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：为解决采空区地表拟建变电站基础沉降的安全稳定性问题,利用有限元分析软件进行结构内力模拟分析,通过对拟建变电站进行实体模型建立、网格划分、荷载施加以及位移约束处理,完成变电站全结构全场域耦合模型构建。对采空区从开采到变电站竣工的几个时期进行模拟与分析,依据人工仿真振动波得到变电站各结构沉降情况。结果表明:拟建变电站发生的沉降与整体沉降走向一致;静力载荷作用下,拟建变电站场地最大沉降为39.33 mm,最大沉降差为12 mm,产生于上部钢结构框架;动力荷载作用下,依据模拟结果可知,上部设备振动荷载对采空区没有影响,采空区变电站竣工后由于地表下160 m处弱化造成0.2~0.5 mm的微小沉降。拟建变电站整体和局部沉降值均处于变形控制标准内,采空区变电站处于安全稳定的状态。

摘要：为实时监测煤矿回采巷道中锚杆的安全状态,评估锚杆支护结构的安全稳定性。基于现场实际使用的常规支护锚杆,设计选取FBG传感器和介质材料,通过锚杆拉伸和FBG温度试验,研究FBG锚杆的应变传递机理,分析FBG传感器在不同基体材料下的应力-应变曲线和温度-波长变化曲线,表明所研制的FBG锚杆通过FBG传感器中心波长的变化真实地反映出锚杆应力状态。现场试验中将FBG锚杆布置在回采巷道正负巷帮,结果表明FBG锚杆准确记录了轴力变化,展现了正、负巷帮锚杆各个位置的轴力变化规律,为回采巷道锚杆支护进行实时监测并评估锚杆安全状态提供了技术支持。

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：煤层中CH_(4)主要以游离态和吸附态赋存,煤吸附CH_(4)性能往往受煤阶、温度、压力、粒径和含水率等多种因素共同影响,为研究多因素耦合对煤吸附CH_(4)的Langmuir体积影响规律,选取山西长治地区常村和赵庄煤矿煤样,利用HCA–1高压吸附装置测定不同环境温度、煤样粒径、含水率的煤样吸附CH_(4)体积,然后以赵庄矿煤样试验结果为基础,通过Design Expert软件设计Box Behnken试验,构建煤吸附CH_(4)体积2次回归响应曲面模型,分析温度、粒径、含水率3种因素耦合作用时对煤吸附CH_(4)体积影响程度,并对不同条件下煤吸附CH_(4)体积进行预测与验证,并探讨了试验结果的工程应用启示。结果表明:CH_(4)吸附量随温度、粒径增加及含水率升高而降低;环境温度由15℃增加至40℃时,常村及赵庄煤CH_(4)吸附量分别降低37.09%,37.5%;煤样粒径由0.15 mm增加至0.3 mm时,CH_(4)吸附量分别降低14.87%、15.52%;常村煤样含水率由0.08%增至4.21%,CH_(4)吸附量降低10.61%,赵庄煤样含水率由0.04%增至3.62%,CH_(4)吸附量降低16.31%;温度、粒径、含水率单因素作用均对CH_(4)吸附量表现为极显著影响(P煤样粒径(F=346.64)>含水率(F=133.32);各交互项对CH_(4)吸附量影响程度为:粒径和含水率(F=21.31)>温度和粒径(F=6.33)>温度和含水率(F=3.65),粒径与含水率交互作用极显著(P=0.0024),温度和煤样粒径交互作用显著(P=0.0401),温度和含水率交互作用不显著(P=0.0978);编码区间外试验值与模型预测值的偏差最大为3.98%,最小为2.01%,平均误差率为3.315%;井下回采过程中,温度、含水率、煤样粒径等多因素变化时,首先实时监测温度变化,防止温度骤变引发瓦斯大量解吸,导致瓦斯超限甚至发生煤与瓦斯突出事故。

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：为研究多因素耦合对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响,采用自主研发的液态CO_(2)冻融致裂试验装置,利用核磁共振测试技术,测定不同影响因素下液态CO_(2)冻融致裂后煤体的孔隙度,分别研究液态CO_(2)冻结时间(t)、冻融循环次数(n)和煤体含水饱和度(W)对煤体孔隙度(φ)的影响;采用响应曲面法设计试验,构建φ与t、n和W的二次回归响应曲面模型,分析t、n和W单独及耦合作用时对φ的敏感程度及影响特征,并预测优化与验证不同影响因素下的φ。结果表明:随着t的延长和n的增多,φ呈指数函数关系变化,随W的增大,φ呈线性关系增加;影响因素t、n和W均为φ的极显著项(显著性判别值PW>t。交互项nt交互作用极显著,nW交互作用次之,Wt交互作用不显著,对φ影响的主次关系为:nt>nW>Wt。模型预测当t、n和W分别为57 min、19次、96%时,φ达到最大值(9.47%),4组试验值与模型预测值平均误差为2.98%,所测φ平均值为9.58%,φ较优化之前(8.94%)提高了7.16%。

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。