耗散结构理论在矿井通风系统优化中的应用

利用耗散结构理论，以系统的影响参数作为切入点，对矿井通风系统的形成过程、系统平衡等进行描述，据此得出了一些探讨性结沦，这些有助于矿井通风系统优化与控制的计算机模拟。     

基于耗散结构理论的化工安全经济系统分析

化工安全经济系统是一个开放系统,利用耗散结构理论对化工安全经济系统的耗散条件和行为进行了研究,结果表明:①化工安全经济系统具有明显的耗散结构系统的特性;②要使该系统始终沿着有序状态发展,必须保障在初次最佳安全投入的基础上进行适时的、持续的后续投入.同时,介绍了最佳安全投入量的求算方法,为安全经济系统的优化提供了理论依据.     

基于耗散结构理论的驾驶中人因失误分析研究

通过对耗散结构理论的分析,建立了驾驶系统的耗散结构动态模型。基于此模型,从负熵流、扰动、非线性机制以及系统的初始稳定值几个方面对驾驶中人因失误出现的原因进行了分析。文章将耗散结构理论作为分析人因失误的工具,为研究驾驶中的人因失误提供了一种新的视角。     

化学腐蚀-冻融条件下加载岩石能量演化规律及耗散模型研究*

为研究在化学腐蚀和冻融循环复合作用下岩石的能量演化规律,以大理岩为研究对象,分析冻融腐蚀岩样能量演化过程,建立与强度衰减参数、pH、冻融次数相关的能量耗散模型,以期为长期服役岩石力学工程安全稳定性评价提供理论支持。研究结果表明:化学腐蚀冻融复合作用下,腐蚀孔隙为水增加了入渗通道,冻胀裂隙同时也为腐蚀溶液提供了贯穿的通道,加剧了岩石内部结构的崩解与裂隙扩展贯通;相同冻融循环次数下,HNO3溶液中的腐蚀岩石弹性模量降幅最高,NaCl溶液次之,NaOH溶液最低;腐蚀岩石弹性应变能的吸收和耗散能的释放,随着冻融循环次数的增大而减小;建立的能量耗散模型对于岩石峰后阶段耗散能具有较高的准确性,能较好地模拟岩石峰后能量转化特征。     

高温矿井多孔介质相变蓄热降温研究及设计

为了解决机械通风难以满足高温矿井降温需求的问题,提出由石蜡和膨胀石墨构成多孔介质相变蓄热模块来达到巷道降温效果的方法,基于Fluent模拟软件,对通风和相变蓄热联合降温多条件下巷道温度场进行数值模拟,确定相变蓄热模块的设计参数,最后对掘进巷道热环境进行模拟研究和方案设计。研究结果表明：相比于仅通风降温,联合降温效果明显;采用双侧布置相变模块降温效果明显优于单侧布置工况;随着风速逐渐递增,降温效果下降,且降温幅度减小;模块厚度分别为100,200 mm时降温效果基本一致,厚度300 mm时,巷道温度明显升高。     

动载下石灰岩能耗指标影响因素研究*

为研究石灰岩在动载破坏过程中的能量耗散,基于Φ50 mm的霍普金森压杆系统,对石灰岩开展三轴动静加载冲击试验,深入分析入射能、反射能、透射能、耗散能、能耗率与轴压、围压、应变率（冲击气压）之间的关系,并借助灰色关联理论分析石灰岩围压、应变率、纵波波速与能耗特征的关联。研究结果表明:入射能和耗散能均与应变率呈正向增长趋势,且耗散能应变率相关性更强;能耗率与围压呈反向增长趋势,低围压条件有利于石灰岩的破碎;能耗程度与冲击气压、围压、纵波波速的关联度分别为0.729 9,0.705 4,0.581 5,围压和冲击气压的灰色关联度大于0.6,因此围压和冲击气压对石灰岩能量耗散特征有显著影响。研究结果对于喀斯特地貌石灰岩爆破施工具有重要的参考价值。     

对安全系统运行机制的探讨——安全系统本征与结构

通过对安全系统本质属性的再认识,提出了安全系统具有客观性、本征性、目的性、环境性和结构性的特点;论证安全系统是开放的、动态系统,非线性系统,远离原始态的系统;阐述安全系统如何从原始态自组织转变到耗散结构,从而提出安全系统是以耗散结构形式存在的,同时通过对安全系统流入负熵流和排出正熵流,使得安全系统的剩余熵减少。安全系统以稳定态为中心,通过在非线性区的扰动造成安全系统质的变化,分析了安全系统耗散结构形成的过程。     

地铁隧道施工风险机理分析

为预防地铁隧道施工风险事件的发生,需对风险机理进行系统研究。根据风险的发生过程将风险机理分为产生、发展及演化3个阶段。把耗散结构理论引入到地铁隧道施工塌方风险机理的研究中,并论证其适用性,从3个阶段对塌方风险的形成过程进行分析,对塌方风险的耗散结构形成条件进行论证。分析表明:从开挖到岩体变形可视为风险产生阶段,此时平衡态被打破。从塑性变形到变形率急剧增大视为风险发展阶段,经历近平衡态、较远平衡态及远离平衡态;从一个风险事件到多个风险事件陆续发生视为风险演化阶段,此时一个甚至多个事件耗散结构形成。     

不同应力路径下岩石卸荷破坏过程的变形特性与能量耗散分析

基于能量原理和MTS试验机进行了三种不同应力路径下花岗岩卸载试验,研究了卸荷条件下岩石的应力—应变全过程曲线变形特征和岩样卸围压破坏过程的能量耗散规律。研究结果表明,在卸围压过程中,岩样侧向变形明显大于轴向变形,即表现为明显的侧向扩容,且方案3方案1方案2;能量耗散与时间呈非线性关系,且在卸围压试验中,施加围压越大,在相同侧向变形水平下能量耗散越大;在同一卸载方式下岩石耗散能随着围压的增大而增大。其研究结果对从能量角度研究卸载岩石力学特性有一定的指导作用。     

基于耗散结构和熵的高速铁路事故演化机理研究

针对高速铁路事故致因复杂的特点及高速铁路运营安全评价研究现状,提出应用耗散结构和熵理论来研究高速铁路运营事故演化机理。首先,在分析高速铁路安全运营影响因素的基础上,提出基于信息熵的典型事故安全要素集构建方法。其次,基于耗散结构和熵理论,研究高速铁路运营事故的演化机理。给出高速铁路运营安全系统的熵流模型及其熵值计算方法。通过系统熵变,判别事故演化方向。最后,通过分析高速铁路脱轨事故的演化机理,实例验证该方法的合理性和可行性。研究表明,把熵作为一个参数,能够揭示高速铁路运营事故的演化趋势;流入负熵流和排出正熵流,能够保持系统稳定有序,有效防止事故发生。     

Lyapounov理论在矿井通风系统稳定性分析中的应用

当矿井通风系统的特征参数发生变化时,矿井通风系统的风流状态也会发生变化,这些变化是否会影响矿井通风系统的稳定工作,对这个问题进行研究有利于确保安全生产.本文根据Lyapounov稳定性理论对矿井通风系统的稳定性进行分析,得到矿井通风系统在其正常的工作区段,系统特征参数发生一定的变化时,其状态是稳定的;当变化超过一定的界限后,系统变得不稳定,不利于系统正常功能的实现.     

矿井通风网络系统敏感度的研究

根据通风系统的风阻与风量的变化关系,以象山矿的局部通风图为例,对井下复杂的通风网络的敏感度进行研究.经过实例运算,以图形的形式得出敏感区域,然后对这些敏感区进行重点调风,这样不但可以在新建或改建、扩建矿井时减少工时工料,还可以加强对井下通风的安全管理工作.     

矿井采掘工作面通风效果的综合评价

运用模糊综合评价法对矿井采掘工作面进行了通风效果的评价,先确定了影响工作面通风效果的指标,并逐一构造了其隶属函数,然后采用层次分析法定出评价指标的相对权重,最后对计算模糊评判的算法进行了分析,以此来确定采掘工作面通风效果的评价等级。以东滩煤矿部分采掘工作面的环境状况为例进行了评价,据实际考察评价结果反映,通过该评价方法得到的结果与现场完全一致。     

基于FDS的综合管廊电缆火灾烟气优化控制模式研究

为给火灾情景下管廊检修人员应急疏散和外部消防救援提供有益指导,采用火灾动力学软件对不同的通风系统（自然通风、机械负压通风和全面机械通风）与防火门、喷淋系统的不同开启状况等12种组合模式下的温度、能见度等参数变化进行分析,探究综合管廊火灾烟气优化控制模式。结果表明:进风系统、排烟系统、喷淋系统以及防火门合理的优化组合模式能够达到有效控制管廊火灾烟气的目的;火灾情景下,自然通风系统不能有效控制火灾烟气的发展,而机械负压通风和全面机械通风系统,如能及时启动喷淋以及关闭防火门,管廊内的烟气便可得到有效的控制。研究结果可为应急条件下人员疏散提供参考。     

基于人工神经网络的矿井通风系统评价研究

以矿井通风系统的“安全可靠、经济合理”和其定义所包含的各项内容为依据,从矿井通风动力、通风网络、通风设施、通风质量、通风监测、防灾抗灾能力、通风电耗、通风能力8个方面,确立了16项矿井通风系统评价指标,建立了一个新的矿井通风系统评价指标体系。采用人工神经网络中的BP网络算法,在VisualC++6.0平台上研制开发了矿井通风系统评价BP网络模型的计算机程序。并经过实际生产矿井检验,预测结果与实际完全吻合,说明了笔者所确定的矿井通风系统评价指标体系可以反映矿井通风系统的状况,所采用的BP网络算法正确,可以用来指导实际工作。该计算程序简单,易于操作,有一定的推广应用价值。     

基于Ventsim的南山煤矿孤岛工作面均压通风方案研究*

孤岛工作面掘进期间,采用在原有采空区内掘进进风巷、回风巷、切眼的方案以降低工作面冲击地压风险等级。为了降低此布置方案产生的采空区漏风对工作面的影响,设计了6种均压通风方案,使用Ventsim三维通风仿真软件对工作面实施6种方案后通风系统和风压分布状态进行模拟。通过对模拟结果比较,确定以局部通风机吸风量400 m3/min（方案3）为最优设计方案,并根据方案3对该工作面实施均压通风。对该工作面通风系统实测结果分析表明,局部通风机出口风量为346.8 m3/min,进、回风巷及工作面的通风阻力分别为22.8,29和15.2 Pa,验证了该方案的有效性及可靠性,通风系统风量能保证工作面正常开采,且漏风量较小。最后,对工作面采煤过程中以及推进到停采线时均压通风系统进行了稳定性分析,并提出了管理措施。     

变频调风时通风系统风量可靠性评价数学模型

以合格的风量范围为视角对风机变频调风时通风系统风量的可靠性进行理论研究,基于大数定律,充分考虑风量波动性的同时,可将概率向频数比率转化,以此对变频调风的分支风量可靠度进行定义。推导了对自然风压考虑与否的两种常态频率风量与所需频率风量的转换公式,基于此,通过测量常态频率的风量,预测所需频率风量的可靠度,进而在风机调频前对未知可靠度进行预判。以分支数为行、测量次数为列,推导并构建通风系统的风量可靠度矩阵和可靠值矩阵,前者强调超限次数,后者强调超限额,从理论上分析了其与风机频率的关系,并基于转换公式预测所需频率可靠度/值矩阵。     

基于CFD及正交试验的工作面流场参数优化

采空区注氮是一种常用的采空区防灭火及治理遗煤自燃的措施,与采空区瓦斯抽采及工作面通风相似,均会对整个工作面及采空区流场产生影响,为了实现工作面及采空区生产安全性及经济性最优化,对进风量、采空区流管总量、流管高度、流管间距、注氮量 、注氮位置六因素进行正交试验,借助数值模拟软件对正交试验确定的方案进行三维流场模拟,根据模糊数学相关理论选择模糊优选评价指标及指标权重,对所得结果进行优选,得到所有因素的最优解,进而得到优组合。实现采空区注氮、瓦斯抽采及工作面通风参数优化。     

金属矿山掘进巷道新型通风除尘系统研究与应用

为了减少掘进巷道的粉尘危害,以某金属矿掘进工作面为研究对象,经过现场调研和理论分析,研究开发了1种适合掘进巷道的新型通风除尘系统。介绍了新型通风除尘系统的结构和工作原理,并将该通风除尘系统应用于掘进巷道的粉尘治理,对该系统在掘进巷道的应用效果进行现场测定。研究结果表明:该通风除尘系统将压风筒布置在巷道中心位置的顶部,抽风筒布置在巷道两侧的呼吸带高度,使得掘进工作面的风流位置控制在1.5 m之下,保障了作业人员的职业健康。系统的湿式除尘风机对掘进巷道粉尘除尘效率达到了91%以上,彻底解决了掘进巷道粉尘污染问题。同时该系统能够实现按需通风除尘,净化后的风流可以循环利用,节能效果显著,在金属矿山掘进巷道生产系统具有较好的应用前景。