞后温差,且该温差随着风量增大而增大。研究为解决矿井地下3D网域通风系统中风流温度分布计算仿真提供算法基础。     

煤样封闭耗氧试验及其参数测定分析

为确定数值模拟所需的煤氧化参数,介绍了测定煤耗氧速度常数和CO生成比率的常温煤样氧化封闭试验方法.测定数据的回归分析表明,煤样耗氧变化符合负指数函数衰减的一般规律.通过煤样氧化封闭试验,可获得与煤样状态同比条件下煤的耗氧速度、耗氧时生成CO比率和煤样氧化下限氧浓度等重要参数指标.试验验证了煤耗氧速度与环境空气中氧浓度成正比;提出了堆积煤样的体积耗氧速度常数新指标,其值可通过试验直接测定;给出了耗氧速度(量)与CO产生速度(量)的比例变化关系.本研究可为煤自燃过程模拟计算与自燃预测研究提供关键性基础参数.