Investigation into the nonlinear damage model of coal containing gas

By taking the nonlinear deformation properties of coal into consideration, the nonlinear constitutive equation was founded. And in view of the compressible property of gas, the idea of compressive energy of gas was introduced. According to the continuous damage theory and mesoscopic damage theory, it is assumed that the damage variable has a power function relation with the porosity. By applying the thermodynamics energy conservation laws, a new nonlinear damage constitutive model of coal containing gas was deduced, and the correctness of the new model was verified by comparing with the former experimental results. This model can provide theoretical reference for understanding and solving these dynamic gas disasters such as coal and rock outburst. Moreover, based on this theory, prevention and control measures will be adopted to deal with the dynamic gas disasters according to ever-changing mining conditions.     

2 000 m超深水水下分离器泄漏油气扩散特性研究

深水水下分离器服役过程中由于腐蚀、地质灾害和环境高压作用,存在失效泄漏风险。针对2 000 m超深水水下分离器可能存在的失效泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立分离器失效泄漏后果数值仿真分析模型,对分离器泄漏场景进行模拟与分析,研究2 000 m水深条件下分离器泄漏油气扩散规律,并考虑不同泄漏位置对油气扩散行为的影响。结果表明:水下分离器泄漏包括压力扩散和自由扩散两个阶段,压力扩散阶段历时极短,自由扩散阶段耗时较长;泄漏口位置对泄漏结果有较为明显的影响,分离器上部泄漏,油气全部溢出,分离器中下部泄漏,大部分油气保留于分离器内部,最终形成分明的油气水界面;分离器内部压力随时间迅速上升,t=0.25 s左右接近于20 MPa,后期在20 MPa左右呈极微小波动,泄漏速率随分离器内部压力增大迅速减小,达到最低点之后,呈微小波动状变化。     

高瓦斯易自燃工作面高抽巷瓦斯抽采与采空区遗煤自燃相互影响研究

为了实现瓦斯与煤自燃两大灾害的联合防治,首先对布置高抽巷条件下瓦斯与遗煤自燃多因素相互影响关系进行了理论分析和归纳总结。结合淮南潘二煤矿11223高瓦斯易自燃工作面,建立了带有高抽巷的物理模型,利用UDF编译了本煤层与邻近层瓦斯涌出源项、采空区三维孔隙率和低温条件下煤氧化反应氧气消耗速率。在此基础上,分析了高抽巷布置参数和抽采参数以及工作面风量对高抽巷瓦斯抽采效果和采空区自燃带分布相互影响的规律。结果表明,当工作面风量为2 000 m3/min,高抽巷布置在顶板上方40 m时,高抽巷瓦斯抽采浓度和纯量分别达32.3%和29.07 m3/min,占总瓦斯涌出量的69.71%,同时能满足实际防火的要求。研究结果可为类似条件下高抽巷最佳施工与抽采参数提供借鉴。     

煤层瓦斯含量测定定点取样方法研究进展

基于文献调研及前期研究,分析了目前煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定时所采用定点取样方法及其弊端,阐述了学者们提出的改进型定点取样方法,并对煤层瓦斯含量测定定点取样方法的研究进行了展望,指出:①取样过程瓦斯损失量小、取样时升温低、机械复杂度低是基于煤芯管法定点取样方法的发展方向;②开展煤储层条件下的瓦斯运移规律研究,建立并完善各种基于煤芯管法的定点取样方法的瓦斯损失量模型;③适用于松软煤层的定点取样方法的研发亟待开展;④基于负压气力输送理论的定点取样方法是定点取样方法研究的趋势,动态颗粒煤变负压瓦斯解吸规律是建立对应瓦斯损失量模型的基础研究。     

加油站油流静电在线监测技术及应用

为提高加油站安全作业水平,分析了卸油、加油过程中油流静电起电因素和常用检测方法。根据高斯定理从理论上探讨了通过测量输油管道内中心电位得到油流静电电荷密度的检测原理,并基于杆球传感器以及压电传感器技术设计开发了油品静电在线监测仪,实现了对加油枪前后、加油机内部管线及过滤器油品带电情况的在线监测。测试结果表明:基于此静电监测技术,建立加油站油流电荷监测与联锁控制措施,可有效避免油品静电燃爆事故的发生,保障加油站安全生产。     

易失稳瓦斯抽采钻孔加固技术数值模拟研究

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔稳定性差、钻孔形变较大、钻孔及周围煤体漏风严重等造成钻孔密封难的技术难题,提出了预先采用加固技术来提高松软煤层瓦斯抽采钻孔的稳定性,合理的解决钻孔高效密封的现实难题。首先,阐述了易失稳瓦斯抽采钻孔加固技术的基本原理。其次,利用FLAC3D模拟软件对比分析了松软煤层、硬质煤层在不同固孔材料固化后钻孔周围位移场变化。研究表明:采取固孔措施后的钻孔相比措施前等值线分布稀疏,梯度较小,不同位置处的煤体的位移量差别较小。钻孔形成后,顶部位移量均大于底部位移量,左右两帮的位移量基本相同,有效的降低钻孔周边煤体的位移变化量,增强钻孔稳定性,为钻孔的高效密封提供了保障。     

一种毒气事故避难所效果评估方法

目前我国针对公众防护只有疏散这一单一方法,现实情况下往往疏散不利导致大量人员伤亡,而同时避难策略由于缺乏理论和评估依据,往往难以推广。为了更好的全面保障毒气泄漏事故周边居民的生命安全,提出一套避难场所的效果评估方法。该方法主要包括房屋气密性测试、屋外浓度场计算、屋内浓度场计算分析、屋内致死概率分析。并举出实际应用案例,展现该方法的多种数据支撑作用。最终给出该方法对于制定避难策略过程中关键影响因素。该方法的提出为高含硫气田、化工园区周边公众防护策略的实施,提高其周边居民安全具有重要意义。     

水平井油基钻井液气侵溶解气膨胀运移规律研究

天然气进入井筒并溶解于油基钻井液会对钻井安全产生潜在威胁,溶解气随钻井液运移到井口附近突然发生析出 并膨胀,使气侵早期监测及预警的难度显著增加。为了降低井喷发生概率和钻井作业风险,针对水平井油基钻井液溶解 气运移规律进行了研究。采用气液两相流模型,模拟了不同初始气侵速率情况下甲烷溶解气和游离气随钻井液在水平段 和垂直段的运移过程,得到环空中钻井液的流速变化、甲烷析出过程、井筒环空气液两相流流型变化、泥浆池增量随时 间变化和截面含气率沿程分布等规律。模拟结果表明,油基钻井液发生气侵时的初始进气率存在临界值;在小气侵速率 情况下,侵入环空的甲烷将以溶解气的形式运移到井口,在井口分离释放,对钻井安全构成的威胁较小;而当气侵量超 过临界值时,在环空上部发生气体分离,分离点迅速下移,如不及时控制,在极短时间内便可演化为井喷,危险性极大 。     

电厂烟气对采空区防火效果实验研究

为考察电厂烟气对采空区防灭火效果的影响,采用吸附实验装置和热重分析仪开展了不同气体氛围下煤吸附O2的实验研究,研究了不同气氛下煤的着火活化能。结果表明:将惰性气体N2和烟气注入井下,均可有效地减小常温常压下煤对氧气的吸附量,即具有抑制煤自燃氧化反应的作用。其中,烟气对减小煤吸附氧气量的效果优于N2,使同忻矿和高海矿煤样吸附氧气量分别减少了27%和35%。TG实验数据表明,煤样在烟气氛围下燃烧时低温氧化阶段的增重率略小于在空气氛围下燃烧时的增重率,而其着火点大于在空气氛围下燃烧时的着火点。同时,发现煤样在烟气中燃烧时的着火活化能大于在空气中燃烧时的着火活化能,说明煤在烟气氛围下燃烧时对O2的吸附量变小,活化能增大,增加了煤自燃的困难程度。     

天然气水合物水力提升中继舱舱体沉积安全性分析

针对天然气水合物水力提升过程中中继舱部件的沉积安全性问题,为了避免中继舱因沉积过多而导致整个提升系统的瘫痪,利用流场模拟软件CFD,分析了不同结构对中继舱内部流场的影响,对比了正方体、球体和圆柱体3种不同中继舱结构下的颗粒沉积情况、内部流速分布、粗细颗粒以及海水体积分数分布情况,得出圆柱体结构的安全性要优于另外两种结构。研究了圆柱体结构在不同工况下的沉积情况与安全性。结果表明:增加粗颗粒浓度,粗颗粒直径以及粗颗粒的密度都会导致中继舱沉积厚度增加,安全性降低,而增加进口速度则会导致中继舱沉积厚度减小,安全性有所提高。