国家自然科学基金“煤田火区自燃气体滞留机制及早期探测技术研究”(51874313)研究进展

煤田火区自燃气体滞留机制及早期探测技术研究,是中国矿业大学(北京)承担的国家自然科学基金项目。课题成果可为地下煤火自燃的早期识别、煤火治理与综合利用以及火区生态恢复提供重要的理论和实验基础。     

高山地区矿井通风问题初探

云南省位于地球北纬21°～29°、东经98°～106°,处于亚热带地区,为我国云贵高原组成部分。此地金属矿山众多,是我国有色金属重要产地之一。这些矿山一般位于海拔1800～2400米之间,东川矿区海拔达3000米。众所周知,高山地区由于海拔高度的影响,其矿井通风是与平原地区有所不     

煤自燃机理及探测新认识助力煤田火灾治理

正在国家自然科学基金项目(项目编号:50927403,51134020,51474216)等资助下,中国矿业大学王德明教授团队长期致力于煤火研究,在煤火产生机理和蔓延过程、地球物理探测及高效快速灭火降温方法等方面取得了一系列创新性成果。我国是世界上煤田火灾最为严重的国家,每年直接烧失的煤炭资源量高达2 000万t,而且煤田火灾还严重危害生态环境,局部地方已影响到居民的生命安全,故煤田火灾的防治十分重要和紧迫。     

矿井瓦斯控爆技术及材料研究进展

瓦斯爆炸灾害防治一直是我国煤矿安全研究的热点、难点。通过对国内外相关文献总结分析,从瓦斯抑爆装置、抑爆介质及抑爆机理3个方面综述了目前国内外矿井瓦斯抑爆技术及抑爆材料的研究现状,提出了未来的发展方向。研究结果表明:瓦斯抑爆技术的有效性和可靠性主要取决于抑爆介质的物理化学性质、控爆空间几何参数、爆炸特性参数和抑爆系统中爆炸探测方式等因素;结合瓦斯爆炸链式反应理论和探测技术的发展,研究应更多地关注抑爆过程的微观特性,揭示其详细的抑爆作用机理,为探寻新型高效、绿色抑爆材料提供更有力的理论支持。     

采空区火源位置探测技术现状及发展方向

概述了国内外采空区火源位置探测技术的现状,着重介绍了温度探测法、气体探测法、磁力探测法、数理解算法、电磁波探测法及电阻探测法等探测技术,并展望了国内外采空区火源位置探测技术的发展方向     

N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

地下煤火回风裂隙火风压分布实验研究

利用煤田露头火区模拟实验装置,通过对煤火燃烧过程中出风裂隙内气体温度的监测,发现裂隙内气体的温度沿裂缝逐渐降低并成指数衰减分布。通过分析得到火区裂隙温度的分布方程并计算得到了裂隙内火风压分布方程,得出煤田火区火风压的影响因素主要有自燃煤层温度、自燃深度和裂隙倾角。     

不同应力场条件下巷道稳定性研究

为了确定不同应力场（σH型、σHv型和σv型应力场）下巷道围岩的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,通过对巷道围岩的应力和塑性区分布特征的分析,综合评价不同巷道布置方向巷道围岩的稳定性。研究结果表明:σH型和σHv型应力场,巷道与最大水平主应力夹角在0°～40°水平应力峰值处于较低的应力状态,夹角在50°～90°水平应力峰值处于较高的应力状态应力,夹角在40°～50°水平应力峰值急剧上升;σv型应力场,水平应力峰值呈缓慢上升趋势;确定巷道的最佳布置方位与理论分析相一致。以常村矿为应用实例,进一步验证了结论的正确性,为矿井合理的巷道布置提供了理论依据。     

火灾探测技术研究的展望

简述了火灾探测的基本原理,综述了火灾探测技术的发展历史和研究现状,并从探测器研究和探测算法研究两方面综述了国内外火灾探测研究方面的最新进展,展望了火灾探测研究未来的发展趋势。     

煤层小断层附近采动应力演化特征与瓦斯突出防治

为提高煤层小断层附近瓦斯突出防治的针对性,以古汉山矿地质条件为背景,通过数值模拟研究了与工作面开采方向0°夹角、45°夹角、90°夹角小断层附近采动应力演化特征。结果表明,当工作面沿地应力场最大主应力方向开采时,小断层附近构造应力逐渐得到释放,与工作面0°夹角断层和与工作面45°夹角断层附近的采动应力场分布均匀,工作面瓦斯突出的危险性小,而与工作面90°夹角断层因断层应力阻隔效应,工作面的采动应力分布呈现差异,瓦斯突出危险部位沿断层走向分布;当沿工作面垂直最大主应力方向开采时,断层附近的构造应力叠加与断层应力阻隔效应一起导致采动应力逐渐增大,工作面采动应力分布呈现显著差异,在小断层附近存在瓦斯突出危险部位。煤矿现场瓦斯突出防治应在加强小断层探测的基础上,结合区域地应力场方向、开采条件、断层走向,对断层附近瓦斯突出危险部位做出预测,从而提高小断层附近瓦斯突出防治工作的针对性。     

复杂地质条件下多含水层底板突水防治

为研究解决复杂地质条件下多含水层底板突水问题,预防水害事故的发生,以河南地区某煤矿煤层底板L8灰岩、L2灰岩及O2灰岩主要含水层为研究对象,采用直流电法和井下坑透探测技术,研究分析工作面出水原因和解决办法。结果表明:通过直流电法等物探技术探测底板岩层富水带和岩溶发育带,确定含水岩层低阻区,指导注浆孔合理布置、有针对性地对煤层底板进行加固注浆,能够很好地解决复杂地质条件下多含水层底板突水问题。     

矿山排土场内部裂缝的雷达探测技术

矿山排土场出现裂缝后会直接影响到其自身稳定性,为了掌握排土场的安全状态和提出治理措施,就必须对排土场内部的裂缝分布进行了解.探地雷达作为一种物探设备与手段已经在公路和堤坝等裂缝探测工作中得到应用,将雷达探测技术引入到矿山排土场的裂缝探测中,从雷达探测机理和排土场裂缝物理特征上论证了该方法的适用性和可行性.解释了使用雷达探测的具体方法与过程,并提出利用雷达正演模拟来对探测图像的反演分析进行辅助解释,以提高探测精度和可靠性.对平川铁矿排土场的内部裂缝进行了探测实证,发现探测结论与已掌握的裂缝信息数据是基本一致的,说明了雷达探测技术在排土场内部裂缝探测工作中的实用意义.     

太赫兹技术在反恐实战中的应用

本文介绍了太赫兹探测和成像技术,论述了太赫兹技术的透视应用特点,对反恐安检检领域的太赫兹探测和成像技术研究进行了探讨,分析了太赫兹探测与成像的设备构成,对未来模块化太赫兹探测与成像技术发展和低成本应用作了展望.     

煤层突出危险微震区域探测技术研究

为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力场分布特征,对比分析应力异常区与事故发生位置的空间关系;最后,探讨MS技术在突出矿井的应用前景。结果表明:突出矿井松软煤层MS事件主要分布在应力集中区、掘进扰动区及构造影响区;当掘进工作面逐渐临近地质构造时,MS能量、频次会逐渐增多;基于震动波速反演得到的区域应力场结果与实际的大巷上山、停采线及掘进面等引起的应力集中相符合;金佳矿突出危险事件位置与震动波CT探测的应力异常区具有很好的对应关系,在波速梯度变化大的位置更可能发生突出。     

隧道坡度对临界风速影响的数值研究

临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向通风风速,是隧道火灾烟气控制的关键所在.根据国内外的研究结果,临界风速与火灾规模、隧道规模以及断面形状等因素有关.在坡度隧道中,由于坡度的作用,使得坡度隧道临界风速与水平隧道有着一定的差别.利用火灾动力学模拟软件(FDS)对隧道坡度在0°～10°变化时上坡隧道与下坡隧道所对应的隧道临界风速进行数值模拟分析,研究分析了隧道坡度对隧道临界风速的影响规律.     

ClO2对再生水管道中90°弯头的腐蚀研究

为明晰消毒剂对市政再生水管网中典型管件的腐蚀机理,针对流场易发生较大突变的90°弯头,引入计算流体力学(CFD)模拟了实验室管网中不同入口流速下不同点位的流速及剪力分布,并结合模拟结果,采用电化学测试及SEM微观分析方法研究了动态管网中消毒剂ClO₂对弯头的腐蚀规律。结果表明：90°弯头处流速和剪力随管道入口流速的增大而增大,易腐蚀点分布在90°弯头的内侧中心及外侧下游;投加ClO₂,在腐蚀前期可通过促进腐蚀产物生成而抑制腐蚀,而在腐蚀稳定期,ClO₂与剪切力协同作用破坏腐蚀垢层,易导致90°弯头处腐蚀产物脱落,加剧腐蚀。与直管段相比,90°弯头难以形成致密的腐蚀垢层而更易腐蚀,其主要原因在于消毒剂与水流剪切力的共同作用。     

煤田火区温室气体通量测量方法研究进展

为提高煤田火区温室气体通量测量的准确性,科学制定温室气区减排措施,笔者对国内外煤田火区温室气体测量方法进行梳理,对比分析各种测量方法的原理、优缺点和适用范围等,提出测量方法存在的问题及以后的研究方向。研究表明:目前所用的测量方法存在测量精度低、连续性差、假设理想化等缺陷,检测设备的改进应朝着能适应当地地表高温环境并能实现连续监测的方向发展,测量方法应更注重和新技术的结合。     

长白山旅游资源开发的生态风险研究

<正>长白山自然保护区旅游开发现状长白山简介长白山旅游景区是中华十大名山之一,又作白头山,素有"千年积雪万年松,直上人间第一峰"的美誉,是东北第一高峰,号称"东北屋脊",其指位于吉林省东南部地区,东经127°40'-128°16',北纬41°35'-42°25'之间的地带,1980年列入联合国国际生物圈保护区。2007年5月8日,长白山景区经国家旅游局正式批准为国家5A级旅游景区。长白山旅游资源及开发现状     

循环型空气幕送风角度对隔断巷道风流效果影响的分析

空气幕送风角度是影响其隔断能力的主要因素之一,依据动量定律建立循环型空气幕隔断巷道风流的理论模型,分析送风角度对隔断能力的影响。进一步利用FLUENT进行数值模拟计算,可视化不同送风角度下的巷道流场特性,模拟计算不同送风角度下的隔断压差及漏风量,并与相似实验数据进行对比分析。结果表明,模拟结果与相似实验数据基本一致。循环型空气幕隔断能力随送风角度的增大呈先增大后减小的趋势。送风角度为10°～15°时,隔断能力最大;当送风角度在10°～30°时,隔断能力受送风角度的影响较小;当送风角度大于30°时,随着送风角度的增大,隔断能力有较大幅度的减小,结合实际安装条件,循环型空气幕送风角度应为10°～30°。     

社会安全事件空间分布研究

在讨论社会安全事件空间分布特点的基础上,简要介绍用于空间自相关性分析的主要算法。重点对基于密度聚类(DENCLUE,density-based clustering)的算法的基本原理、过程及利用积分均方误差MISE进行精度检验等方面进行阐述。将该算法用于社会安全事件空间分布研究领域中的犯罪热点区域探测。分析结果表明,与以往分析方法相比DENCLUE算法具有抗噪声能力强、能生成任意形状的聚类等特点,可有效地用于社会安全事件空间分布区域的研究,但也发现算法在格网边长的确定及窗宽长度选择方面的不足,有待进一步研究。