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Experimental and numerical study of failure behavior and mechanism of coal under dynamic compressive loads

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International Journal of Mining Science and Technology 2020年第5期30卷 613-621页

作者： Junjun Feng Enyuan Wang Qisong Huang houcheng ding Xiangyang Zhang Civil Engineering and Architecture Anhui University of TechnologyMaanshanAnhui 243002China Key Laboratory of Safety and High-efficiency Coal Mining Ministry of EducationAnhui University of Science and TechnologyHuainanAnhui 232001China State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control Henan Polytechnic UniversityJiaozuoHenan 454003China Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines China University of Mining and TechnologyXuzhouJiangsu 221116China

A comprehensive understanding of the failure behavior and mechanism of coal is a prerequisite for dealing with dynamic problems in mining *** this study,the failure behavior and mechanism of coal under uniaxial dynamic compressive loads were experimentally and numerically *** experiments were conducted using a split Hopkinson pressure bar(SHPB)*** results indicated that the typical failure of coal is lateral and axial at lower loading rates and totally smashed at higher loading *** further fractography analysis of lateral and axial fracture fragments indicated that the coal failure under dynamic compressive load is caused by tensile brittle *** addition,the typical failure modes of coal under dynamic load were numerically *** numerical results indicated that the axial fracture is caused directly by the incident compressive stress wave and the lateral fracture is caused by the tensile stress wave reflected from the interface between coal specimen and transmitted *** application was further conducted to interpret dynamic problems in underground coal mine and it manifested that the lateral and axial fractures of coal constitute the parallel cracks in the coal mass under roof fall and blasting in mining space.

关键词： Split Hopkinson pressure bar Stress wave Failure mode Fracture mechanism Fractography

高层建筑楼梯间不同自然排烟方式对烟气流动特征影响的数值模拟

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安全与环境工程 2018年第1期25卷 161-167页

作者：丁厚成余点安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032

高层建筑发生火灾时,疏散通道内的环境安全是重中之重。以马鞍山市某13层办公楼为原型,基于火灾动力学的理论,利用FDS火灾仿真软件对其楼梯间发生火灾时烟气流动特征进行了数值模拟,分别研究在楼梯间底部、中部、顶部起火时,在不同自然... 详细信息

高层建筑发生火灾时,疏散通道内的环境安全是重中之重。以马鞍山市某13层办公楼为原型,基于火灾动力学的理论,利用FDS火灾仿真软件对其楼梯间发生火灾时烟气流动特征进行了数值模拟,分别研究在楼梯间底部、中部、顶部起火时,在不同自然排烟开窗方式下烟气的流动规律,并根据模拟结果探讨了在楼梯间底部起火时,CO浓度和温度的分布规律,从而得出最佳的自然排烟的开窗方式,以减少烟气等有害气体对楼梯间疏散环境的影响,可为人员疏散及现场救援等决策提供参考。

关键词：高层建筑楼梯间不同自然排烟方式烟气流动特征数值模拟

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顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用

北京科技大学学报 2008年第11期30卷 1205-1210页

作者：丁厚成蒋仲安韩云龙北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 安徽工业大学建筑工程学院马鞍山243006

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型.以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并... 详细信息

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型.以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并与矿井的实际抽放情况进行了比较和分析,得出了适合该矿煤层的瓦斯抽放参数.抽放参数可以在淮南矿区相近煤层赋存条件下推广应用,以利于矿区高瓦斯矿井的安全生产.

关键词：瓦斯抽放钻孔抽放数学模型数值模拟

大范围顶板岩体垮落冲击动载对采场底板破坏的影响研究

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采矿与安全工程学报 2019年第6期36卷 1228-1233,1239页

作者：黄琪嵩程久龙丁厚成冯俊军胡新成安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

为研究大范围顶板岩体垮落产生的冲击载荷对采场底板的破坏作用及其对底板突水的影响,本文基于动力基础半空间理论,将底板岩层等效为半空间无限体,建立顶板岩体垮落冲击采场底板的理论分析模型,推导出最大冲击动载应力的计算公式;并利用... 详细信息

为研究大范围顶板岩体垮落产生的冲击载荷对采场底板的破坏作用及其对底板突水的影响,本文基于动力基础半空间理论,将底板岩层等效为半空间无限体,建立顶板岩体垮落冲击采场底板的理论分析模型,推导出最大冲击动载应力的计算公式;并利用FLAC3D模拟分析了顶板垮落产生的冲击动载在底板中的传递规律以及底板岩层的动力响应特征。研究结果表明:顶板岩体垮落撞击采场底板,会产生远大于垮落岩体静态自重的冲击动载应力作用在底板上;冲击动载荷以应力波的形式在底板中传播,与采动应力叠加产生动态应力集中现象,会导致采场底板发生二次破坏,造成底板破坏深度显著增大,有效隔水层厚度减小,从而增加底板突水的危险性。

关键词：大范围顶板垮落冲击载荷动态应力集中底板破坏

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表面活性雾滴联合金属网栅增效除尘

化工进展 2023年第1期42卷 546-552页

作者：邓权龙丁厚成徐远迪蒋仲安杨岚孙雪霏安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为进一步探索新型高效的复合式湿式除尘方法,基于表面活性剂增效润湿、喷雾降尘、水膜捕尘理论,构建了喷雾协同金属网栅除尘试验装置,通过对表面活性溶液性质的测试,优选出AES、LAB-35、X-100共三种活性剂进行试验,探究风速、喷雾压力... 详细信息

为进一步探索新型高效的复合式湿式除尘方法,基于表面活性剂增效润湿、喷雾降尘、水膜捕尘理论,构建了喷雾协同金属网栅除尘试验装置,通过对表面活性溶液性质的测试,优选出AES、LAB-35、X-100共三种活性剂进行试验,探究风速、喷雾压力、网孔目数、网栅层数和粉尘浓度对除尘性能的影响规律。研究结果表明:除尘效率随着风速增大呈现先逐渐升高、后缓慢下降的趋势,当风速为0.8m/s时达到峰值;随着目数、层数、喷雾压力增加,除尘效率有所升高,同时导致系统阻力或耗水量的增加,需要综合平衡;入口粉尘浓度的增大致使除尘效率先增大然后降低,当浓度为400mg/m^(3)时,效率最高达96.74%;三种表面活性雾滴中,0.4%LAB-35雾滴除尘效率最高,其次为0.4%AES雾滴,最低为0.4%X-100雾滴。综上,与纯水喷雾联合金属网栅除尘相比,表面活性喷雾具有较好的增效作用,能够为新型湿式除尘设备的研发提供参考。

关键词：湿式除尘喷雾表面活性剂金属网栅粉体技术优化

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高层建筑火灾烟气流动对疏散影响的模拟研究

中国安全科学学报 2020年第12期30卷 118-124页

作者：丁厚成徐远迪邓权龙连志虚安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243000

高层建筑在发生火灾时存在着顶棚射流和烟囱效益的现象,这些现象都会对人员疏散造成不利影响。为了进一步探究高层建筑火灾烟气流动对安全疏散的影响,将六安市一幢21层建筑作为研究对象,建立楼层和楼梯的几何模型,运用火灾模拟软件(FDS... 详细信息

高层建筑在发生火灾时存在着顶棚射流和烟囱效益的现象,这些现象都会对人员疏散造成不利影响。为了进一步探究高层建筑火灾烟气流动对安全疏散的影响,将六安市一幢21层建筑作为研究对象,建立楼层和楼梯的几何模型,运用火灾模拟软件(FDS)对高层建筑进行数值模拟,研究烟气流动特性以及相关参数的变化特征,得出火灾烟气蔓延对安全疏散的影响结果。模拟结果表明:烟气的温度相比于减光性对疏散的影响更大;烟气流动速度和火源的热释放速率(HRR)有着直接联系,火源HRR较小时,疏散时间充足,适当控制火源HRR可以为疏散提供更多时间;在建筑较高楼层合理设置消防电梯更有助于疏散效率的提高。

关键词：高层建筑火灾烟气流动数值模拟疏散热释放速率(HRR)

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线板排布对静电除尘性能影响的数值模拟

环境工程学报 2022年第11期16卷 3644-3654页

作者：邓权龙庄丁丁丁厚成蒋仲安包巧云杨岚安徽工业大学建筑工程学院马鞍山243002 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为揭示电极排布对线板式电除尘器除尘性能的影响规律,基于电晕电场模型、 k-ε湍流模型、Lawless电荷累积模型,建立了电除尘多物理场模拟模型,并通过改变极板间距和极线间距,分析了电场电势、风速、颗粒运动轨迹、除尘效率的变化特征。... 详细信息

为揭示电极排布对线板式电除尘器除尘性能的影响规律,基于电晕电场模型、 k-ε湍流模型、Lawless电荷累积模型,建立了电除尘多物理场模拟模型,并通过改变极板间距和极线间距,分析了电场电势、风速、颗粒运动轨迹、除尘效率的变化特征。结果表明:极板间距增大降低了电势变化速率,极线间距减小导致放电极电势分布由点式转为条状,极线周围电势影响程度增强;增加极板间距或极线间距,均能减小流场内涡流范围,提高流速分布的均匀性;极板间距或极线间距减小,颗粒轨迹偏移的角度增大,除尘效率随之升高,且颗粒在电场停留的时间缩短;除尘效率与颗粒粒径呈正相关,除尘效率与极板间距或极线间距呈负相关。模拟得到的优化工况为:当极线间距为180 mm、极板间距为200 mm时,电除尘器对粒径为2.5μm的颗粒除尘效率为98.6%。本研究通过构建新的模拟模型应用于线板式电除尘器的工况优化中,可为电除尘器结构优化设计和性能提升提供参考。

关键词：静电除尘电极结构排布除尘效率数值模拟结构优化

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振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性研究

中国安全科学学报 2021年第6期31卷 106-112页

作者：丁厚成连志虚邓权龙蒋仲安杨利炜葛梦圆安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布... 详细信息

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布及质量浓度分布的影响,分析振弦栅直径及间距对雾滴拦截效果、风速对双层振弦栅水膜作用特征。结果表明:随着雾化压力增大,雾滴粒径逐渐变小且分布集中化,雾化压力超过8 MPa后雾滴粒径分布变化不明显;不同间距的振弦栅均对流场有截流作用并伴有严重回流现象,而间距为5 mm的振弦栅对粒径较小的雾滴拦截效果更好;当进口风速为3 m/s时振弦栅表面形成水膜效果最佳,更利于粉尘捕集;模拟数据与试验结果变化趋势基本一致。

关键词：振弦栅雾化压力协同作用湿式除尘数值模拟

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综掘工作面粉尘运移规律及控制技术研究

安全与环境工程 2015年第4期22卷 82-87页

作者：丁厚成杨帆张义坤安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243000 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

针对煤矿综掘工作面现有粉尘治理措施存在的不足,在长压短抽通风除尘方式中利用附壁风筒的旋流控尘作用将高浓度粉尘聚集在迎头,同时结合新型气水喷雾模块进行综合粉尘防治;以淮南煤矿区某综掘工作面为原型,根据井下实际情况,利用Gambi... 详细信息

针对煤矿综掘工作面现有粉尘治理措施存在的不足,在长压短抽通风除尘方式中利用附壁风筒的旋流控尘作用将高浓度粉尘聚集在迎头,同时结合新型气水喷雾模块进行综合粉尘防治;以淮南煤矿区某综掘工作面为原型,根据井下实际情况,利用Gambit建立掘进巷道的几何模型,并利用Fluent软件对不同条件下掘进巷道通风过程中粉尘分布情况进行数值模拟计算与分析,确定了综掘工作面高浓度粉尘分布和运移规律;综合以上情况,采用长压短轴通风方式下新型气水喷雾模块附壁风筒配合自激式水浴水膜除尘器治理综掘工作面粉尘,现场检测显示,在回风侧全尘及呼吸性粉尘除尘效率均达到了89%以上。

关键词：煤矿综掘工作面粉尘运移数值模拟自激式水浴水膜除尘器附壁风筒