Experimental investigations on the performance of a new design of foaming agent adding device used for dust control in underground coal mines

In order to overcome the drawbacks of foam technology for controlling mine dust, an original design of foaming agent adding device was introduced, and its performance was investigated experimentally under different working flows and outlet pressures, and compared to the conventional jet adding device. The results show that the new design of the foaming agent adding device has a reasonable cavity negative pressure, does not produce cavitations, and has a lower inlet pressure demand with less pressure loss. Furthermore, it can add foaming agent at 0.5%–1.0% and regulate the proportions at this low ratio range continuously and stably, which significantly reduces the cost of controlling dust with foam. In addition, it decreases electric energy consumption and simplifies the foam system with no need for extra boosters. Besides, its effect on suppressing mine dust was investigated in the field via dust sample collections, and the results show that this new device is as effective at dust suppression as the conventional one. Therefore, it is believed that this study laid an important foundation for the widespread application of foam technology for dust control in underground coal mines.     

固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响

为提高泡沫的充填堵漏风效果,选取有机强酸A,有机磺酸B,无机强酸C等3种固化剂,通过测定泡沫的发泡时间、发泡温度、承压强度和氧指数等参数,分析不同组合固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响。结果表明:乳化时间、起泡时间和表干时间随固化剂用量的增加而明显缩短;泡沫的发泡倍数和发泡温度随固化剂用量的增加而增加;单独使用有机强酸A或有机磺酸B时,泡沫都存在不同程度的收缩,当添加较高量的无机强酸C时,泡沫的尺寸稳定性变好。当复合固化剂有机强酸A用量∶有机磺酸B用量∶无机强酸C用量=1.2∶1∶1时,泡沫的固化效果最优。     

Experimental investigation of the pressure gradient of a new spiral mesh foam generator

Foam is used as part of an effective dust suppression method in underground coal mines, but conventional foaming devices severely restrict its popularization and application due to the high cost of foam preparation, poor applicability and high pressure loss. Therefore, a new spiral mesh foam generator is designed, and its performance is investigated and evaluated experimentally. The results show that the pressure gradient of the spiral mesh foam generator increases with the increase of foam concentration in water. There is a large pressure gradient gap between the top and bottom at both ends of the foam generator. However, the gap disappears and uniform foam is generated in the middle section of the foam generator. When the pressure gradient is higher than minimum pressure gradient, the foam production quantity will increase sharply. Based on the length of spiral mesh and operating conditions determined, the new foam generator is applied to produce foam for dust suppression in the heading face of coal mines. A good foaming effect, less pressure loss and high dust suppression efficiency suggest that the new foam generator will greatly promote the large-scale application of foam technology used to suppress dust in underground coal mines.     

深水测试地面流程节流油嘴段温压场研究

为对深水高压气井测试地面流程中的节流油嘴段的温压场及水合物生成情况进行研究,采用数值模拟的方式对整个节流管路进行气体流动特性分析.并利用P-T图回归公式法,得出不同温压场条件下的水合物生成情况,进行水合物生成范围对比.结果表明:针阀出口后端气体速度随着管路入口压力和针阀直径的增大而增大,随管路出口压力的增大而减小,而气...     

水泥灰三相泡沫的形成机理与稳定性试验研究

针对高硫矿石容易发生氧化自燃的危险,通常的灌浆、注砂、注惰气和喷洒阻化剂等技术还存在一些不足,提出一种以水泥灰为基料的三相泡沫来预防硫化矿石自燃的新技术。该技术是将水泥灰和水按一定的比例混合,同时加入一定比例的发泡剂和稳泡剂后,经物理机械方式发泡形成,集固、液、气三相材料的防灭火性能与一体。理论分析了水泥灰三相泡沫的形成与衰变机理,并通过正交试验,对三相泡沫的发泡倍数与半衰期进行研究,最后采用单因素实验,定量分析灰水质量比,发泡剂和稳泡剂浓度对三相泡沫稳定性能的影响,得到最佳泡沫配方。结果表明:当灰水质量比为1:5,发泡剂浓度为5g/L,稳泡剂浓度为8g/L时,制得的三相泡沫发泡倍数达到6倍,半衰期达到6h以上。     

纳米氢氧化铝三相泡沫制备研究*

为更好地解决煤矿采空区煤炭自燃问题,以十二烷基硫酸钠为主体进行发泡剂复配,通过泡沫性能测试实验,研制出高性能发泡剂。以纳米氢氧化铝作为固相颗粒,制备出发泡倍数高、稳定性强的纳米氢氧化铝三相泡沫,使用锥形量热仪研究其高温阻燃能力和消烟性能。实验结果表明:当纳米氢氧化铝的质量分数从0提高到1%时,泡沫体积从500 mL增长至830 mL;当质量分数从3%提高到4%时,泡沫析液半衰期由15 min提升至42 min,且能在完全析液后保留三维网状结构。在高温阻燃和消烟能力方面,纳米氢氧化铝三相泡沫的加入将点燃时间从24 s延长至87 s,持续燃烧时间从835 s缩短至325 s,热释放速率高峰值从97.2 kW/m2降低至49.8 kW/m2,烟气生成速率峰值从0.064 m2/s降低至0.012 m2/s,对CO,CO2释放速率也有一定抑制作用。     

液氮泡沫发生器内流动特性研究

低温液氮与泡沫混合液直接接触产生氮气泡沫是一种新型的掺混形式,利用液氮高汽化比的特点,搭建液氮泡沫可视化实验装置,进行氮气-水两相流及液氮泡沫流动特性的研究。结果表明,液氮相变产生大量氮气,其与泡沫液混合产生泡沫,温度有所回升,最终趋于泡沫混合液温度;管路沿程压降较小;液氮射流破碎及流动过程可分为6个区域:低温液氮区、向上循环翻滚区、滞留区、泡沫与泡沫混合液混合区、致密泡沫区、泡沫混合液区。流体向下游流动过程中持续发泡;为防止管路结冰,需合理控制泡沫混合液与液氮流量。     

水成膜泡沫对变压器油池火的窒息特性研究

水成膜泡沫在油类表面的窒息作用是扑灭油类火灾的重要机理之一,针对自行开发的快速型泡沫灭火剂开展了其对油池火的窒息灭火特性研究。首先通过老化试验测试了泡沫液的热稳定性,然后对比了不同成分泡沫液在25#变压器油表面的铺展特性,之后研究了不同发泡倍率和成分的泡沫液对油池火的窒息灭火效果及影响规律。研究发现,铺展性能不佳的泡沫液会逐渐丧失窒息能力,而铺展性能优异的泡沫液能持续发挥窒息作用。提升泡沫液热稳定性有利于在油面形成稳定的液膜,隔绝氧气并降低可燃分子挥发速率。此外,发泡倍率较低的泡沫液的流动性更强,在相同液体流量条件下低倍数泡沫的窒息灭火效果更优。自研的快速型泡沫灭火剂在热稳定性和铺展性能两方面均具备优良的性能,因此其窒息灭火效率和抗复燃能力优于现有的大部分同类泡沫灭火剂。     

复配超细粉体三相泡沫的制备与稳定性研究

为改善泡沫灭火剂的高温稳定性和抗复燃性能,将石墨粉、膨润土和空心玻璃微珠按一定比例复配加入泡沫灭火剂中制备防灭火三相泡沫,利用自主设计的实验台架,研究其发泡、稳泡及油面热稳定性等主要性能,分析复配超细粉体对泡沫灭火剂稳定性的影响机理。实验证明,复配粉体的加入可使泡沫灭火剂在高温下的稳定时间延长10倍以上,粉体颗粒会在泡沫表面形成一层致密壳层,增强泡沫的隔热阻燃性能,石墨粉的存在使壳层更加致密且增强了泡沫的流动性,但会对泡沫的发泡性能产生较大的影响,当空心玻璃微珠和石墨粉的添加质量比为5∶2时,整体效果较好。     

压缩空气泡沫系统(CAFS)产生泡沫屈服应力的试验研究

压缩空气泡沫系统(CAFS)是一种高效泡沫灭火手段.泡沫的流变学性能是森林火灾扑救中泡沫发挥直接和间接灭火能力的一个决定因素.本文用专门设计的钟摆式屈服应力测定装置测定了泡沫屈服应力,验证了泡沫屈服应力假设.泡沫屈服应力与泡沫气体百分比、析液时间和泡沫平均直径有关,试验得到了屈服应力与其影响因素的关系曲线和数学表达式模型.部分描述了泡沫这种特殊流体的流变学性质,对应用CAFS系统泡沫扑救森林火灾有重要指导意义,可用于预测外力作用下灭火泡沫的流动行为.     

滑套式井下安全阀设计及动态特性分析

为防止井喷、保证油气井正常生产,设计了1种滑套式井下安全阀,对其结构、控制方式和工作原理进行了介绍;采用有限元的方法对井下安全阀由开启到关闭的动态过程进行模拟,在滑套阀不同倒角情况下,对滑套阀内部流场特性和所受压力的变化规律进行分析。分析结果表明,在滑套阀关闭过程中流体最大速度达到275 m/s,滑套阀所承受最大压力超过40 MPa;流体速度和滑套阀所受压力都随着滑套阀开度的减小而增大,随滑套阀倒角的增大而减小。此滑套式井下安全阀采用压力脉冲控制方式,液压管线只需要传递压力脉冲信号,杜绝了因管线泄漏而造成的井下安全阀失效。同时,驱动方式改为电机驱动,直接控制滑套式阀门的开合,反应迅速,提高了安全性和可靠性,具有较好的实用价值。     

防治煤矿火灾的凝胶泡沫材料制备及其性能研究*

为解决纯水玻璃（WG）凝胶泡沫强度低、泡沫稳定性差易破碎,凝胶固水性差等问题。将保水剂和成膜剂引入WG凝胶泡沫中,对水玻璃凝胶泡沫进行优化设计,最终制备出保水性高、泡沫稳定性高、成膜性好的WG凝胶泡沫。研究结果表明:WG凝胶泡沫材料的最佳复配体系是发泡剂为十二烷基醇醚硫酸酯钠（AES）和十二烷基硫酸钠(SDS)按1∶2比例复配,浓度为0.8%,胶凝剂WG浓度为8%,交联剂NaHCO3浓度为2%,聚丙烯酰胺浓度为0.4%,成膜剂A浓度为1%,保水剂B浓度为0.3%;改性后WG凝胶泡沫具有更加紧密的网状结构,稳定性好,并且具有较好的成膜性,常温下半衰期达40 d;阻化实验表明,100 ℃此凝胶泡沫阻化率高达78.35%,能有效减缓煤的氧化放热速率抑制自燃;煤堆燃烧实验表明,改性后WG凝胶泡沫能有效抑制煤的燃烧,防止煤复燃。     

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。     

Optimization and implementation of a foam system to suppress dust in coal mine excavation face

Foam technology is more efficient than water sprays for dust control in coal mines, but the traditional foam system is complex and poses problems related to foam production and spraying application, with high water consumption, unstable equipment and relatively low utilization efficiency of foam. This paper describes an optimized foam system which overcomes these disadvantages. The proposed foam generator has a self-suction unit that uses a turbulent-flow water jet to automatically draw in ambient air and foaming agent, thereby eliminating the need for compressed-air hoses and pipes. As well as simplifying the system, it solves the current problem of water backflow created by high-pressure compressed air. A refined foam spraying structure was developed for use in conjunction with an operating roadheader as it produces and diffuses dust. The structure consists of foam distribution supports and arc-fan nozzles. It can produce a more focused, continuous and uniform coverage at the source of the dust. The optimized system consumes less water and foaming agent, and achieves greater dust-suppression efficiency than methods in current use.     

煤矿综掘面泡沫降尘技术研究与实施

针对煤矿综掘面粉尘治理技术中存在的不足,采用泡沫降尘新技术结合长压短抽式通风方式进行粉尘防治。以霍尔辛赫矿为例,根据井下实际情况,利用GAMB IT和FLUENT建立掘进巷道的几何模型,并对巷道掘进通风过程中粉尘分布规律进行解算,将模拟结果和现场实测数据对比,确定掘进面回风侧的高浓度粉尘分布区。对掘进面煤样进行湿润性试验,确定最佳的发泡剂添加比例。综合以上情况,泡沫降尘技术实施时采用环形前置式喷头布置,发泡剂添加比例定为10‰,并在回风侧距掘进面5 m、距底板2 m处设置风筒,将高浓度粉尘抽出并沉降。现场实测数据显示,泡沫降尘技术降尘效率明显高于喷雾降尘技术。使用泡沫降尘时,在司机侧测得全尘及呼吸性粉尘降尘效率分别达到75.4%和74.7%。     

煤体结构差异对气体运移影响的试验研究

利用自行研制的装置,以氮气模拟瓦斯,以同一压力下压实的不同粒径煤样制作不同煤体结构构造煤;气源以恒定压力向煤体持续注气,使煤体吸附一段时间后,停止注气,打开放气阀,使煤体开始解吸,进行了煤体结构差异对气体运移影响的试验研究。结果表明:构造煤体的气体运移特征有线性渗流和二项式渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较大时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成线性关系,此时煤体内气体的运移特征符合线性渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较小时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成二项式关系,此时煤体内气体的运移特征符合二项式渗流。试验中大颗粒粒径煤体和小颗粒粒径煤体,在流量达到极值后,通过煤体的气体流量随时间的衰减关系均成二项式关系。     

危化品泄漏围堵材料理化性能及燃烧行为研究

针对易燃液体泄漏围堵问题,开发了1种可快速发泡的酚醛泡沫材料,对其表观密度、耐水性、耐酸性、耐碱性、氧指数、燃烧行为及产烟成分进行系统研究。研究结果表明:发泡材料在中性和酸性液体环境中表现出良好的耐受性;在碱性环境中稳定性降低,由于共轭效应,导致分子中的H+遇碱性环境发生中和反应;发泡材料的氧指数和锥形量热测试参数（热释放速率、总热释放量及总生烟量等）表明该材料具有良好的耐火性;发泡原料中的含硫交联剂是其燃烧产烟生成较高浓度SO2的主要原因。     

高海拔环境下离心风机性能数值模拟研究*

为研究高海拔环境下离心风机的运行性能规律,采用计算流体力学（CFD）方法对海拔高度分别为0,1 000,2 000,3 000,4 000和5 000 m条件下的离心风机流场及性能进行三维数值模拟。研究结果表明:相同工况风量条件下,风机内部流场形态不受海拔高度影响,但随着海拔的升高,内流场各处压力绝对值均减小,风机叶片载荷减小,风机蜗壳出口压力及轴功率均大致呈线性趋势降低,海拔每升高1 000 m,风机输出全压及静压分别降低9.3%及9.1%左右,轴功率降低9.0%左右。离心风机效率受海拔高度影响较小,模拟结果表明,各工况条件下,海拔每升高1 000 m,风机全压及静压效率分别平均降低0.21%和0.29%左右。研究为保证高海拔地区离心风机的高效运转及风机选型提供理论参考。     

某生活垃圾卫生填埋场填埋作业区覆膜抽气除臭试验研究

本文采用三种不同的覆膜抽气模式对填埋场作业面进行除臭试验研究,结果表明:覆膜1.0mm+3台负压车、2条负压管比单层覆膜0.3mm+1台负压抽气车、2条临负压管或覆膜0.3mm+3台负压车对氨气、硫化氢和臭气浓度的去除效果都要更好;但覆膜抽气法对总挥发性有机物(Total Volatile Organic Compounds,TVOC)的去除效果较之前更差,这主要是由于TVOC主要为分子量较大的有机物,扩散较慢,且垃圾堆体在厌氧条件下产生的TVOC浓度更高。     

露天矿山运输路面泡沫抑尘剂的配方优选及性能试验研究

为有效解决露天矿山运输路面的大量扬尘,针对现有抑尘剂存在的降解性差、成本较高、保水率差、除尘效率过低等问题,在对某露天矿山的扬尘进行表征分析的基础上,采用绿色表面活性剂烷基糖苷0.1%APG作为主剂、0.6%K12作为起泡剂、0.4%PAM作为稳泡剂、0.3%LAS作为润湿剂,通过测定泡沫的表面张力、泡沫体积、粉尘接触角、粉尘浸润深度确定各试剂的最佳质量分数,初步确定6个泡沫抑尘剂配方,选择保水率、抗风蚀性、抑尘效率作为性能指标,结果表明：配方为m(0.6%K12)∶m(0.1%APG)∶m(0.4%PAM)∶m(0.3%LAS)=1.05∶1∶0.6∶0.1的保水性、抗压强度、抗风蚀性均优于其他配方,全尘与呼吸性粉尘的抑尘效率分别高达87.11%,75.26%,经pH测试,符合绿色环保的要求。