隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率，实现隧道节能通风。依托实际隧道工程，基于Fluent软件，选用RNG k-ε湍流模型，对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟，并对模拟结果进行交叉比对分析，提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量；对于不同竖井风塔外型结构，竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数；当倾斜角为45°、圆心角为90°时，凸台结构对应竖井出流量最大，且受环境风影响波动较小，通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状，实现对环境风的高效利用，提高竖井通风效率。     

热力耦合作用对桩及桩间土拱效应的影响研究*

为研究负温对桩侧应力及桩间土拱效应的影响，通过FLAC3D软件模拟热力耦合作用下新型排桩冻结法中桩间土拱效应的变化及温度效应下的桩间距，并根据巴霍尔金单排管冻结稳态温度场解析解，建立冻结壁平均温度区域解。研究结果表明:桩土接触面的应力分量τxy近似线性变化，应力分量σx近似均匀分布，温度降低对应力分量τxy的分布影响较小，但对应力分量σx的影响较大；负温使桩间距发生变化，且整体平均应力的分布也更加均匀化；通过与巴霍尔金解析解对比，证明单排管冻结温度场模型的可行性，在此基础上建立的单排管冻结壁平均温度区域解，其与数值模拟结果相差不超过1 ℃，计算误差满足工程要求；随着冻结时间的增加，单排管冻结壁温度场呈抛物线形式降低。     

土压平衡矩形顶管施工引起的地表沉降规律研究

为了分析与掌握矩形顶管施工引起的地表沉降变形规律，提出基于MIDAS-GTS有限元软件的分析方法，首先，通过工程实例验证MIDAS-GTS有限元软件在分析顶管施工引起地表沉降变形的有效性；其次，通过影响因素的敏感性分析确定不同影响因素作用下的地表沉降变形特性，这些影响因素主要包括开挖面支护压力、侧摩阻力、地层结构特性等；最后，通过地表沉降变形特性分析得出矩形顶管的适用范围。研究结果表明:基于MIDAS-GTS有限元软件的地表沉降规律分析方法和结果，可为矩形顶管施工过程提供相关参考和借鉴。     

武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料，通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化，探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候，由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱，反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风，白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合，形成气流汇聚带，在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大；（2）武汉地区发生空气污染时，地面湿度较高，边界层呈上干下湿状态，其特征为暖而干且有偏东小风，这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性，基于实际工程背景，考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素，建立了瓦斯抽采气固耦合模型，并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟，研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采，瓦斯抽采180 d后，己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t；将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用，实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32 MPa和3.17 m3/t，均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的“双6”指标（残余瓦斯压力小于0.6 MPa，残余瓦斯含量小于6 m3/t），可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。     

金属丝网对甲烷/空气预混火焰管道内传播的影响

为研究管道内金属丝网对甲烷/空气预混火焰传播的影响，通过实验和三维数值模拟研究安装金属丝网的管道内火焰传播特性以及流场、温度场的变化。结果表明:40目4层的金属丝网可以使火焰淬熄，30目4层的金属丝网无法淬熄，但可以使火焰停滞3 ms；大涡模型可以很好地对管道内火焰淬熄现象进行模拟；当火焰穿过30目4层金属丝网时，速度增大，在Kelvin Helmholtz不稳定和Rayleigh Taylor不稳定的耦合作用下形成湍流；金属丝网的目数会影响热量在丝网层中的扩散，当金属丝网为30目4层时，火焰热量扩散快，而当金属丝网为40目4层时，火焰热量扩散慢且温度大幅度衰减，衰减率达到83%。     

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案，以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象，通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统，连续测定采空区气体浓度变化，划分采空区自燃“三带”分布区域,并基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法，利用流体力学COMSOL计算软件，研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化，对氧化自燃带上界限的影响并不显著，而对氧化自燃带的下界限影响比较显著；最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右，运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系，由拟合式计算出最优注氮量为386 m3/h，此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响，建立缝洞型管道模型，采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内，随着火焰沿管道向前传播，各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低，而压力上升速率则表现出不规则的变化；缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度，提高了管道内各监测点的温度峰值；在缝洞型管道内随长径比r增加，各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。     

穿层爆破中控制孔对裂隙扩展作用机理试验研究

为研究控制孔在穿层爆破中对裂隙扩展的作用机理，在实验室内进行穿层爆破相似模拟试验。研究表明:煤岩体试块上表面产生了贯穿炮孔和控制孔的裂隙，侧面生成了多条不规则的裂隙，试块内部出现了包括沿控制孔方向发展的多个断裂面；炮孔和控制孔连线上产生了较高拉应力，炮孔和控制孔连线方向上拉应变峰值是炮孔45°方向上的拉应变峰值的1.12倍；爆破产生的压缩应力波P和在控制孔处反射生成的反射横波Sr、反射纵波Pr在控制孔附近的煤岩体上产生应力叠加，造成煤岩体损伤，最终形成贯穿裂隙。穿层爆破中控制孔对爆生裂隙的扩展起到导向作用，但由于穿层爆破中煤岩交界面的存在，使得应力波出现复杂的反射、透射、叠加效应，造成煤层内裂隙无序发育，工程现场应予以重视。     

基于蒙特卡洛模拟的多米诺事故风险量化管理*

为降低危化品相关的化工事故造成的人员伤亡和财产损失，以化工多米诺事故为研究对象，探讨由初始事故引发1个或多个次生事故的连锁反应机理与风险评估方法。提出应用蒙特卡洛模拟对多米诺事故风险进行动态量化的方法，梳理化工多米诺事故风险的识别、分析、评定、处理全周期管理流程，并以1个天然气压气站为案例，验证基于蒙卡模拟的化工多米诺事故风险量化方法的有效性。结果表明:该方法可以更准确地对化工多米诺事故风险进行定量评估。多米诺事故风险全周期管理流程的梳理能够有效指导化工企业开展安全管理、事故预防等工作。