摘要：在煤矿开采过程中伴随大量的呼吸性粉尘产生,严重危害工人健康。喷雾技术作为应用最为广泛的降尘技术,具高效、清洁等优点,但现有的喷雾技术对呼吸性粉尘的捕获能力不强,雾化效率低。为解决该问题,研发了超音速同轴气动雾化技术。通过实验和数值模拟的方法对该技术的雾化特性进行了研究,并基于自行设计的降尘实验平台对比了超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术与超音速同轴气动雾化降尘技术的降尘特性。同时通过2种技术的隔尘对比实验揭示了粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降机理。结果表明:在不同气动压力下,超音速同轴雾化降尘装置所采用的同轴探针注水方式大幅降低了探针结构对超音速流场能量的损耗,显著提高了雾化效率,产生了大量11μm以下、空间分布均匀的高速雾滴群,与虹吸雾化装置相比,粒径减小了12%~50%,在喷雾流场中形成了大范围高速细雾区域。雾滴场与粉尘场的耦合效果,可以由粉尘的瞬时分散度表征,并由雾滴场特性的分布特征决定。不同时刻,各个粒径区间的分级降尘效率的变化趋势不同,在不同压力下对总的降尘效率的贡献不同。超音速同轴雾化技术产生的大范围高速细雾易于捕集呼吸性粉尘,PM0~PM2.5的分级效率在75%以上,最高可达90%。压力的增大使高速细雾范围增大,有利于对微细颗粒的捕集。含尘气流在有限空间运移过程中粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降过程可划分为雾滴捕尘区、凝并沉降区、蒸发逃逸区。在不同区域雾滴与粉尘不同的行为与浓度分布,是受到喷雾气流及气载风流曳力运移,高速微雾碰撞捕捉、雾滴凝并沉降、雾滴蒸发失重作用的结果。

摘要：由于多分支水平井是复杂结构井,采用常规数值模拟方法和应用数学解析无法精准描述地下煤层气的渗流规律,为了更为直观地观察在复杂条件下煤层气的流动情况,基于多孔介质学理论,设计并搭建水电模拟试验平台,全面研究了分支数、分支长度、分支角度等井眼结构参数对煤层气压力分布规律、总产能和单位长度产能的影响,分析并验证多分支水平井之间是否存在支间干扰现象。结果表明:井眼结构参数对煤层气压力曲线的影响主要包括煤层气压力分布随着分支数量增加和分支长度的增加,在同等坐标点所对应的等压线数值不断变小,整体呈现出等压线变稀疏,即随着分支数的增加,煤层气压力曲线的形变幅度增大,抽采范围也随之增大;分支角度在30°、45°和60°情况下,对煤层气压力曲线的影响的形变幅度以45°支间角度最明显;煤层气压力曲线受分支的指端效应影响较大。对称多分支水平井分支井间存在支间干扰现象,控制支间干扰现象的关键是通过调整综合形态参数,合理控制分支数量、分支长度和分支角度关系,三者间的优化级为分支数>分支长度>分支角度;当试验参数为4分支数、200 mm分支长度、45°分支角度时,井眼结构参数可最大程度控制支间干扰现象,使煤层气生产效率和生产成本达到最佳状态。

摘要：为了进一步探究瓦斯爆炸冲击波火焰波的传播特性,在自行设计并搭建的复杂管网中进行瓦斯爆炸实验。实验中利用高精度压力传感器和温度传感器收集压力变化和温度峰值数据;使用火焰传感器采集爆炸过程中出现的火焰波信号,根据理论公式计算得出火焰波传播速度;利用Origin软件对实验数据进行综合处理,研究复杂管网中瓦斯爆炸时的冲击波、火焰波传播特性。结果表明:管道内各测点最大压力峰值为0.599 MPa,最小压力峰值为0.297 MPa,管道内火焰波速度峰值为214.04 m/s,在管道L_(4)上速度值降低为0 m/s,各测点温度峰值最大值为1837 K,最小值为1521 K。随着爆炸冲击波与火焰波在复杂管网内的传播距离不断增大,压力衰减趋势和速度突变趋势更为显著。

摘要：为了解决选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染问题,使用k-ε湍流模型和COMSOL软件,建立了黄玉川选煤厂并行带式输送机运转系统数值模型,计算获得了其风流的分布规律;分析诱导气流及走廊风速对其风流场的影响,确定了选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染的风流影响机理。研究表明:走廊风速大小直接决定系统风流场的流速,走廊风速越大整个系统风流速度越大;诱导气流的大小决定风流场为单涡流风流场、双涡流风流场或无涡流风流场。针对性的提出方案减少因产生涡流导致粉尘污染严重的问题,设计针对性湿式降尘方案,并在黄玉川选煤厂安装使用,车间内全尘及呼尘降尘效率均达到90%以上。

摘要：为解决煤矿粉尘污染问题,根据气水喷雾原理与涡旋气流生成特性,研制一种雾滴粒径小、降尘能力强的新型超细螺旋雾化喷头。首先,利用数值模拟软件探究不同参数下风流导向器内部风流场速度流线分布特征,得到风流导向器最佳螺旋效果参数;然后,搭建试验平台,测定超细螺旋雾化喷头性能参数;最后,通过超声波干雾抑尘效率对比试验,研究超细螺旋雾化喷头降尘性能,设计一套高效除尘设施,并将其应用于敏东一矿06回风巷。结果表明:当螺旋槽体与锥形壁面的夹角α为30°、风流导向器顶面直径与其高度比d为1.25时,风流导向器定向风流螺旋效果最佳;喷雾压力为0.4 MPa时,超细螺旋雾化喷头的雾化角最大,雾滴数量中占比90%的雾滴直径小于19.7μm,综合雾化性能最优,此时全尘降尘效率为92.18%,较超声波干雾抑尘全尘降尘效率提高10.21%。以超细螺旋雾化喷头为核心的全断面螺旋气动雾幕对呼吸性粉尘的降尘效率为88.8%~91.58%。

摘要：针对目前煤矿泄爆装置的不足,设计了新的泄爆门,对结构、泄爆机理及有益增效进行了论述,运用FLUENT软件在不同工况条件下进行瓦斯爆炸模拟,通过监测爆炸压力、火焰温度和火焰速度分析其变化规律,验证泄爆门的泄爆效果。结果表明:在瓦斯体积分数为9.5%工况下,防爆墙产生的爆炸压力峰值最大,压力衰减后一直维持在0.29 MPa,高压环境下对巷道内围岩和设备造成持续损坏,而泄爆门能够快速泄压,使火区达到无新风封闭状态,减少二次爆炸和次生灾害的发生;在瓦斯体积分数5.5%~11.5%工况下,瓦斯爆炸特性参数整体变化规律相同,随着瓦斯体积分数的增大,瓦斯爆炸特性参数先增大后减小;泄爆门的泄爆能力与瓦斯体积分数无关,无论瓦斯体积分数如何变化均以相同时间泄压和封闭火区。

摘要：井下风速和风压的波动通常被认为是由外部扰动引起的,但是,即使在实验室条件下对可能的外部扰动给予充分的控制,风速和风压的示值仍始终呈现不规则的波动,即测不准现象。对此,从湍流角度出发对这一现象的产生机理进行了研究。利用激光多普勒测速仪和数字式微压差计测量了中低风速下巷道模型风速和静压的时间序列。结果显示,在无外部扰动的均直光滑巷道内,风速和压力依然存在波动,其大小和方向均发生剧烈变化,总体上呈现出在一平均值附近的随机脉动;当平均风速和平均压力分别为2.57 m/s和17.1 Pa时,风速和压力的最大脉动幅度分别达到了1.19 m/s和4.9 Pa。风速和压力的脉动信号服从正态分布,平均脉动幅度分别与速度和速度平方成正比,但测不准现象与风速大小关系不大仅受湍流强度影响。实验表明,即使在无外部扰动的条件下,井下风速和风压也是测不准的,测不准的本质是井下湍流随机脉动特性所致。而湍流具有规则的统计平均结果,是可以精准测量的。为了获得井下风流的精准参数,风速及风压等测试仪器应基于湍流的统计平均特性来设计研发。

摘要：针对火灾时期矿井巷道通风热阻力计算问题,对风流温度-密度变化的通风巷道,推导出一种规范表达计算式。指出从广义的通风原理上,火灾时期的风流(热)阻力仍然包括摩擦阻力和局部阻力,同时还包括火燃烟气这一外来风源的附加阻力。新公式将通风阻力计算按巷道与流体"固-流双质"特性来表达,引入巷道几何风阻的概念,几何风阻是指巷道本身的阻力特性,与流体无关,它包括摩擦风阻和局部风阻两部分。从概念上,新公式对热阻力的本质有明确的辨析,在计算和分析上避免了容易出现的错误,由此推导出高温烟流通风阻力与火灾温度成正比。为了验证这一热流阻力效应,设计了一个实验管道装置,实验测定了热阻力随温度的变化,实验结果与理论推导结论相吻合。利用该实验装置还成功分离出了外源烟气流的附加阻力,实验结果表明,外源阻力完全是燃烧过程的物理映像,给出了有火灾外源气体参与热阻力贡献的实用算法。

摘要：为预测煤尘爆炸能量,基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数!的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计,测定10次爆炸最长火焰长度平均值l_0、10次最长火焰长度出现时间平均值t_0与该小型煤尘爆炸中释放能量E_0,确定模型中参数!为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明:量纲选取完备,预测模型科学合理。

摘要：为揭示硫化矿石堆自热过程的突变特性,提出一种基于实测温度数据研究矿石堆复杂度的新方法。以某硫铁矿矿石样品为实验材料,应用自主设计的实验装置,室内模拟矿石堆动态自热过程。在对近似熵方法检测动力学结构突变的有效性进行验证后,应用小波技术与近似熵方法对自热过程中矿石堆的复杂度进行定量分析。研究结果表明：矿石堆近似熵在0.61~0.90之间,随着深度的增大,矿石堆复杂度呈先增大后减小的趋势;局部区域的自热过程产生了明显突变,突变温度介于117.6~121.2℃之间;矿石堆复杂度变化趋势可分为3个阶段：相对平稳阶段、逐渐增大阶段和逐渐减小阶段。在复杂度逐渐增大阶段,矿石堆局部区域产生了明显自热。