煤矿掘进工作面粉尘延时采样测量方法

为研究煤矿掘进工作面采样时刻对滤膜称重法测量长距离巷道粉尘运移情况的影响,结合有限元分析方法提出延时采样法。首先分析粉尘颗粒沿巷道径向的运动模型,然后估算粉尘在巷道中运移所需的时间,制定粉尘质量浓度测量方案,并在煤矿巷道实地测量。结果表明：延时采样法得到不同时间、不同位置和不同作业工况下相同批次粉尘的运移分布情况,而多点同步采样法的不同起始时间的测试结果稳定性差;分析延时采样法的数据发现“尘汇现象”,其导致弱风巷道粉尘质量浓度的每小时增长速率约为扩散至该区域粉尘质量浓度的10%～15%。分析延时采样法在不同工况下的粉尘质量浓度及其对应的尘汇浓度和测量误差,发现新的非截割尘源位置,并计算产尘浓度,为针对性布置和安装巷道降尘设备提供参考依据。     

瓦斯爆炸过程中火焰瞬时传播规律研究

在改善后的瓦斯爆炸试验条件下,为了得到任意位置的火焰传播速度,对火焰通过各传感器所处的位置与其对应时间进行统计分析,发现可以用二次抛物线方程来表达火焰传播距离与其对应时间之间的关系,由此推导火焰瞬时传播速度随管道位置变化的关系式,得到管道任意位置及任意时刻的火焰速度计算公式。研究发现:瓦斯爆炸火焰传播运动过程近似于匀加速直线运动过程;当加螺旋环时火焰传播过程接近于匀速直线运动。随着管道长度的不断增大,火焰瞬时速度不断增加,但增加的幅度越来越小,当管道长度达到某值后,火焰速度将趋于某一定值。煤矿井下可根据各点计算得出的火焰速度大小,采用相应的预防措施,减少瓦斯爆炸造成的损失。     

初始扰动对CO2抑制瓦斯爆炸特性研究*

为了预防实际生产过程中发生的瓦斯爆炸事故,利用20 L球形爆炸装置,通过改变粉尘仓充压压力产生不同的扰动,研究9.5%CH4浓度下不同扰动条件对CO2抑爆特性的影响。通过对所得参数进行分析,得到CO2抑爆特性与初始扰动的关系。研究结果表明:相较于均匀静置状态,初始扰动的存在均能提高CH4的爆炸强度,当引发初始扰动的粉尘仓压力为1.5 MPa时,最大爆炸压力达到0.78 MPa;随CO2浓度增大,爆炸强度整体下降,呈二次下降趋势、最大爆炸压力时间呈上升趋势,且各初始扰动压力间爆炸强度均大于均匀静置状态、最大爆炸压力时间小于均匀静置状态;同时利用CHEMKIN软件得到绝热平衡压力,计算热损失参数发现,同一气体混合比例工况下,初始扰动状态的热损失及热损失分数明显低于均匀静置状态的,且当CO2浓度为15%时,差距最大,不同初始扰动间热损失及热损失分数最小值分别为0.013 19 kJ/m2,17.9%,远小于静置状态下0.036 29 kJ/m2,46.4%,说明初始扰动对于CO2抑爆效果存在削弱作用。     

煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿性的影响研究

为明确煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿能力的影响,以径长范围为小于74、74～104、104～147μm的3种红柳煤样为研究对象,开展沉降试验。选取十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐(FMES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFC)和辛癸基葡糖苷(APG)5种表面活性剂,将其以质量比1∶1两两复配成10种复配组合,分别对单体和复配溶液作沉降试验,探究不同粒径煤尘在复配溶液和组成它们的表面活性剂单体溶液中的沉降速度变化特征。结果表明：煤尘粒径不会影响表面活性剂之间的协同润湿作用,但会影响表面活性剂之间的协同润湿程度;不同复配组合之间的润湿能力强弱不因煤尘粒径改变而变化;相较小粒径煤尘,复配溶液质量分数提高对大粒径煤尘润湿能力的提升更为明显;SDS与JFC复配组合对不同粒径煤尘均有很好的润湿效果,通过表面活性剂处理前后煤样的红外光谱分析推测,SDS与JFC能够协同提高煤尘的润湿性。     

氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响

为探究不同氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响，采用20 L球形爆炸试验装置开展了不同浓度(体积分数)甲烷爆炸的抑制试验，试验的扰动条件由空气射流产生，扰动强度通过粉尘仓的初始压力控制，并采用CHEMKIN软件对甲烷爆炸的反应机理进行了敏感性分析。结果表明：无论是均匀静置状态还是扰动条件下，甲烷的爆炸强度均随氮气浓度的增加逐渐减弱，且氮气对高浓度甲烷爆炸的抑制作用更显著，在11.2%甲烷浓度和1.5 MPa扰动强度下甲烷的最大爆炸压力下降值最大，其值为0.663 5 MPa;相比均匀静置状态，扰动条件在一定程度上削弱了氮气对甲烷爆炸的抑制作用，增加了甲烷的爆炸强度，导致甲烷的爆炸压力峰值时刻延长，且不同扰动强度之间甲烷的最大爆炸压力值均相近；氮气不会直接参与甲烷爆炸过程中的基元反应，而是通过稀释反应系统中的氧气浓度来影响基元反应的进行。该研究结果可为有效防治瓦斯爆炸提供理论参考。     

综掘工作面气水联动除尘装置影响因素及应用效果分析*

为掌握气水联动除尘装置影响因素及现场除尘效果,以便更好应用于现场实际。基于煤矿综掘工作面长压短抽通风控除尘系统,利用数值仿真和正交实验设计分析方法,系统研究除尘装置叶片参数、进风量和进风口位置等因素对除尘效果的影响规律。研究结果表明:叶片安装角为40°,扭转角为4°时,除尘器入口处负压值和进风量最大,而吸风口距工作面5 m、吸风量≥300 m3/min时的除尘效果较好。控除尘系统采用气水联动除尘装置后,各测点全尘除尘效率提高了40.8%~55.4%,呼吸性粉尘除尘效率提高了31.4%~41.3%,应用效果良好。     

开口钢管内甲烷爆炸火焰厚度和压力发展特征

通过搭建长为20m、截面为0.08m×0.08m的非绝热开口钢管,研究了甲烷与空气预混气体发生爆炸后的火焰和压力发展特征。实验结果表明:火焰信号最强的时刻对应于火焰前锋反应区内某时刻,而火焰信号起始上升时刻与火焰前锋预热区起始时刻接近,应选择某点火焰信号起始上升时刻作为该点的火焰到达时间。随着远离点火源距离的增加,火焰厚度呈现先变薄后变厚的变化趋势,最大超压呈现先减小、后增大、再减小的趋势,火焰传播速度则呈先增大后减小的变化过程。非绝热开口钢管的实验条件对爆炸超压和火焰传播速度的影响较大。研究成果可为甲烷爆炸致灾机制及防控的研究提供参考。     

阴/非离子化学剂与糖脂类生物剂复配对煤尘润湿效果影响*

为解决糖脂类生物表面活性剂润湿性能差的问题,选取4种化学表面活性剂和3种生物表面活性剂,通过对化学表面活性剂与生物表面活性剂的溶液的表面张力、沉降速度和红外光谱分析,研究化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘润湿效果的影响。研究结果表明:化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘的润湿性存在增强作用,且化学表面活性剂润湿性能越强,复配后对煤尘润湿性的增强作用越好,当二者为阴/非组合时这种增效作用更强,当质量分数达到一定值时,影响减弱。单体与复配的表面张力的线性回归模型表明,在对复配表面张力的影响中化学表面活性剂占主要影响因素。其中化学表面活性剂SDS与生物表面活性剂槐糖脂复配时增效作用最好,表面张力最低为23.04 mN/m,煤尘沉降速度最快为7.70 mg/s。     

基于响应曲面法的有效抽采半径多因素交互影响机制研究*

为探究钻孔有效抽采半径的关键影响因素及各因素间交互作用,构建应力应变-瓦斯吸附解吸耦合渗透率变化模型,采用COMSOL软件进行数值模拟,分析单一因素变化对钻孔有效抽采半径的影响,并通过Design-Expert软件设计响应曲面试验,分析多因素交互作用对钻孔有效抽采半径变化的影响机制,获得有效抽采半径对多因素交互影响的响应曲面模型。研究结果表明:不同因素对钻孔有效抽采半径影响的显著性顺序为:煤层初始渗透率、原始瓦斯压力、抽采时间,煤层初始渗透率和抽采时间与有效抽采半径呈正相关关系,原始瓦斯压力与有效抽采半径呈负相关。1个影响因素的变化会影响其他因素对有效抽采半径的影响,煤层初始渗透率能够放大其他因素对有效抽采半径的影响,而原始瓦斯压力则会降低其他因素对有效抽采半径的影响。