基于热线法的不同水分含量松散煤体热物性实验与模拟研究*

为解决松散煤体热物性参数的测试周期长与实验误差大等问题,构建测试装置实验平台,结合交叉热线法和平行热线法,对松散煤体热物性参数进行准确测量与计算,对1～2 mm,0.5～0.6 mm和0.2～0.3 mm 3种不同粒径煤样在不同水分含量下的热物性参数的变化规律进行研究,利用Fluent数值模拟软件对松散煤体温度场进行模拟研究,并对比模拟结果与实验结果的差异性。结果表明:在所测粒径范围里,同等水分含量下的松散煤体粒径越大,导热系数越小,热扩散率与比热容越大;松散煤体的导热系数随水分含量的增加而增加,但增加趋势渐缓;松散煤体的热扩散率随着水分含量的增加而增大,当水分含量达到11.73～13.88%后热扩散率开始逐渐下降,而比热容随着水分含量的增加逐渐增大。     

基于解析-数值耦合法的瓦斯压力预判方法

瓦斯压力是煤层瓦斯的重要基础参数,为了掌握煤层瓦斯压力,基于煤层瓦斯连续方程进行了瓦斯压力与煤层倾斜长度解析模型的推演,针对推演出的模型结合数值拟合方法建立了一种解析-数值耦合的瓦斯压力预判方法。为便于比较该方法与一般数值拟合的差异,选择了浅埋煤层及深部煤层两个差异化样本。不同样本下,一般数值拟合方法与耦合方法预判结果显示:样本Ⅰ中不同预判方法的相关性系数均在0.9874之上,样本Ⅱ中不同的预判模型相关性系数差异较大,耦合模型相关性系数最大为0.7786;样本Ⅰ中标准差数值及不同方法间差异均较小,样本Ⅱ中标差差异较明显;一般预判方法瓦斯压力增长梯度随倾斜长度的增加逐渐变大与实际不符,耦合方法瓦斯压力随倾斜长度增长趋于稳定与实际情况一致;不同预判模型下瓦斯压力生长曲线不因样本差异而有较大的波动。综合不同样本瓦斯压力预判结果可知,浅埋煤层瓦斯压力预判可应用线性回归方法,深部煤层瓦斯压力预判应用耦合方法与实际更相符。     

综放采空区瓦斯与煤自燃多场耦合模拟研究

为了分析瓦斯与煤自燃多场耦合致灾特性,结合瓦斯抽采引起的采空区混合气体流动、气体组分渗流与采空区渗透率变化、固气两相热量传输等多物理过程,建立了基于综放采空区高位钻孔瓦斯抽采的热-流-化多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟了综放采空区高位钻孔抽采瓦斯诱导煤自燃过程,阐明了瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理,得到了寸草塔二矿31102综放采空区氧化带范围与高温范围,并探讨了抽采强度对综放采空区氧浓度场与温度场的影响。研究结果表明:高位钻孔抽采瓦斯有效地降低了回风巷瓦斯浓度,保证了31102综放工作面安全高效回采。增大综放采空区高位钻孔抽采瓦斯强度不能保证煤自燃安全性,二者存在矛盾,在得到高效抽采瓦斯的同时,会造成进风侧氧化带宽度增加,采空区氧化带边界向深处蔓延,扩大煤自燃高温区域,漏风携氧充分的参与煤氧复合反应,采空区最高温度逐渐上升,煤自燃风险增大。     

基于CMAQ模型的大连市大气氮湿沉降模拟研究

为了探讨大连市大气氮氧化物湿沉降的污染特征,通过监测站采集2012年内大连市的雨水样品,分析了氮氧化物的沉降浓度及沉降规律.同时,采用CMAQ模型MM5气象模式对大连市大气氮湿沉降进行了模拟研究,并在相关模拟模型的预报因子中增加氮氧化物污染源动态变化信息进行修正.结果表明:大连市大气氮湿沉降中硝酸根离子的平均当量浓度值为71.73μeq·L-1,铵根离子为98.91μeq·L-1;大连大气中氮氧化物沉降当量浓度随季节变化明显,且不同时期波动显著.CMAQ模型的模拟结果与实测数据相比存在偏差;经修正后模型模拟的结果更加逼近观测值,充分说明利用该修正模型在一定程度上修正了源清单不确定性对模拟结果造成的影响,利用修正后模型进行模拟具有可靠的准确性与可行性,可为大连市环境影响评估及控制效益评价提供科学依据.     

偏Y形通风工作面上隅角瓦斯抽采模拟

为解决保德煤矿81505工作面上隅角瓦斯超限问题,选择联巷埋管抽采瓦斯方式进行治理.使用COMSOL模拟软件建立采场物理模型,研究瓦斯埋管抽采前后采空区和工作面O2、CH4体积分数分布、工作面在推进过程中采空区最高温度与工作面风速的关系,分析采空区瓦斯分布和采空区"三带"的变化.结果表明:随瓦斯抽采流量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数降低;抽采位置距工作面距离增加,工作面上隅角的瓦斯体积分数降低.根据保德煤矿81505工作面采空区的最短自然发火期,选择抽采流量为40 m3/min,在距工作面40 m处进行瓦斯抽采,工作面上隅角瓦斯体积分数从0.53％降低到0.17％,氧化带宽度从100 m增加到149 m.最后通过现场实践,工作面上隅角瓦斯体积分数降低到0.16％,采空区氧化带的宽度范围为135～150 m,在降低工作面上隅角瓦斯体积分数的同时降低了采空区发生自燃的危险性.     

基于BP神经网络的污水格栅间气体监测*

为实现对城市污水泵站格栅间内H2S和CO有害气体浓度实时准确监测分析,设计气体传感器阵列监测系统,建立单隐层BP神经网络模型对气体浓度样本进行训练,确定网络隐含层数为9,训练函数为traindm,模型优化后输出的H2S和CO气体浓度与实测值的平均相对误差分别为1.3%与0.4%。研究结果表明:采用BP神经网络模型对传感器阵列采集到的样本数据进行训练,可提高其测量精度,提升精度范围在57%~75%之间,能够满足对污水泵站有害气体监测的基本要求,所建立模型表现出良好效果。研究结果可为污水格栅间有害气体监测提供新方法。     

煤与瓦斯突出预测综合指标F临界值研究

为了更加准确的预测掘进工作面煤与瓦斯突出,防止灾害事故的发生,针对“三率”各评价指标与掘进工作面煤与瓦斯突出预测综合指标具有区间型属性特性,运用灰靶决策理论,提出了基于熵值加权法与多指标加权灰靶相耦合的决策模型。该模型引入“奖优罚劣”变换算子,对样本矩阵进行无量纲初始化处理,结合改进的熵值法确定指标权重,构建了综合指标F临界值的决策模型,将综合指标F值在200~400内以10为步长形成了21个评价方案,对综合指标F的临界值进行研究。最后,通过在章村煤矿的现场实际应用,证实了该模型的有效性与实用性。     

羟基对煤中桥键活性官能团氧化反应特性的影响

羟基(—OH)是影响煤自燃发展的关键因素之一。为进一步了解羟基对煤自燃过程的影响，通过Gaussian软件构建出苯基与桥键类活性基团—CH₂—、—CH₂O—、—CHOHCH₂—分别相连以及—OH处于活性基团邻位的共6种模型，采用B3LYP方法优化模型结构、并计算其频率，得到6种模型的静电势、前线轨道能隙、表面电子云分布、焓变及吉布斯自由能变化值，分析这3种桥键类活性基团的反应活性以及羟基对其氧化反应性质的影响。结果表明：3种活性基团的反应活性由大到小依次为—CH₂O—、—CHOHCH₂—、—CH₂—,羟基的加入并未改变其反应活性顺序，但提高了它们各自的反应活性；羟基处于桥键类活性基团邻位会提高桥键活性基团的亲核反应能力，削弱其亲电反应能力；3种活性基团的LUMO成键能力从强到弱依次为—CH₂—、—CHOHCH₂—、—CH₂O—,活性基团与氧气复合的难易程度与其LUMO成键能力有关，而与反应活...