“矿井通风与安全”课程教学实践与探讨

针对“矿井通风与安全”内容多、范围广、理论性和实践性很强等特点,结合笔者教学实践,从注重教学内容的精选、注重案例分析、注重知识的延伸、注重课程设计环节以及注重教学方法等5个方面出发,探讨如何提高学生对该课程的学习主动性和积极性,增强学习效果的问题。     

微生物絮凝剂处理矿井水实验研究

从土壤中筛选得到能够产絮凝剂的菌种L01,并考察了其所产絮凝剂对几种矿井水的絮凝处理效果,主要结论如下：筛选到的菌株L01为好氧的革兰氏阴性菌,经过生化鉴定,初步确定其为葡糖杆菌属;起絮凝作用的活性成分为菌株L01的胞外分泌物,其菌液离心上清液对矿井水有较好的絮凝效果;絮凝剂可以减少矿井水的悬浮物含量和降低浊度,但对其他指标影响不大;Ca^2＋有很好的助絮凝效果,添加助凝剂CaCl2后,絮凝剂对三种矿井水中悬浮物的最终去除率可以达到98．5％、98．8％、98．7％。     

采空区场流安全理论及其研究的新进展

提出采空区场流安全理论的概念,并对采空区场流流态、瓦斯涌出和自燃“三带”理论及自燃温度等数值模拟计算的发展历程进行概要总结;分析了当前采空区场流安全理论研究的最新进展和发展趋势。指出目前的现代通风安全理论研究正处在前所未有的历史变革时期,即从网络流通风安全理论到场流安全理论的过渡与统一。采空区问题(瓦斯涌出和自燃)应综合考虑特定开采条件下的采场漏风与供氧系统的背景环境。其理论研究的主流方向应是基于场流方法的灾害与各因素影响关系的分析,重点是灾害机理和多灾害间耦合等一般规律;技术手段是多孔介质渗流力学、多相气体扩散、综合传热理论和有限元数值模拟方法,关键是模型求解的收敛稳定性和流场分布解问题。     

突出煤层先注后冲防喷孔消突技术研究北大核心CSCD

为了解决煤与瓦斯突出煤层穿层钻孔施工和水力化措施期间的瓦斯喷孔问题,通过实验和分析研究了水对瓦斯煤流固耦合系统解吸和渗流的影响。煤体含水率增加后,瓦斯解吸的初速度下降,解吸量变小;煤层中注水后,煤体吸附瓦斯量减少,游离瓦斯量和煤的渗透率增加,瓦斯流动更容易,二者共同的影响减少了瓦斯喷孔发生概率。现场实验表明:先注后冲技术降低喷孔率39%,钻孔成孔率提高32%,冲泄煤量提高2.3倍,瓦斯抽出率平均提高10.4%。先注后冲技术与传统水力冲孔技术相比能明显抑制瓦斯喷孔、增加冲泄煤量、提高瓦斯抽出率,是一种安全可靠的煤层增透和预防瓦斯喷孔技术。     

自然风压在井下通风系统的应用与研究

介绍了自然风压的产生原因和形成原理,通过理论推导得出自然风压的计算公式。以一个受自然风压影响较大的矿井为例,并以近两年的现场检测数据为依据,分析自然风压的影响因素,进一步阐述了自然风压对井下通风系统的影响,在此基础上,采取相应的改进措施,抑制了自然风压对矿井通风的负面作用。提出了自然风压是有规律可寻的,冬季,自然风压促使风流上行;夏季,自然风压促使风流下行。充分认识和利用这些规律可以避免因自然风压的存在而对矿井通风造成的影响。     

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

水力压裂在白皎煤矿低透气性煤层中的应用

根据白皎煤矿地质条件及煤层赋存情况,分析了煤体水力压裂的力学机制并计算了水力压裂参数,在238底抽巷中进行了工业试验,考察了压裂效果,结果表明水力压裂后有效半径达80 m,水力压裂使平均单孔瓦斯抽采纯量提高了6.7倍,并可减少1/3的钻孔工程量和缩短34%的抽采时间。     

矿井综采作业面毒害气体积聚现象的数值模拟研究

本文研究矿井综采作业面附近毒害气体的积聚过程和分布规律。由"U"型通风作业面实际情况出发,提出作业面几何模型和气体流动的动力学控制方程,运用数值分析方法跟踪以CH_4和CO为代表的毒害气体在正常通风作业面的积累和分布情况。计算结果证实,作业面煤层和采空回填区释放出的CH_4和CO因局部涡流作用在回风巷隅角积聚,气体浓度经历升高而后逐渐稳定的过程;设备附近的毒害气体积聚过程与回风巷隅角类似,但积聚速度较快。迎风面附近CH_4和CO气体浓度相对较低;受上浮效应影响,背风面的毒害气体浓度积聚过程主要发生在背风面中上部。在常规通风条件下,局部CH_4浓度已超出安全规程允许的最高值,CO浓度亦达到危害人体健康的水平。本项工作获得的认识为作业面附近毒害气体监测和控制提供指导。     

气浮工艺对矿井废水中悬浮物去除的实验研究

我国每年排放大量的矿井废水，其中含有大量的悬乳物，不加以处理直接排放会对环境造成严重污染。本实验采用汽浮工艺对矿井废水中悬浮物的去除进行实验研究，得出气浮工艺的最佳工艺参数，悬浮物去除率达98%以上，为生产性应用提供理论依据。