摘要：煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐,直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此,自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响,并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状,制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管,其频率温度系数为3×10^(-5)Hz/℃,受温度影响极小,保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器,设计了数字化自激振荡闭环控制电路,实现了谐振频率的自动控制以及实时输出,传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz,质量检测限约为2μg。最终,通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件,研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪,粉尘平均质量浓度检测限为0.035 mg/m^(3)。该仪器能够连续提供监测信息,包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用,与传统滤膜采样称重法同步对比,2者相对误差仅为5%,表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量,有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

摘要：基于瓦斯与煤自燃共生发生场所的不同定义了煤岩跨尺度裂隙场概念,深入探讨了共生灾害防控机理及技术方法,即通过合理改变跨尺度裂隙场中的场流分布以消除瓦斯与煤自燃共生灾害——共生区域S_e=0,提出固相颗粒输运改变煤岩体裂隙漏风场尺度、低温液态惰气改变采空区温度场和气体浓度场两种防治共生灾害新技术。建立了固相颗粒输运改变网络裂隙场场流模型,讨论了颗粒填充漏风裂隙场后,漏风裂隙尺度、可通路径的变化,致使漏风阻力增大,保证了瓦斯抽采处于安全的煤岩体裂隙场和低氧气浓度场;理论揭示了低温液氮防治共生灾害机理,并自主设计了液氮防灭火模拟平台,结果表明:液氮注入火区能迅速吸热膨胀,产生大量的低温氮气,扩散进入采空区空间,对热(火)源形成惰化隔离带,同时低温氮气携带水凝气与采空区隐蔽热(火)源产生的热风压进行热交换,降低热(火)源温度在可燃点温度以下,主动吞噬热(火)源。

摘要：矿井密闭是分隔生产系统与废弃系统的关键设施,做好全生命周期风险管控对保障安全生产意义重大。基于矿井密闭综合管控技术现状,从静态属性信息管理与动态信息监控2个方面剖析了现有密闭管理模式的不足。提出了密闭全生命周期智能管控的理念,指明基于物联网(IoT)+人工智能(AI)+云平台(CP)的大数据策略与集成云边端架构的密闭安全风险监测预警总体建设路径。应用IoT平台接入密闭单元的数字化监测与联动控制设备,实现密闭全生命周期管控透明化;以密闭信息演化征兆及边缘高效计算为核心,部署移动端、边缘计算机等现场终端,适配密闭服役状态的在线预测与超前预警;在智慧云端,以多源融合信息与数字孪生模型为核心,实时迭代重构分布式矿井密闭的虚拟现实场景及其全生命周期演化特征。分析了密闭环境演化信息的物理-数字驱动模式、密闭感知信息的多源异构数据融合模型、密闭异常边缘检测与分级智能预警、密闭全生命周期应急智能决策与协同防控等关键理论与模型构建方法。设计了基于IoT的密闭全生命周期安全风险监测预警系统的物理与功能架构,研制了现场嵌入式密闭多参数一体化监测传感器及配套的智能化主机,提出了密闭风险的早期感知与监测预警方法,以期实现数字赋能,切实推进智慧矿山建设。

摘要：对国内外主要煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价,指出了我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不足之处,同时给出了煤自燃倾向性鉴定标准的基本原则.在煤自燃动力学基本方程基础上得到了煤绝热氧化方程,并设计了相应绝热氧化实验装置.通过理论和实验研究,提出了能够反应煤自燃关键阶段,即低温氧化阶段动力学参数活化能E作为煤自燃倾向性鉴定指标,并测试了3个典型煤样的低温氧化活化能E.最后,通过现场煤自燃发火期与煤物理吸附氧量和低温氧化活化能E的对比,对该指标的实用性和科学性进行了检验.

摘要：本文首先指出了我国现行的煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法的不足之处,同时给出了煤自燃倾向性鉴定标准的基本原则。根据绝热氧化理论和绝热氧化方程,设计了相应绝热氧化实验装置。通过理论和实验研究,提出了能够反映煤自燃关键阶段,即低温氧化阶段动力学参数活化能E作为煤自燃倾向性鉴定指标,并测试了五个典型煤样的低温氧化活化能E,同时根据该指标对煤自燃倾向性等级进行了初步划分。最后,通过现场煤自燃发火期与煤物理吸附氧量和低温氧化活化能E的对比,对该指标的实用性和科学性进行了检验。

摘要：根据消防工程学的原理和方法 ,参照建筑防火领域性能化设计方法 ,提出了矿山火灾防治的性能化设计方法 ,给出其定义 ,提出了矿山防火性能规范的制定流程 ,介绍了性能化设计的定量分析工具与方法。矿山防火性能化设计方法是一种新的防火思路 。

摘要：应用因次分析法推导出表征巷(隧)道火灾烟流滚退距离变化规律的通用无因次表达式,该表达式包含影响滚退距离的火源热释放速率、通风风速、巷道倾角和形状等因素。在此基础上开展了考察烟流滚退距离的模拟实验,实验得出了无因次滚退距离与火源热释放速率、巷道风速等参数之间的函数关系式。研究结果为巷(隧)道通风防灭火的设计提供了参考依据。

摘要：基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则,提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程,以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数,建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型,分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束条件定量判定瓦斯抽采安全与效率;以上述模型为基础,针对钻孔抽采区域温度高于临界温度、钻孔抽采纯量低于抽采纯量下限,以及钻孔抽采浓度低于瓦斯安全浓度下限等工况条件展开理论分析和数值计算,提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略,通过协同调整不同抽采钻孔的阀门开度和抽采泵转速,有效提高了抽采瓦斯体积分数、效能比和抽采纯流量,并提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略。最后,设计了由数据感知模块、通信传输模块、数据处理与决策模块、控制模块等部分组成的瓦斯智能抽采系统,开发了基于物联网的智能调节阀门,阀门的感知模块包括温度传感器、瓦斯浓度传感器和气压传感器等,通讯模块将数据上传至云存储端,通过电脑网页和手机客户端实现监测与控制;发明了采用高分子减阻剂提高水环真空泵效率的技术方法,以高分子减阻溶液作为水环真空泵的工作介质,有效降低了液环的湍流损失和流体与泵体过流部件的摩擦损失,并开发了地面全封闭式和井下直注式2种瓦斯抽采泵节能系统,该项技术在山西潞安集团余吾煤业成功应用,节电率和节水率分别达到22.5%和66.7%,为瓦斯智能高效抽采提供了借鉴。

摘要：应用矿山通风网络火灾模拟软件对矿山井下的水平巷道火灾和倾斜巷道火灾分别进行了全网络的计算机仿真模拟,得出了火灾烟流侵入巷道的时间和温度、人员在通风网络中逃生的避灾路线、火灾期间烟流滚退现象发生的临界风速、烟流滚退的距离及救灾决策要点等结果。仿真模拟结果表明:该软件的计算结果可靠、界面友好、功能实用,可作为矿山防灭火工程性能化设计的重要手段。

摘要：根据矿井火灾救灾期间风(烟)流控制的实际需求,设计并开发了以井下实时监测数据为基础,以远控自动风门为手段,以决策支持系统、人工智能和控制理论为依据的矿井火灾实时救灾决策及自动控制系统。实现了将救灾决策软件和风流远程控制系统通过监测信息的传输,根据灾情信息指导风流控制。