浅埋深矿井采空区外部大漏风均压防治技术

为准确计算采用均压防治外部漏风时调压风机的压力,研究了基于矿井风网解算的均压通风计算模型。通过对均压通风原理及其在矿井内、外部漏风防治中技术特点的分析,结合通风网络解算原理,建立了均压防治外部漏风的计算模型,其计算结果显示调压风机升压力取决于矿井通风阻力的分布。依据红柳林矿井浅埋开采形成的采空区外部漏风现场观测数据,评估了漏风对矿井通风系统稳定性的影响,并设计了调压风机与风窗联合的均压通风方案。该方案采用网络解算软件计算了15207采煤工作面采空区外部漏风分支风阻与进风段通风阻力,确定了调压风机升压值与风窗的控风参数,实施后取得了预期效果。现场的成功应用表明了此技术的正确性,对同类矿井具有借鉴意义。     

基于WINDOWS的矿井通风网络解算软件的研制

针对现有矿井通风网络解算软件存在的不足,本文使用MATLAB和Visua1C++做为开发工具开发了基于Windows操作系统的矿井通风网络解算软件。采用引入回路重选策略的斯考德一恒斯雷解算算法,使得在通风网络模型上进行的风网解算速度加快。该软件采用通风网络参数解算与通风系统图形相结合方式,对王家岭煤矿通风系统进行网络解算,为王家岭煤矿通风系统优化提供依据。     

矿井火灾模拟解算软件开发研究

为了研究矿井火灾时期矿井通风系统的稳定性,在充分考虑影响火灾时期矿井通风系统稳定性的多个因素后,以Mfire3.0内核基础,综合可视化编程,以矿井通风网络结算原理为理论基础,研究并建立了火灾模拟风网解算模块,从而构建了矿井火灾模拟解算仿真模型,编制了火灾时期矿井通风系统解算软件。系统介绍了矿井火灾模拟解算软件系统的原理及特色,阐述了模拟矿井通风整体网络所需要的调研内容,展示了矿井火灾模拟解算软件系统的原理和过程。最后,以瓦尔登矿实验数据为基础进行模拟解算,模拟数据与试验数据基本吻合,验证了火灾通风网络解算软件的解算结果的可靠性。     

W型通风冒落采空区流场数值模拟计算

针对冒落采空区通风比较复杂的问题，基于非均质多孔介质漏风渗流方程建立了冒落采空区漏风流态的有限元数值模型．结合现场实例，对W形通风复杂边界形式的采空区风流规律进行了求解。从理论上描绘了W形通风采空区的风压分布等值线和流函数线（分布解），该计算方案对W形通风复杂边界条件仍能满足流网正交；求解方便迅速，可操作性好。指出W形通风采空区明显降低工作面两端风压羞，缩小漏风范围的效果。     

矿井采空区漏风问题的迎风有限元求解技术及其应用

为模拟矿井采空区漏风引起的煤自燃与瓦斯问题,建立了采空区"瓦斯-氧"对流扩散过程的迎风有限元统一求解模型。分析了基于伽辽金法的采空区流场有限元求解技术。给出了采空区"瓦斯-氧"对流扩散过程的统一模型,针对标准伽辽金有限元法求解统一模型时计算结果振荡的问题,采用迎风有限元方法得到模型的稳定解。基于三角形单元离散的采空区,给出了以所有节点的压力以及气体浓度为未知数的控制方程组。使用VC++开发了模拟软件,采用典型算例对软件的稳定性与实用性进行了验证,模拟结果表明:煤自燃耗氧导致采空区氧浓度降低,可爆瓦斯浓度范围5%～15%不再适用,采空区内具有瓦斯爆炸危险性覆盖的区域随遗煤耗氧与瓦斯涌出情况而动态变化;开发的软件可以直接划定采空区内煤自燃三带及具有爆炸危险性的采空区区域。     

采空区场流数值模拟程序(G3)实现与应用

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、分相气体(瓦斯、氧、CO)渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区安全(瓦斯、自然发火等)分析数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解计算机程序(G3).结合Y形通风形式采空区的求解实例,展示了G3能够适应各种复杂边界条件,并给出工作面开采条件下采空区内各相气体和温度变化的图形分布解G3中采空区按冒落非均质介质处理;考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,并能反映工作面推进、通风量等因素影响关系.可操作性好,能对各种情况做任意性模拟试验,便于从理论上描绘采空区漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧、CO浓度和温度的分布状态及其变化过程.图7,参16.     

风流脉动下采空区流场数值模拟与实验研究

针对矿井内风流脉动的特性,基于矿井通风理论、流体力学理论、空气动力学 理论、传热传质学理论、多孔介质渗流理论,建立了矿井风流脉动下采空区流场的计算模型;通 过数值模拟,研究了脉动风流作用下采空区流场的分布特点,并通过实验对其进行了测试和 验证。结果表明所建立的采空区非稳定流场的数学模型可用于研究采空区流场分布状态,并 为采空区火灾防治提供有效的手段。      

矿井通风计算机管理系统的改进

计算机在煤矿产业中的应用日益重要,矿井通风系统主要解决风网解算在煤矿中的实际应用,采用网络图的自动绘制功能,改进了矿井的通风网络解算功能,实现了实际生产中数据输入、输出的可视化,提高了数据处理能力,建立了图形与属性数据相关联的系统。改进后的系统加强了数据与图形的集成化管理,为矿山企业提供了决策依据,有利于矿山企业的现场使用。     

综采工作面采空区漏风规律数值模拟

为得到综采工作面及其采空区的流场分布,基于通风网络理论推算得出采空区漏风阻力系数模型,该模型综合考虑采面的回采速度,顶板岩性,采空区倾向上顶板的沉降量等因素影响,利用FLUENT软件及其自适应网格技术,对国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿121103工作面及其采空区漏风流场进行数值模拟,并对模拟结果与现场实测工作面风量分布进行比较,工作面风量分布趋势吻合较好.模拟结果表明:该工作面向采空区漏风主要发生在倾向0～25m区域内,在该区域内,漏入采空区内的风量有部分返回至工作面;在倾向25～215m区域内,工作面风量变化不大;采空区漏风流场等值线在倾向上并不是对称分布的,在采空区走向0～10m及倾向20～30m区域内存在低速区.     

矿井通风网络三维仿真与优化系统的开发

系统采用可视化对象编程语言VB6.0和SQL Server2000数据库技术,结合SolidWorks三维软件,实现矿井通风网络3D图绘制;并通过调用一个用Fortran语言编写的通风网络解算模块,实现通风网络解算功能;同时,系统允许用户设置多个通风方案,通过风网结算结果比较,选择最优方案.为矿山进行有效地井下通风调节和通风网络改造,提供了有力的安全保证.     

采空区防火注氮过程的数值模拟与参数确定

为解决采空区防火问题，提出从采空区漏入风一侧顺流注氮，充分利用采空区漏风流向控制氮气的流向并控制漏风量的注氮思路。利用迎风有限元方法求解注氮时采空区风流移动渗流方程和氧气浓度变化过程的渗流-耗散-扩散方程。根据注氮与采空区流场流态及氧浓度分布规律，分析了注氮流量、注氮位置和时间的确定方法。     

存在风阻未知分支的大规模复杂通风网络解算方法

在一个复杂的地下矿通风网络中,通常存在风阻或风量无法直接通过工程的方法事先测量出来的分支,为复杂通风网络中分支风流特征突然改变的原因推断带来了相当大的困难。为了解决此问题,利用通风系统节点风量平衡定律、回路风压平衡定律和通风系统中其风阻值或风量值可事先测量出来的部分分支的信息,重新构建了通风系统风网解算模型,通过对该模型的严密理论推导,获得了一种新的风网解算方法．该算法还可进行通风系统漏风点辨识。     

测风求阻法解算矿井复杂通风网路

目前广泛应用的解算矿井复杂通风网路方法是以风网的各分支风阻值和扇风机工作特性参数作为解算基础数据,而获得风网各分支的风阻值是费时费力的。为此,本文提出了通过测算风网风量求分支风阻的方法解算矿井复杂通风网路。从理论上分析了以分支风阻为未知数的线性方程组建立过程及方程组解存在的唯一性。用BASIC语言编写了测风求阻法解算复杂通风网路的计算机程序,并在超群386微机上通过。通过具体实例说明程序的实用性。该解算方法与其它解算方法不同的是本法以风网的风量和扇风机工况点作为解算网路的基础数据,对生产矿井的通风网路解算更能显示其优越性。     

采空区多参数气-固耦合渗流模拟

针对由于采空区内非均匀孔隙介质的存在,造成采空区风流动态流动的复杂性,在渗流力学与气-固理论相结合的基础上,采用理论分析、软件模拟以及实例验证等方法,分析了采空区内孔隙度变化规律以及多参数渗流连续数学模型;基于高效的有限体积算法,进行了数值解算,并编制了模拟软件,研究结果表明:采空区内渗透率整体呈现"U型"筛分布,在进风口和回风口处最大,随着采空区深度的增加渗透率逐渐变小;压力呈"扇型"分布,在进风口处最大,随着向采空区延伸,压力变化逐渐趋近于零;采空区内渗流速度呈"弧型"分布,靠近工作面的区域漏风较强,随着向采空区延伸,漏风速度逐渐趋近于零;同时对模拟结果进行了三维和二维演示,使问题更清晰、直观明确,为辅助分析采空区瓦斯排放、自然发火、注氮灭火、大面积均压调压等诸多安全问题提供保障.     

“Y”型通风下采空区自然发火数值模拟

针对综采工作面"U"型与"Y"型通风特点,建立了多场耦合的采空区自然发火模型,开发了基于有限体积法离散的模型解算程序,结合实例研究了相同条件下"U"型与"Y"型通风对采空区自然发火的影响,给出了不同通风系统下的采空区压力场、速度场、氧浓度场以及冒落煤岩固体温度场的分布情况.对比研究表明:"Y"型通风增大了采空区的漏风量,扩大了较高浓度氧气的分布范围,从而导致采空区温度更高.最后分析了"Y"型通风下的采空区漏风变化特点.该成果对"Y"型通风下的采空区自然发火防治工作具有一定指导意义.     

基于浏览器/服务器(B/S)与客户机/服务器(C/S)模式的通风信息系统

提出一种基于B/S与C/S模式的通风管理软件系统,在这种模式下实现了通风图形的自动绘制、风网解算等功能。将风网解算风量按不同进回风井进行量化分析、实现了对系统中所有巷道风量的实时监测,并对涉及到的关键计算机技术进行了分析。该通风信息系统改变了以往通风管理软件的应用模式,扩展了风网解算理论的应用范围,并且在某(矿井)复杂的通风网络系统管理中得到了成功的应用。     

U型工作面采空区漏风对自然发火的影响

为了进一步掌握U型通风方式下采空区漏风流场分布规律,为采空区火灾预防和控制提供理论依据,采用物理相似模拟实验方法,通过搭建采空区气体渗流物理相似模拟实验平台,实现了开采煤层自然垮落,并采用采空区立体监测的手段,对U型通风方式下采空区漏风流场的分布规律进行了研究。结果表明:采空区内漏风存在3个特征区域,即"上隅角漏风影响区","架后重点漏风区"和"下隅角煤柱边缘漏风带",通过分析其各个特征区域的自燃危险性,得出"上隅角漏风影响区"的自燃危险性最大,"架后重点漏风区"的自燃危险性最小。同时,在采空区垂直方向上的漏风强度随着高度的增加而减小,最大影响高度可达到60 m左右。研究指出了U型通风工作面火灾防治的重点区域,为采空区在漏风影响条件下的防灭火工作提供了一定的理论参考。     

采空区开区注氮防灭火的数值模拟研究

用迎风有限元法求解了采空区气体渗流方程和氧气的渗流-消耗-弥散方程,用图象显示了注氮时采空区的流态、氧浓度分布变化的流体力学过程和注氮防灭火机理.注氮气能改变采空区的漏风流态,并以氮气等量抑制工作面向采空区的漏风,减少了向采空区的供氧.在采空区的入风隅角处顺流注氮,有利于氮气沿漏风流势移动.注氮流量与氧的惰化浓度线位置近似呈反比例关系.给出用数值模拟确定注氮流量的方法.图7,参8.     

运用监控数据的矿井通风网络动态解算及应用

为解决矿井通风日常管理及优化设计和系统方案模拟等矿井通风安全问题,提出通风监测与通风仿真一体化算法.通过共享矿井监控系统数据库的方法,实现基于互联网技术的在线实时通风仿真计算.研究结果表明:将该算法与矿井通风系统仿真相结合,不仅可以实现矿井通风管理信息系统与矿井监测系统一体化,而且可以完成煤矿通风系统的在线实时仿真以及完成煤矿通风网络的动态解算.通过对霍州煤电三交河煤矿通风系统的实际应用,取得了良好的现场应用效果.     

基于改进Cross算法的矿井复杂风网可视化解算系统

为了提高矿井复杂风网的解算精度和效率,为通风系统分析和优化调节提供基础的技术参数,在通风网络理论的基础上,分析并改进了Cross解算模型,利用面向对象的程序设计方法、图形处理和数据库技术,研究了可视化解算系统的架构和功能组成.系统不仅能够实现风路属性信息的维护与查询,而且可以完成通风网络图的生成与管理,快速、高精度的解算能力和完善的综合分析功能使其具有较高的适用性和实用价值,可以为矿井通风系统评价提供可靠的决策支持.