竖井结构中壁面温度对火灾烟气运动影响的计算研究

使用大涡模拟方法研究了不同壁面温度条件下,竖井结构中,竖直壁面间的火灾热烟气和空气运动规律及温度场分布。并讨论了造成分布差异的原因。研究表明,流场中速度、温度和混合分数等参数受燃烧产生的热羽流和壁面温差引起的对流共同影响。温差越大,流场流动速度越大,流场的规律性越强,热烟气在流场中的蔓延速度越快。在温度方面,温度分布随流场变化而呈现不同规律,这里着重讨论了一侧壁面温度不同引起的另一侧壁面附近流场的温度变化。     

浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明：连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0～20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。     

煤层裂隙优势发育方位和频率轨迹预测

裂隙在煤层中的发育具有不均匀性和方向性,确定煤层裂隙优势发育方位和线频率,有助于提高矿井煤层瓦斯抽采效率。根据国内外研究成果,分析了煤层裂隙优势发育方位与同期古构造应力场、现今构造应力场、宏观线形地貌和线形构造要素的密切关系,提出了利用这些规律进行煤层裂隙优势发育方位预测的可行性;根据煤矿井下采掘工程特点,基于测线法与观测窗法相结合,提出了煤矿采煤工作面煤壁节理裂隙观测方法,应用该方法预测出试验区域煤层节理裂隙优势发育方位沿NE40°~70°方向,平均线密度为2.1条/m。     

湿式弦栅丝绕流传热介观模型推导与数值仿真

将隧道施工过程中产生的污风进行净化消热处理,对施工隧道环境控制具有重要意义。为了找到热流体穿越湿式弦栅丝的流动换热规律,采用格子玻尔兹曼方法,建立低雷诺数下的圆柱绕流传热介观模型,进一步结合已有关联式验证模型的准确性;基于上述模型,考察雷诺数Re=200的条件下串列圆柱绕流流场与温度场分布;量化不同间距比L/D下流场与温度场的结构演化,分析换热特征参数努塞尔数Nu与间距比和换热时间的关系,揭示流场结构对温度场的影响。结果表明：流场与温度场的分布规律具有一致性,不同L/D下流场与温度场呈现不同特征,L/D较小时,上下游圆柱之间形成流动死区,换热效果差,随着L/D的增大,下游圆柱对上游圆柱流场的抑制作用减弱,尾流中出现旋涡,流动死区被打破,冷热流体掺混增强;存在临界间距比L/D=2.65,超出这一临界间距时,下游圆柱时均Nu始终大于上游圆柱,且当L/D=4时,上下游圆柱时均Nu趋于稳定,在具体工程应用中,应使间距比L/D≥4。     

封堵条件下管廊温度场与烟气流动规律研究

为了研究封堵结构因子对城市地下综合管廊火灾温度场分布及烟气流动规律的影响,建立1:1全尺寸城市地下综合管廊模型,开展不同封堵条件下的管廊油池火数值模拟.结果表明:随着端口封堵结构因子的增大,管廊顶棚温度升高,顶棚温度呈线性趋势增加,管廊壁面温度变化区域范围相比廊道空间的温度变化区域较大;烟气层高度随着端口封堵结构因子的...     

集贤煤矿瓦斯地质规律主控因素分析

为获得集贤煤矿的矿井瓦斯地质规律,对2007-2009年集贤煤矿的地质资料和瓦斯涌出量数据进行收集整理.在此基础上运用区域构造演化和瓦斯地质理论,分析集贤矿区地质构造演化及分布特征对瓦斯的控制影响.结果表明,集贤煤矿煤层的裂隙发育、高渗透性的顶底板砂岩岩性对瓦斯赋存的控制影响较小,不考虑为集贤煤矿瓦斯地质规律主控因素;而矿井构造、煤层埋深、岩浆岩侵入等因素对瓦斯赋存的控制影响较大,基本上为集贤煤矿瓦斯地质规律的主控因素.     

不同辐射下反应羽流三维直接数值模拟

运用直接数值模拟方法对低速流动下的浮力反应羽流进行了三维数值模拟,分析了不同辐射通量下无量纲流场中近场浮力羽流的结构特性。在有重力场和燃烧释热的情况下,反应羽流自然演化生成周期性的大涡结构,随着辐射强度的增加,不仅对温度场有显著影响,同时还影响着羽流涡旋的发展及其下游三维涡旋结构之间的相互作用。同时,辐射并不破坏流场的...     

高头窑煤矿河流下浅埋煤层综放开采安全限采研究

导水裂隙带高度是水体下安全采煤的主要依据,本文通过数值计算、相似材料模拟、规程预测和工程类比等方法,对高头窑煤矿水多湖川和大哈他土沟河下浅埋煤层开采时导水裂隙带高度进行了预测研究,结果表明：几种方法预测结果有一定的误差,综合工程类比结果,高头窑煤矿水多湖川和大哈他土沟下采煤时裂采比定为15。由于高头窑煤矿2-3煤层上覆基岩段厚度较薄,根据三下开采规程,煤层开采需要进行安全限采控制,采高h≤H/19,以达到控制导水裂隙带高度的目的,实现河下采煤的安全开采。     

长壁综采工作面覆岩采动变形破坏时空演化规律研究

回采工作面煤层被采出以后,上覆岩层产生离层、断裂、垮落等运动,形成的冒落带和裂隙带范围对煤矿安全生产影响极大.以顾桥煤矿1116(1)综采工作面为工程背景,采用数值模拟和井下电法测试技术,研究了淮南矿区11-2煤层开采时覆岩移动破坏的规律.结果表明:在垂直方向上,采空区上方覆岩破坏分区特征明显,由下而上依次为双拉应力破坏区、拉伸裂隙区、剪切破坏区和未破坏区域;冒落带最大高度11.5～14.5 m,裂隙带最大高度45～47.5 m;覆岩破坏最终形态类似于马鞍形,破坏在水平方向的范围要比开采区域大.     

含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层多向聚能爆破技术研究

针对在含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层开采时，一方面煤层瓦斯抽采困难，另一方面煤层中的坚硬夹矸难破碎的问题，开展含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层多向聚能爆破研究。理论上，分析多向聚能装药对爆破的影响，引入多向聚能影响系数，计算得出了不同方向上裂隙的范围。通过相似模拟试验，验证了多向聚能爆破实际效果；利用LS-DYNA数值模拟软件，对不同装药方式爆破作用下煤与夹矸裂隙的发育特征及应力演化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:多向聚能爆破能够将爆破能量积聚在夹矸弱化和煤层增透的方向上，形成以导向裂隙为主，大量分支裂隙为辅的裂隙网，在夹矸弱化和煤层增透方向上的应力峰值分别为普通爆破的1.21倍和1.16倍。多向聚能爆破能够在提高破碎坚硬夹矸能力的同时提升煤体中裂隙的发育程度，从而大幅优化爆破效果。     

不同机制条件下的煤层瓦斯流动方程研究

气体流动可分为连续流、滑流、过渡流、自由分子流,为研究不同流动机制下的煤层瓦斯流动规律,在充分考虑了不同扩散机制和滑移边界条件后,建立了适用于不同流动机制的煤层瓦斯流动方程,深入分析了视渗透率和达西渗透率的比值随Knudsen数的变化关系。研究结果表明:所提出的煤层瓦斯流动方程能准确描述包括达西流、滑流、自由分子流、过渡流在内的气体流动行为。瓦斯气体在煤层孔隙、裂隙中流动过程中浓度扩散和粘性流同时存在,当Kn<0.01时,粘性流起主导作用,瓦斯流动满足渗流方程;当Kn>10时,浓度扩散起主导作用,瓦斯流动符合扩散方程;在Kn的其他范围内,煤层孔隙裂隙中瓦斯流动以滑流、过渡流为主,在对之进行评价时应同时考虑扩散项和渗流项。研究结果可为揭示煤层瓦斯流动机理、提高煤层瓦斯抽采率和煤层气的产量预测准确度提供新方法和新途径。     

井下液态CO2爆破增透工业试验研究

为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效率,选取七台河矿区进行液态CO2爆破煤层增透工业试验。研究液态CO2爆破过程中主管内高压气体P-T曲线,考察不同地应力下的液态CO2爆破有效影响半径和煤层透气性系数,监测爆破前后瓦斯抽采参数。试验结果表明:采用压缩气体与水蒸气容器爆破方法计算液态CO2爆破的当量为180 gTNT;爆破后瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混合流量提高1.71倍;煤层液态CO2爆破有效影响半径随地应力的增加近线性减小,随爆破压力的增加非线性增加,确定液态CO2爆破时最佳爆破压力范围160~280 MPa;爆破前后对比,煤层透气性系数提升17.49~22.76倍。井下煤层液态CO2爆破技术的实施,有助于降低爆破成本、提高增透效果和瓦斯抽采利用率。     

采场低压通风控制有害气体涌出量新技术的研究与应用

基于空气动力学观点,将回采工作面与其后相随的采空区分成两大组成部分:一部分称为通风空间,其风流是有组织的,另一部分称为漏风空间,其风流是非组织性的。两空间相互敞开,又紧紧相邻、存在着密切的风流联系。当开采工作面上、下两端存在着风压差,就可以带动相邻的采空区陷落岩石的孔隙与裂隙中的气体流动,构成采空区中、深部区域的漏风源、汇。笔者提出的采场低压通风系统,采用砌隔漏风墙的方法,切断两空间联系。经现场井下多年应用实践研究后表明,其对于开采瓦斯含量大、煤与瓦斯突出严重的复杂煤层的矿井,尤其是对采空区瓦斯及有害气体涌出量大、且无条件进行瓦斯抽放的回采工作面,能有效地抑制和减少采场瓦斯和有害气体涌出量,且措施费用很低,很值得推广应用。     

浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础上,建立地表与复合采空区漏风模型,借助FLUENT数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区自燃危险区域的影响。研究表明,地表漏风最终汇入下部采空区回风侧,加大了其自燃危险区域范围;漏风流在向回风侧偏移的过程中,由于煤柱的阻挡,风速逐渐降低,与下部漏入的风流共同作用,使上部老采空区形成了氧浓度中间低四周高的不规则环状自燃危险区域;下部采空区进风侧向上的漏风增加了本煤层采空区的总漏风量,加大了其自燃危险区域宽度,同时增加了上部老采空区局部氧浓度,使其自燃危险性增大。     

松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应实验研究*

为获得松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应特征,利用岩体和煤体的三层物理模型,开展松软煤层多孔模型爆破实验,借助图像处理与电阻率层析成像技术,分析松软煤层多孔爆破的裂纹分布特征,得出爆破前后电阻率的响应规律。结果表明:在爆生裂隙形成的同时,控制孔内侧煤体呈现出断裂式和非断裂式2种位移现象,部分抵消了爆破孔扩腔带来的挤压作用;提出采用爆生裂隙、控制孔及爆破孔面积变化三者的综合值（S）分析爆破效果,单孔爆破时,S＜0,煤层裂隙分形维数变化率仅5%,控制区域呈现压实现象,电阻率降低约20%;多孔爆破时,爆生裂隙丰富、煤体发生充分位移,裂隙分形维数变化率达到21.28%,爆破孔空腔的负效应被抵消（S＞0）,控制区域内电阻率普遍增大1~30倍;与单孔爆破模型相比,多孔爆破更符合煤矿现场,且能有效实现控制区域内的增透,电阻率普遍呈现增大现象。     

深井厚煤层大巷孤立煤体冲击危险性评价研究*

为了探究大采深条件下厚煤层大巷孤立煤体频繁发生冲击地压的原因,以梁宝寺煤矿35000采区为工程背景,采取现场实践、数值模拟等方法分析不同采深、煤厚、大巷间距等因素对大巷孤立煤体冲击地压的影响,提出深井厚煤层大巷孤立煤体冲击地压的危险性评价方法。研究结果表明:大巷孤立煤体的采深与垂直应力峰值呈正相关,采深1 200 m时煤体的垂直应力峰值是采深500 m时的3倍左右;大巷孤立煤体随着煤层厚度的增加,其应力集中程度不断升高,且应力峰值向煤体弹性承载区转移;大巷间距越小,孤立煤体弹性承载区应力越集中,发生冲击地压可能性越高;包含开采影响因素和煤层冲击倾向性的大巷孤立煤体冲击危险性评价方法符合现场实际情况,可为大巷孤立煤体冲击危险性评价提供1种思路。     

煤体初始瓦斯涌出规律预测煤巷突出危险性研究*

为提高煤巷突出危险性预测的准确性,基于摩尔库伦准则,建立煤巷突出平衡方程,探究煤巷突出发生条件;通过COMSOL Multiphysics模拟软件探究钻孔瓦斯涌出量和瓦斯压力的关系;利用ZTL20/1000-Z型矿用隔爆型连续流量法煤层巷道突出预测装置,以薛湖煤矿二煤层为试验对象,进行煤巷突出危险性预测试验研究。结果表明:钻孔瓦斯涌出量与瓦斯压力呈线性关系,钻孔初始瓦斯流量可以作为预测煤巷突出危险性的敏感指标;最大流量峰面积、钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度变化趋势基本相同,且最大流量峰面积取值范围较广;最大流量峰面积突出临界值取值为59.30 (L·m2)/min。     

Experimental research on displacing coal bed methane with supercritical CO2

The high-gas and low-permeability are the common problems of China coal mine, which restrain the mining of coal-seam gas resources safely and efficiently. Hence, to solve the problem of low permeability of coal seam, an experimental system was set up and experimental research was conducted to investigate the effect of the displacement of methane by injecting supercritical CO₂ into coal samples. The experimental results indicated that, the extraction effect of supercritical CO₂ changes the coal’s porosity, and broadens the seepage channel for methane. Thus, the methane could be desorbed effectively from the coal matrix, and flow through more cracks at higher speed.     

综采工作面隔尘空气幕出口角度对隔尘效果的影响

综采工作面隔尘空气幕的出口角度是影响其隔尘效果的关键因素之一。利用Fluent计算流体力学软件,以河北金牛能源股份有限公司葛泉矿1528综采工作面为研究对象,对空气幕不同出口角度下综采工作面气流流场及空气幕两侧呼吸性粉尘浓度分布进行数值模拟,分析空气幕出口角度对其隔尘效果的影响。研究结果表明:适当调整空气幕出口角度,使气幕射流倾斜于产尘区,有利于提高空气幕的隔尘效果;并获得了阻止采煤机滚筒割煤时所产生的粉尘向司机工作区扩散的最佳空气幕出口角度,即出口角度在5°～10°范围,隔尘空气幕的工作效率较高,采煤机司机处的粉尘浓度最低,并通过现场试验对数值分析结果进行了验证。