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矿井火灾火源燃烧特性及其对下风向巷道影响的研究

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矿井火灾火源燃烧特性及其对下风向巷道影响的研究

作者：姜宇鸿内蒙古科技大学

学位级别：硕士

矿井巷道发生火灾后，由于受巷道空间相对狭窄、封闭以及氧气供应不足等特点的影响，往往会造成重大人身财产损失。因此，针对矿井巷道火灾，研究火源燃烧特性、火区阻力以及火源燃烧过程中对下风向巷道的影响，对于合理评价火灾危险性... 详细信息

矿井巷道发生火灾后，由于受巷道空间相对狭窄、封闭以及氧气供应不足等特点的影响，往往会造成重大人身财产损失。因此，针对矿井巷道火灾，研究火源燃烧特性、火区阻力以及火源燃烧过程中对下风向巷道的影响，对于合理评价火灾危险性、科学分析火区条件下通风系统可靠性、矿井火灾救援时合理控制风流方向以及随时掌握烟流流经巷道温度和风量，均具有重要的理论与现实意义。 (1)本文通过相似实验模型实验测定了各测点的风流动压和温度，火区前后测点的静压差和下风向的烟气组分;对基于氧消耗原理的火源热释放速率方程，火源下风向巷道的温度场方程以及火区阻力方程进行了深入理论研究并确定了计算方法;确定了火源燃烧过程中不同时刻的火源热释放速率、火区阻力以及温度场分布。 (2)分析了火源燃烧过程不同时刻的热释放速率，得出其变化过程要经历三个阶段，首先是快速发展阶段，该阶段火源迅速达到最大热释放速率;其次是稳定阶段，该阶段火源以最大热释放速率燃烧，持续时间大于发展阶段但小于衰减阶段;最后是缓慢衰减阶段，该阶段火源热释放速率随时间推移逐渐下降，持续时间大约占整个燃烧过程的2/3;正常通风情况下火源最大热释放速率和通风动压之间存在一次方程关系，煤和坑木分别为Q=0.0035H+0.0175和Q=0.0039H+0.06。 (3)据火源热释放速率t模型理论分析了热释放速率计算结果，得到了煤和坑木燃烧过程热释放速率t模型，煤的发展系数和衰减系数分别为12kW/min和0.12kW/min，坑木分别为12kW/min和2.2kW/min。对火源热释放速率t模型积分运算，建立了火源总放热量方程，总放热量除以煤的质量即为单位质量煤的放热量，计算得到单位质量煤和坑木的放热量分别为432kJ和1658kJ。 (4)实验确定了温度场方程实验系数Kc，即在火灾发展阶段Kc=15～20，在火灾的稳定阶段Kc=10～15，在火灾的衰减阶段Kc=20～25。研究了断面温度t模型理论，建立断面3温度变化t模型，其发展系数和衰减系数分别为0.251K/min和0.0708K/min。 (5)对火区下风向温度场变化规律分析表明，在矿井巷道火灾的发展和稳定阶段，下风向巷道中风流的温度随着距火区距离的增大而呈下降趋势。在火灾的衰减阶段，由于火源不稳定和新鲜风流的流入，下风向巷道中有一个温度下降最快区段，这个区段首先从靠近火灾区开始，然后逐渐向下风向巷道的远处移动。 (6)对火源总阻力和火区阻力变化规律分析得出，巷道中火源在燃烧过程中，其总阻力由正面阻力、摩擦阻力和火区阻力构成;正面阻力随着燃烧物体积的减小而逐渐减少，摩擦阻力保持不变;火区阻力在发展和稳定燃烧阶段逐渐增大，在衰减阶段开始降低并趋向于零;火区阻力在风流温度增高到351.6K、巷道风量为0.419m3/s时，达到最大值71.5Pa。

关键词：火源燃烧特性放热量温度场火区阻力

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巷道中煤燃烧时热释放速率的研究

煤矿安全 2013年第12期44卷 40-42页

作者：王文才姜宇鸿张博杨驭东刘伟贺龙内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古包头014010

根据相似原理按1∶20比例建立了煤矿采区进风系统的相似模拟实验装置,该装置包括主运输巷、辅助运输巷和联络巷。借助采区进风系统相似模拟实验装置,实验测定了巷道中煤燃烧时的氧气消耗量,然后根据氧消耗原理得出了巷道中煤燃烧时不同... 详细信息

根据相似原理按1∶20比例建立了煤矿采区进风系统的相似模拟实验装置,该装置包括主运输巷、辅助运输巷和联络巷。借助采区进风系统相似模拟实验装置,实验测定了巷道中煤燃烧时的氧气消耗量,然后根据氧消耗原理得出了巷道中煤燃烧时不同时刻的热释放速率及其曲线。运用热释放速率t2数学模型对热释放速率曲线分析,得到巷道中煤燃烧时的总放热量。实验得出呼和乌素煤矿的煤样在巷道中燃烧时单位质量煤的放热量为432 kJ/kg。

关键词：巷道煤燃烧氧消耗原理热释放速率

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高应力巷道复合支护的数值模拟研究

现代矿业 2013年第11期29卷 90-92,95页

作者：王文才刘伟冯纬姜宇鸿内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心

利用Ansys大型有限元软件,对高应力巷道锚喷与反底拱复合支护方案、锚喷与锚注以及反底拱复合支护方案进行了模拟分析。通过对不同支护条件下得出的应力云图、位移云图的对比分析,结果表明锚喷与锚注以及反底拱复合支护条件下围岩的变... 详细信息

利用Ansys大型有限元软件,对高应力巷道锚喷与反底拱复合支护方案、锚喷与锚注以及反底拱复合支护方案进行了模拟分析。通过对不同支护条件下得出的应力云图、位移云图的对比分析,结果表明锚喷与锚注以及反底拱复合支护条件下围岩的变形量显著减小,进而使得巷道趋向稳定。

关键词：高应力巷道锚喷支护锚注支护反底拱支护数值模拟

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水平巷道火灾时烟气逆流临界风速的研究

中国煤炭 2013年第7期39卷 101-104页

作者：王文才公维刚姜宇鸿张博魏文斌内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古自治区包头市014010 内蒙古煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古自治区包头市014010

根据热浮力中性成层中轴对称热对流理论,得出了水平巷道火灾条件下逆流形成时的临界风速计算公式,并对其进行了实验验证。实验结果表明,该公式计算的临界风速符合实际情况,可以用于确定水平巷道火灾时的临界风速值。

关键词：水平巷道火灾逆流临界风速

优化GM(1,1)预测模型对煤炭产量的预测研究

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现代矿业 2012年第2期28卷 113-115页

作者：杨驭东孟海东侯涛姜宇鸿内蒙古科技大学矿业工程学院

为了预测我国煤炭产量的发展状况,针对传统GM(1,1)模型预测煤炭产量时存在的问题,分别建立了传统GM(1,1)预测模型和基于连分式理论的有理插值改进背景值的GM(1,1)模型。并对预测结果做出分析比较。结果表明,采用改进的GM(1,1)模型,预测... 详细信息

为了预测我国煤炭产量的发展状况,针对传统GM(1,1)模型预测煤炭产量时存在的问题,分别建立了传统GM(1,1)预测模型和基于连分式理论的有理插值改进背景值的GM(1,1)模型。并对预测结果做出分析比较。结果表明,采用改进的GM(1,1)模型,预测误差较小,精度较传统GM(1,1)模型有所提高,更符合实际数据的发展趋势,为合理利用煤炭资源和调控能源结构调控提供了重要依据。

关键词：连分式理论灰色理论煤炭产量预测

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巷道火灾过程中CO浓度变化规律的研究

科协论坛(下半月) 2013年第5期 126-127页

作者：王文才公维刚姜宇鸿张博内蒙古科技大学矿业工程学院

在分析巷道火灾发展过程的基础上,进行巷道火灾相似模拟实验。结果表明,在矿井巷道火灾过程的各个阶段中,发展阶段CO浓度呈上升趋势,稳定阶段CO浓度呈下降趋势,衰减阶段CO浓度开始呈上升趋势后又呈下降趋势且持续时间最长,因而在火灾的... 详细信息

在分析巷道火灾发展过程的基础上,进行巷道火灾相似模拟实验。结果表明,在矿井巷道火灾过程的各个阶段中,发展阶段CO浓度呈上升趋势,稳定阶段CO浓度呈下降趋势,衰减阶段CO浓度开始呈上升趋势后又呈下降趋势且持续时间最长,因而在火灾的衰减阶段应高度重视CO气体的危害。

关键词：巷道火灾烟流 CO浓度变化规律

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巷道火灾时期火区阻力的实验测定与分析

内蒙古科技大学学报 2012年第1期31卷 1-3,13页

作者：王文才侯涛姜宇鸿李晨内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古包头014010

以呼和乌素煤矿4104主运顺槽和辅运顺槽及其联络巷道为实验原型,根据流体相似理论以1∶20的比例构建了相似实验模型,并在其中的一段巷道中进行了巷道火灾中火区阻力的实验测定.测定结果表明,在巷道风量不变的条件下,巷道火灾时期火区阻... 详细信息

以呼和乌素煤矿4104主运顺槽和辅运顺槽及其联络巷道为实验原型,根据流体相似理论以1∶20的比例构建了相似实验模型,并在其中的一段巷道中进行了巷道火灾中火区阻力的实验测定.测定结果表明,在巷道风量不变的条件下,巷道火灾时期火区阻力的大小与火源热释放特性有关,即火灾的火区规模、燃烧温度和释放的热量越大,火区阻力也越大.

关键词：巷道火灾火区阻力测定

基于PolyAnalyst线性回归的瓦斯涌出量预测应用研究

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内蒙古科技大学学报 2013年第1期32卷 5-8页

作者：孟海东杨驭东姜宇鸿内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古包头014010

瓦斯涌出量受多种相关因素的影响.通过运用PolyAnalyst软件平台提供的线性回归模型进行瓦斯涌出量的预测,自动选取合适的影响因素建立预测瓦斯涌出量的多元线性回归模型.结果表明,通过软件分析得到精度较好的预测模型,将预测值与对应的... 详细信息

瓦斯涌出量受多种相关因素的影响.通过运用PolyAnalyst软件平台提供的线性回归模型进行瓦斯涌出量的预测,自动选取合适的影响因素建立预测瓦斯涌出量的多元线性回归模型.结果表明,通过软件分析得到精度较好的预测模型,将预测值与对应的真实值做分析比较,误差满足要求,预测准确度较高.

关键词： PolyAnalyst 线性回归瓦斯涌出量预测

综放工作面撤架期间预防采空区遗煤自燃措施探索

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内蒙古科技大学学报 2013年第4期32卷 312-315页

作者：王文才芦阳郭山岭姜宇鸿王淇内蒙古科技大学矿业工程学院内蒙古包头014010 内蒙古煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 河南煤业化工集团鹤煤公司二矿河南鹤壁458000

煤矿工作面末采撤架期间,由于操作时间长和采空区漏风量较大,因而采空区遗煤很容易发生自燃.鹤煤二矿3407综放工作面在末采撤架期间,通过工作面自燃监测、采空区埋管注浆、预设回撤通道减少回撤时间、阻化剂防灭火以及停采时设置多道密... 详细信息

煤矿工作面末采撤架期间,由于操作时间长和采空区漏风量较大,因而采空区遗煤很容易发生自燃.鹤煤二矿3407综放工作面在末采撤架期间,通过工作面自燃监测、采空区埋管注浆、预设回撤通道减少回撤时间、阻化剂防灭火以及停采时设置多道密闭、封闭采空区等措施,确保了工作面末采回撤的安全,同时也得到了较好的经济效益.

关键词：采空区自燃注浆