C_(2)H_(2)/CH_(4)燃烧特性实验及反应动力学研究

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作者 刘宇 罗蒙蒙 +3 位作者 田富超 谷午 王凯 梁运涛 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期473-480,共8页

随着煤矿开采深度的增加,极易出现瓦斯与煤自燃灾害交织共生现象,增大灾害风险.为阐明煤与瓦斯共生灾害发生时的火焰传播特性,有必要开展煤自燃气体掺混对瓦斯燃烧特性的影响研究.乙炔气体(C_(2)H_(2))是煤高温氧化时产生的主要气体之一... 随着煤矿开采深度的增加,极易出现瓦斯与煤自燃灾害交织共生现象,增大灾害风险.为阐明煤与瓦斯共生灾害发生时的火焰传播特性,有必要开展煤自燃气体掺混对瓦斯燃烧特性的影响研究.乙炔气体(C_(2)H_(2))是煤高温氧化时产生的主要气体之一,甲烷(CH_(4))是瓦斯的主要成分,本文研究了0~2%体积分数C_(2)H_(2)掺混对CH_(4)层流燃烧速度的影响规律.结果表明,随着C_(2)H_(2)体积分数的增加,C_(2)H_(2)/CH_(4)混合燃料层流燃烧速度增大.层流燃烧速度受质热扩散作用、动力学和热力学效应的综合影响,当C_(2)H_(2)体积分数增加至2%时,混合燃料的(αLe)^(1/2)、T_(ad)分别增加了1.54%、2.98%,T_(a)减少了26.93%,说明动力学效应是C_(2)H_(2)促进CH_(4)层流燃烧速度增加的主导因素.由活性自由基体积分数分析可知,随着C_(2)H_(2)体积分数的增加,H、O、OH和CH_(3)等活性自由基体积分数均出现增加趋势,从而促进了CH_(4)的燃烧. 展开更多

关键词 C_(2)H_(2)/CH_(4)混合燃料 层流燃烧速度 动力学效应 敏感性分析 活性自由基

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我国煤矿气体检测技术研究进展 被引量：29

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作者 梁运涛 田富超 +3 位作者 冯文彬 邵振鲁 孟祥宁 陈成锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1701-1714,共14页

煤矿井下环境气体组分复杂且具有必需性、致灾性、预警性的特点,煤矿气体的定量检测对于矿井灾害危险性早期辨识、继发性次生灾害准确预警、应急救援科学决策具有重要意义。首先,分析了常用的催化燃烧式、热导式、光干涉式和电化学式等... 煤矿井下环境气体组分复杂且具有必需性、致灾性、预警性的特点,煤矿气体的定量检测对于矿井灾害危险性早期辨识、继发性次生灾害准确预警、应急救援科学决策具有重要意义。首先,分析了常用的催化燃烧式、热导式、光干涉式和电化学式等气体传感器技术,色谱分析技术,傅里叶变换红外光谱、非分散红外光谱和可调谐半导体激光吸收光谱等光谱分析技术的方法原理和研究进展,总结了各类气体检测技术的应用效果;其次,指出煤矿井下存在大气压力及温度变化范围大、相对湿度和粉尘质量浓度高、电磁干扰强的极端工况环境,从适用气体、优缺点、应用领域、代表仪器等方面对比了不同检测技术在煤矿井下的技术适用性;然后,在交叉干扰分析的基础上,针对CH_(4),O_(2),CO,C_(2)H_(4),C_(2)H_(2),H_(2)等单一气体检测、多组分气体在线监测及矿山应急救援期间爆炸环境有毒有害气体原位分析提出了应用建议,以检测精度、量程为首要条件,并应综合考虑性价比、背景气干扰、零点漂移等因素影响;最后,提出煤矿痕量气体低检出限、多组分混合气体交叉干扰、特定波长激光器及高性能检测器成本昂贵等"卡脖子"难题,为实现煤矿气体的原位定量分析和动态监测指明了研究方向。 展开更多

关键词 煤矿气体 检测技术 传感器 色谱分析 光谱分析 交叉干扰

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甲烷气体检测技术及其在煤矿中的应用 被引量：40

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作者 梁运涛 陈成锋 +1 位作者 田富超 王敬燕 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期40-48,共9页

瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一,而甲烷是瓦斯的主要成分,因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导... 瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一,而甲烷是瓦斯的主要成分,因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导体激光光谱法的甲烷检测原理,探讨了不同原理的甲烷检测技术发展现状。在煤矿环境对甲烷检测技术的影响分析基础上,通过煤矿井下技术应用对比研究得出:催化燃烧法利用甲烷可燃性特征,适用于检测体积分数4%以下的甲烷,不适用于氧气浓度过低、甲烷浓度过高或存在含硫气体的井下环境;热导法利用含不同浓度甲烷的空气热导率的不同特征,适用于检测体积分数4%以上的甲烷,不适用于甲烷浓度低、二氧化碳浓度过高等井下环境;光干涉法利用含不同浓度甲烷的空气折射率的不同特征,适用于井下绝大部分环境,但不适用于二氧化碳浓度过高的井下环境;红外光谱法利用甲烷的气体选择性吸收的特征,适用于绝大部分井下环境,其中非分散红外光谱法受水蒸气、烷烃气体干扰,需进行算法优化以减小误差,而可调谐半导体激光光谱受其他气体干扰影响较小,但两者皆需采用补偿算法来减少受温湿度影响引起的误差。最后,对不同原理的甲烷检测方法进行了技术适用性综合对比分析,以期对煤矿甲烷检测技术的应用提供借鉴指导意义。 展开更多

关键词 煤矿瓦斯 甲烷浓度 气体检测 技术适用性

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煤矿火区发展蔓延尺度上联方法研究:从单煤颗粒尺度到采空区尺度 被引量：1

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作者 梁运涛 胡沛裕 +3 位作者 王树刚 蒋爽 宋双林 田富超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期777-784,共8页

煤矿高温火区发展蔓延过程具有明显的介尺度特性。基于第一性原理,讨论煤矿高温火区发展过程中,介尺度对微观传热机理与宏观能量迁移现象的关联作用,有助于推动煤自燃及热动力灾害领域的深入研究。首先,采用离散元方法(DEM)模拟煤颗粒... 煤矿高温火区发展蔓延过程具有明显的介尺度特性。基于第一性原理,讨论煤矿高温火区发展过程中,介尺度对微观传热机理与宏观能量迁移现象的关联作用,有助于推动煤自燃及热动力灾害领域的深入研究。首先,采用离散元方法(DEM)模拟煤颗粒下落、堆积及压实过程,建立数字堆积结构;基于单煤颗粒尺度与采空区尺度之间的介尺度Ⅱ,建立煤颗粒堆积体内流动及换热过程的计算模型,经过实验验证该模型温度场预测平均误差小于1.77%,具有较高精度。其次,以所建立的颗粒堆积结构及相关数值计算为基础,发展了适用于煤矿隐蔽火源发展蔓延规律研究的有效导热系数尺度上联方法。此方法以温度场数值计算结果为基础,以最小二乘优化算法为核心,有效导热系数计算结果可以准确预测真实温度分布,有效地实现了单煤颗粒尺度到采空区尺度的信息传递。再次,计算了有效导热系数在颗粒雷诺数(Re_(p))介于3~6000区间内的变化规律,结果表明有效导热系数在该范围内与Re_(p)成线性关系。最后,提出了采空区内有效导热系数尺度上联经验公式。在其适用范围内(3<Re_(p)<6000),该公式平均误差为7.17%;针对采空区内实际情况(Re_(p)<200),该公式平均误差为4.50%。 展开更多

关键词 尺度上联 介尺度 颗粒堆积体 有效导热系数

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基于非稳态扩散的复合煤体能量失稳致灾研究

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作者 秦玉金 苏伟伟 +1 位作者 卢守青 李铭杰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期126-138,共13页

在我国由于地质构造作用的影响,导致煤层中多存在原生结构煤和构造煤分层的现象;而构造煤的存在导致复合煤层突出危险性急剧增加,这严重制约我国煤矿安全生产。根据软硬复合煤体瓦斯的扩散状态,模拟分析了非稳态扩散复合煤体的力学失稳... 在我国由于地质构造作用的影响,导致煤层中多存在原生结构煤和构造煤分层的现象;而构造煤的存在导致复合煤层突出危险性急剧增加,这严重制约我国煤矿安全生产。根据软硬复合煤体瓦斯的扩散状态,模拟分析了非稳态扩散复合煤体的力学失稳规律;建立了非稳态扩散的吸附瓦斯膨胀能计算模型,探讨了稳态扩散和非稳态扩散对于吸附瓦斯膨胀能的影响,从能量角度分析了吸附瓦斯膨胀能对突出的控制作用,阐释了非稳态扩散复合煤体的突出失稳致灾机制。结果表明:复合煤层中构造煤的存在能够增加其邻近原生结构煤的塑性破坏程度,提高了原生结构煤塑性区内的瓦斯运移速度,进而增加煤与瓦斯突出危险性;非稳态扩散条件下原生结构煤和构造煤的吸附瓦斯膨胀能是稳态扩散条件的0.50~0.57倍和3.36~3.38倍,复合煤层中由于构造煤的存在导致原生结构煤内部裂隙-基质系统间产生巨大的瓦斯浓度差,使得原生结构煤基质内部的吸附瓦斯迅速解吸,增加邻近原生煤中吸附瓦斯膨胀能,进而使得复合煤层的突出危险性显著增加。 展开更多

关键词 非稳态扩散 原生结构煤 构造煤 复合煤层 煤与瓦斯突出

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复合催化剂改性矿用酚醛树脂低热值及发泡性能研究 被引量：8

6

作者 胡相明 祝富盛 +5 位作者 凌青 王其宝 卢文欣 余明高 王鹏 王伟 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期179-189,共11页

传统酚醛树脂在煤矿充填堵漏过程中会释放大量反应热,易造成充填煤层区域温度的升高,从而引起煤炭自燃的问题。针对这一技术问题,对合成酚醛树脂的关键组分“碱性催化剂”进行改良,制备出“碱性催化剂A”,对比分析了催化剂A和其他碱性... 传统酚醛树脂在煤矿充填堵漏过程中会释放大量反应热,易造成充填煤层区域温度的升高,从而引起煤炭自燃的问题。针对这一技术问题,对合成酚醛树脂的关键组分“碱性催化剂”进行改良,制备出“碱性催化剂A”,对比分析了催化剂A和其他碱性催化剂对树脂黏度、固含量、泡沫固化温度、发泡倍率和微观孔径结构的影响,并探究了由催化剂A合成的改性酚醛树脂(N-PF)的固化放热机理。研究结果表明:N-PF树脂具有较高的发泡倍率,良好的黏度和较低的固化温度。微观孔径数据显示,碱性催化剂A的应用提高了N-PF树脂泡沫体的孔隙尺寸,且泡沫粉化率低于PF泡沫,具有更加优异的力学性能;傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)数据显示,N-PF的羟甲基指数低于PF,有利于酚醛树脂在固化过程中总放热量的降低;差示扫描量热(DSC)分析和理论计算证明N-PF在固化过程中的热量释放较PF更为平缓,避免了热量的快速积聚。同时发现,与PF相比N-PF在相同固化体系下的固化体温度与发泡体周围环境温度均大幅降低,固化体温度由125℃降低至65℃降幅可达46%,发泡体周围环境温度由41.8℃下降至32.9℃降幅达21%。 展开更多

关键词 低固化温度 改性酚醛树脂 发泡材料 固化动力学 羟甲基指数

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液态CO_(2)相变爆破孔网参数优化研究 被引量：7

7

作者 贾进章 邢迎欢 +1 位作者 李斌 刘飞 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1868-1879,共12页

为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液... 为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液态CO_(2)相变致裂现场试验。结果表明:液态CO_(2)单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大,两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通,当孔间距为5 m时,致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成,裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO_(2)相变致裂后,平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍,平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。 展开更多

关键词 安全工程 液态CO_(2)相变致裂 双孔爆破 控制孔 孔网参数优化

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基于电石渣—三乙烯四胺的多孔凝胶矿化固碳研究 被引量：1

8

作者 陆伟 吴明跃 +5 位作者 吕茂云 李金亮 梁运涛 张茜 王昌祥 路瑶 《矿业安全与环保》 北大核心 2022年第4期87-94,共8页

为有效矿化封存CO_(2)、提高煤矿防灭火效果,提出了一种通过添加催化CO_(2)转化物质(三乙烯四胺溶液,TETA)和增加气固接触面积(多孔凝胶)协同提升矿化反应速率的方法。通过单因素试验确定了TETA的质量分数和CO_(2)初始压力,借助高温高... 为有效矿化封存CO_(2)、提高煤矿防灭火效果,提出了一种通过添加催化CO_(2)转化物质(三乙烯四胺溶液,TETA)和增加气固接触面积(多孔凝胶)协同提升矿化反应速率的方法。通过单因素试验确定了TETA的质量分数和CO_(2)初始压力,借助高温高压反应釜研究了多孔凝胶对CO_(2)矿化效率的影响规律,利用扫描电镜和密度泛函理论研究了TETA储存和转化CO_(2)机理。研究结果表明:添加CaO能增大反应釜内CO_(2)压降值,TETA的最佳质量分数为2.5%~7.5%,CO_(2)初始压力为0.4~0.8 MPa;单位质量的多孔凝胶在温度20、30、40℃条件下固定CO_(2)的质量分别为0.070、0.077、0.110 g。 展开更多

关键词 煤自燃 CO_(2)矿化封存 三乙烯四胺 CaO 多孔凝胶 单因素试验 储存—转化—矿化CO_(2)机理

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用于煤矿热动力灾害监测的一氧化碳传感器 被引量：8

9

作者 姜萌 冯文彬 +2 位作者 高慧 张蒙 孟祥宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期793-799,共7页

煤矿热动力灾害主要分为瓦斯爆炸和煤自燃2种情况,在采空区2种灾害并非单独存在。煤自燃产生的一氧化碳含量较低,需要高灵敏度在线监测,而瓦斯爆炸预警需要满足快速响应和大量程。可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)采用窄线宽激光器,选择... 煤矿热动力灾害主要分为瓦斯爆炸和煤自燃2种情况,在采空区2种灾害并非单独存在。煤自燃产生的一氧化碳含量较低,需要高灵敏度在线监测,而瓦斯爆炸预警需要满足快速响应和大量程。可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)采用窄线宽激光器,选择性更好,因此适用于复杂的井下环境。但面对复合灾害监测,一氧化碳的特征吸收峰在近红外波段线强较弱,容易被其他井下背景气体(乙烷、乙烯、二氧化碳、水汽)谱线覆盖,造成误报警。因此选择2330 nm波段的一氧化碳吸收峰,该波段一氧化碳吸收峰强度高,可以实现高灵敏度检测,其次水汽在该波段的吸收峰较弱,只要识别甲烷和一氧化碳即可避免干扰。根据高分辨率分子透射吸收数据库HITRAN,可查询并计算该波段一氧化碳特征峰的吸收系数,及相邻的甲烷特征峰的吸收系数。基于可调谐激光吸收光谱技术TDLAS,采用2330 nm激光器,相应波段小型气室和锁相模块研制一氧化碳传感器。测试该传感器性能,结果表明,一氧化碳的1σ检测限为2.14×10_(-7),3σ检测限为6.4×10_(-7)。测试0~5×10_(-4)内的线性度优于2%。充入不同谐波信号气体,控制流速为10 mL/min,刷新时间2 s,测试响应时间T_(90)为6 s。为实现井下复杂背景下的一氧化碳准确检测,笔者提出一种组分智能识别方法。增加激光器波长扫描范围,扫描一氧化碳和其相邻的甲烷谱线,同时获得背景气的组分和谐波信号信息,甲烷检测限为1×10_(-6),与HITRAN数据库计算结果相符。充入混合气进行验证,测试结果表明,该方法可以实现一氧化碳和甲烷组分识别,避免井下复杂气体作为背景的交叉干扰,同时可以实现对一氧化碳气体的快速、高灵敏度测量,满足复合灾害监测的需求。 展开更多

关键词 煤矿热动力灾害监测 一氧化碳传感器 可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS) 组分识别 混合气检测

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基于数值重构的煤堆非均质几何特征及其自燃规律

10

作者 宋双林 梁运涛 +3 位作者 林琦 李坤 杨红阳 王成 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期146-155,共10页

散状物料堆场的非均质空间分布规律是制约煤堆自燃行为准确预测的关键因素之一。为了克服现有堆体自热研究中均一参数假设的限制、提升堆积态系统自燃预测的准确性,重点研究了堆体内部空隙率的空间分布规律,通过考虑堆体“下落—碰撞—... 散状物料堆场的非均质空间分布规律是制约煤堆自燃行为准确预测的关键因素之一。为了克服现有堆体自热研究中均一参数假设的限制、提升堆积态系统自燃预测的准确性,重点研究了堆体内部空隙率的空间分布规律,通过考虑堆体“下落—碰撞—堆积”的形成过程,提出了以离散元方法模拟堆体形成的数值重构思路。在此基础上,研究了不同颗粒粒径和倾倒高度下的堆体内部非均质性空隙率分布规律,讨论了当量粒径和下落高度对堆体非均质空隙分布规律的影响,完成了堆体内部空隙率分布特性的量化表征,据此对比研究了堆体均质假设对煤堆自燃规律的影响。结果表明:(1)堆体整体空隙率随着倾倒口高度的增加略有上升,但倾倒口高度对堆体空隙率分布规律的影响并不显著,倾倒口高度从0.55 m增加到0.95 m,其空隙率平均变化量仅为5.1%。(2)受到上部颗粒重力和挤压作用,堆体内部空隙率沿垂直方向从高到低呈现出整体逐渐降低的趋势,但大粒径颗粒在近地面处的空隙率会有所增加,在离地面高度约3 cm处空隙率达到最低值。(3)堆体内部空隙率沿水平方向呈近似均匀分布,其平均值约为0.45。(4)堆体均质假设对自然发火期影响不显著,但采用均质堆体假设后,自热区中心点向堆体表面迁移了0.3 m,自热区长度由10.2 m缩短至3.1 m,明显低估了煤自热风险与隐蔽性。研究为堆积态系统的典型非均质结构分析提供了不同的研究思路和方向,可以削弱由于大型煤堆内部异质性难以表征所引发的煤自燃预测偏差,提升堆积态多孔系统自燃过程的预测精度,使煤自燃预防措施更具针对性。 展开更多

关键词 煤堆 离散元模拟 非均质特性 煤自燃 空隙率

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多孔骨架增强型甲烷/氮气分离用混合基质膜的制备及性能

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作者 梁运涛 王永敬 +2 位作者 冯文彬 徐靖凯 肖伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期340-348,共9页

煤层气作为一种富含甲烷(CH_(4))的非常规能源,其低浓度富集对于提升能源利用效率和减少温室气体排放具有重要意义。研究聚焦于通过膜分离技术实现CH_(4)/N_(2)的有效分离,设计一种具有增强骨架结构的新型膜材料。首先,采用静电纺丝法... 煤层气作为一种富含甲烷(CH_(4))的非常规能源,其低浓度富集对于提升能源利用效率和减少温室气体排放具有重要意义。研究聚焦于通过膜分离技术实现CH_(4)/N_(2)的有效分离,设计一种具有增强骨架结构的新型膜材料。首先,采用静电纺丝法成功制备了聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜,并将其与嵌段聚合物SBS及金属有机框架材料Ni-MOF-74复合,形成具有增强结构的混合基质膜,并对所制备的膜进行了详细的形貌、结构及理化性能表征,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积分析、拉伸强度和气体渗透测试。结果表明:PVDF多孔骨架与膜层材料间的结合性良好,形成了相互钳制的复合结构,显著提高了膜的机械稳定性。在最佳条件下,Ni-MOF-74与SBS聚合物质量比为0.2%的PM20膜具有显著改善的机械性能,拉伸强度达到29.5 MPa,较纯SBS树脂膜提高约50%。另外,PM20膜的单组分气体渗透性能优异,其CH4渗透率达到97×10^(-4) m^(2)/s,CH_(4)/N_(2)理想选择性为4.03。对于CH_(4)-N_(2)二组分混合气体,该膜也表现出较高的CH4渗透性和选择性。因此,本研究的新型膜材料具备优异的机械性能和气体渗透性能,在甲烷富集领域有一定应用潜力。 展开更多

关键词 混合基质膜 甲烷/氮气分离 MOF填料 多孔骨架 性能兼容

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矿井复杂风网火灾风烟流应急调控技术及应用 被引量：4

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作者 裴晓东 郝海清 +6 位作者 王凯 蒋曙光 孙勇 陈佳辉 吴征艳 蒋合国 邵昊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期124-132,共9页

针对复杂通风网络井巷火灾预防和应急救援较困难现状,分析了风流场、温度场、烟流浓度场的风流扰动、热量传递、烟流扩散等规律。根据不同火源位置的烟流演化规律,提出一种能够同时满足排烟风量和采场风量需求的火灾风烟流应急联动调控... 针对复杂通风网络井巷火灾预防和应急救援较困难现状,分析了风流场、温度场、烟流浓度场的风流扰动、热量传递、烟流扩散等规律。根据不同火源位置的烟流演化规律,提出一种能够同时满足排烟风量和采场风量需求的火灾风烟流应急联动调控方案。以鄂尔多斯转龙湾煤矿为应用案例,建立了转龙湾煤矿火灾烟流应急联动调控系统。为分析其控风排烟效果,结合实际的井巷和通风参数,基于Ventsim软件构建了其复杂通风网络三维可视化模型。运用VentFire模块对其不同火源位置火灾场景的风烟流蔓延效果进行模拟。分析了采取应急调控方案前后的排烟效果和风量分配情况。结果表明:当不同位置发生火灾时,及时启动应急排烟方案,在满足排烟风量的基础上其他各关键地点的风量仍能保证正常通风时的90%以上,能够满足转龙湾煤矿灾变期间的控灾、救灾需求。 展开更多

关键词 矿井火灾 火灾烟流 控风排烟 应急调控 Ventism模拟 复杂风网

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一种轮腿复合型机器人的步态研究与越障性能分析 被引量：8

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作者 姜祎 王挺 +2 位作者 邵沛瑶 徐瑶 邵士亮 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期247-259,共13页

为实现地面移动机器人在复杂地形下的环境探索需求,结合轮式机器人的高速特性和足式机器人对地形适应性强的特征,提出一种轮幅型轮腿复合型机器人,并针对其在移动过程中的振动问题以及爬梯过程中的越障问题,对机器人进行步态研究及性能... 为实现地面移动机器人在复杂地形下的环境探索需求,结合轮式机器人的高速特性和足式机器人对地形适应性强的特征,提出一种轮幅型轮腿复合型机器人,并针对其在移动过程中的振动问题以及爬梯过程中的越障问题,对机器人进行步态研究及性能分析。从静力学分析中得出机器人轮腿结构以不同姿态着地时的受力情况,结合实际情况中机器人运动约束对机器人在前进、转向和越障等任务中的步态进行分析,并基于动力学仿真ADAMS软件建立动力学模型来模拟机器人不同步态下的振动情况以及越障性能。研究结果表明,结合本文提出的步态控制方法,该轮腿复合型机器人在复杂地形环境中具有较好的行进效率和越障能力。 展开更多

关键词 轮腿复合型机器人 步态研究 越障性能 稳定性 动力学分析

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六轮摇臂移动机器人结构设计与越障动力学研究 被引量：3

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作者 尚哲 王挺 +3 位作者 徐瑶 吴英彪 邵沛瑶 邵士亮 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3478-3488,共11页

为提高移动机器人在复杂地形环境中的越障性能,提出一种被动式越障的六轮摇臂移动机器人。针对爬台阶问题对机器人的越障性能进行研究,从几何条件分析得到机器人不发生底盘托底现象时结构参数与越障高度之间的关系,并分析机器人的关键... 为提高移动机器人在复杂地形环境中的越障性能,提出一种被动式越障的六轮摇臂移动机器人。针对爬台阶问题对机器人的越障性能进行研究,从几何条件分析得到机器人不发生底盘托底现象时结构参数与越障高度之间的关系,并分析机器人的关键越障过程,建立了前轮、中轮、后轮的越障动力学模型,根据动力学模型分析机器人速度、加速度、附着系数以及重心位置等因素对轮毂电机输出转矩的影响。基于样机实验与ADAMS仿真软件验证了机器人的通过能力,并得到了机器人轮毂电机的输出转矩曲线,指导电机选型。研究结果表明,针对爬台阶问题,该机器人具有良好的通过能力,为提高机器人在复杂地形中的越障性能提供了设计参考。 展开更多

关键词 移动机器人 摇臂 越障性能 动力学

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褐煤中CH_(4)/O_(2)/N_(2)气体竞争吸附特性的分子模拟研究 被引量：6

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作者 张同浩 陈明义 +3 位作者 田富超 刘惠族 张浩 王硕 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第6期817-827,共11页

为探究温度与摩尔比对煤中CH_(4)/O_(2)/N_(2)气体竞争吸附的影响规律,采用巨正则蒙特卡罗法(GCMC)和分子模拟方法,研究云南小龙潭褐煤在不同温度(303.15~383.15 K)和压力0~480 kPa条件下CH_(4)/O_(2)和N_(2)/O_(2)二元混合气体竞争吸... 为探究温度与摩尔比对煤中CH_(4)/O_(2)/N_(2)气体竞争吸附的影响规律,采用巨正则蒙特卡罗法(GCMC)和分子模拟方法,研究云南小龙潭褐煤在不同温度(303.15~383.15 K)和压力0~480 kPa条件下CH_(4)/O_(2)和N_(2)/O_(2)二元混合气体竞争吸附特性。结果表明:①在试验温度和压力范围内,温度升高均会抑制煤对CH_(4)、O_(2)、N_(2)三种气体的吸附,且煤对三种气体的吸附能力为CH_(4)>O_(2)>N_(2)。②煤对CH4/O2吸附选择性系数与气体摩尔比基本无关,而随着温度的升高呈现减小趋势;对N_(2)/O_(2)的吸附选择性与温度和摩尔比的关系均不显著。③随着吸附量的增加,二元混合气体中任一组分的等量吸附热均呈线性增大;CH_(4)/O_(2)和N_(2)/O_(2)在同等吸附量条件下,摩尔比越大吸附热越低,但当CH4吸附量低于0.029 mmol/g时,CH_(4)气体的等量吸附热与摩尔比的关系不大。研究结果为揭示CH_(4)与空气竞争吸附行为对煤低温氧化的影响机理奠定了基础。 展开更多

关键词 煤自燃 竞争吸附 吸附选择性 吸附热 分子模拟

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大气压下氦气、甲烷、空气等离子体射流发射光谱诊断研究 被引量：2

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作者 田富超 陈雷 +2 位作者 裴欢 白洁琪 曾文 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2694-2698,共5页

在等离子体射流的辅助下,液体的雾化特性能够得到一定程度的改善,等离子体辅助雾化具备应用于超细水雾抑制瓦斯爆炸领域的潜力。然而,由于等离子体射流中存在的多种活性粒子对于燃烧存在促进作用,因此有必要对瓦斯气体存在的条件下等离... 在等离子体射流的辅助下,液体的雾化特性能够得到一定程度的改善,等离子体辅助雾化具备应用于超细水雾抑制瓦斯爆炸领域的潜力。然而,由于等离子体射流中存在的多种活性粒子对于燃烧存在促进作用,因此有必要对瓦斯气体存在的条件下等离子体中的活性粒子种类进行定量分析。在大气压下开展了以氦气作为载气对预混的甲烷和空气进行介质阻挡(DBD)放电研究。结果表明,等离子体射流中的主要活性粒子为OH基团、N_(2)的第二正带系、CH基团、HeI原子以及少量的O原子,其中甲烷电离区的谱线主要集中在400~600 nm。增大峰值电压和氦气掺混体积流量比都可以有效提高等射流中活性基团的含量。采用N_(2)第二正带系的连续谱带做最小二乘线性拟合,对等离子体射流的振动温度进行了计算,得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的振动温度在2000~4000 K之间。随着峰值电压和氦气掺混比的增大,振动温度都呈现增大趋势。利用HeI原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合,对等离子体射流的电子激发温度进行了计算,得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的电子激发温度在3500~13000 K之间。随峰值电压的增大,电子激发温度表现出增大的变化趋势,随着氦气掺混比的增大,电子激发温度表现出减小的变化趋势,分析发现随着氦气体积流量的增大,使得射流发生器内的气流变快,带走了发生器内更多的热量,导致电子激发温度下降。 展开更多

关键词 介质阻挡放电 发射光谱 电子激发温度 振动温度

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针环式电极大气压下氩气等离子体射流长度影响因素研究 被引量：2

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作者 田富超 陈雷 +2 位作者 裴欢 白洁琪 曾文 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3682-3689,共8页

为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响,设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置,分别研究了放电电压、电极间隙、高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长... 为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响,设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置,分别研究了放电电压、电极间隙、高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响,并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。结果表明:等离子体射流的最大长度可达80 mm;高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大,射流长度越长但不是线性增长;射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度;随着氩气体积流量的增加,等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低;电子激发温度在高压电极和接地电极处较高,两电极之间部分次之,在石英管出口处会有比较明显的下降。 展开更多

关键词 大气压等离子体射流 介质阻挡放电 射流长度 电极结构参数

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矿用永磁偶合器离心负载调速最大发热点温度场研究

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作者 朱玉芹 王雷 刘昊 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期106-109,共4页

采用流固耦合速度场及传热场结合的方法,对560kW矿用永磁偶合器应用于露天矿离心负载调速过程最大发热点的温度场进行了研究,可知最大发热点工况下热损耗与转差率呈3次方关系,流固耦合速度场求得散热系数139.9W/(m^(2)·k),最高温... 采用流固耦合速度场及传热场结合的方法,对560kW矿用永磁偶合器应用于露天矿离心负载调速过程最大发热点的温度场进行了研究,可知最大发热点工况下热损耗与转差率呈3次方关系,流固耦合速度场求得散热系数139.9W/(m^(2)·k),最高温度在热源铜盘处为107.53℃,最低温度为永磁体盘处69.3℃,虽满足行业标准要求,但高温升造成了磁场传动性能衰减。基于此种工况提出了于钢盘内圈开通风孔方式提高散热性能,最终实现铜盘最高温度降低10℃,其余温度降低4~6℃,温度分布更均匀。 展开更多

关键词 永磁偶合器 流固耦合 温度仿真 最大发热点 散热系数

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卤盐阻化剂对煤自燃阻化作用的定量识别及机理 被引量：1

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作者 孟祥宁 梁运涛 +2 位作者 郭宝龙 孙勇 田富超 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期132-141,共10页

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的... 煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的贡献比显得尤为重要。基于此,提出一种定量识别卤盐阻化剂阻化作用的方法。本次研究卤盐中具有代表性的MgCl_(2)阻化剂,采用超声波清洗器多次反复冲洗阻化煤样和水洗煤样,得到水洗阻化煤样和水洗参考煤样。通过程序升温试验和红外光谱试验研究不同煤样的指标气体浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团的变化规律,从宏微观角度研究卤盐阻化剂的物理、化学阻化作用。结果表明:水洗阻化煤样的产气浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团含量明显低于原煤样,却高于阻化煤样,这说明MgCl_(2)阻化剂对煤自燃起到协同抑制作用,具有物理化学双重阻化效果。煤氧化反应前期,物理阻化作用大于化学阻化作用,煤氧化反应后期,化学阻化作用占主导地位,明显高于物理阻化作用。MgCl_(2)的化学抑制作用体现在能与煤中活性物质反应生成比较稳定的物质(ROCl)和镁络合物(Mg(OH)Cl),使得煤的活性下降,从而降低了煤的自热风险。MgCl_(2)阻化剂物理、化学阻化作用对平庄褐煤的贡献比分别为56.37%和43.63%,对同忻烟煤的贡献比为57.91%和42.09%,对白芨沟无烟煤的贡献比为59.60%和40.40%。随着煤样变质程度的增加,物理阻化作用贡献比增加,化学阻化作用贡献比减小,平庄褐煤的化学阻化作用是白芨沟无烟煤的1.08倍。该研究有助于丰富卤盐阻化剂的阻化机理,并为优化防灭火工艺提供理论指导。 展开更多

关键词 煤自燃 卤盐阻化剂 化学阻化作用 物理阻化作用 阻化率

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基于响应面法的煤体有效抽采半径多因素交互作用 被引量：1

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作者 陈明义 刘惠族 +2 位作者 徐飞 田富超 陈晓昀 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第19期8036-8044,共9页

钻孔有效抽采半径是煤层瓦斯抽采参数设计的重要指标。为探究煤体基础物性因素(含水率、渗透率、瓦斯压力)对钻孔有效抽采半径的影响特性,首先基于煤的基质-裂隙双重孔隙理论,考虑水分对裂隙开度及基质瓦斯吸附性能的弱化影响,构建了考... 钻孔有效抽采半径是煤层瓦斯抽采参数设计的重要指标。为探究煤体基础物性因素(含水率、渗透率、瓦斯压力)对钻孔有效抽采半径的影响特性,首先基于煤的基质-裂隙双重孔隙理论,考虑水分对裂隙开度及基质瓦斯吸附性能的弱化影响,构建了考虑水分影响的煤体渗透率模型与固-气多场耦合模型;其次利用多物理场数值模拟方法并结合响应面分析法研究了不同因素对钻孔有效抽采半径的交互作用。研究发现钻孔有效抽采半径与初始渗透率呈正相关,而与初始瓦斯压力、含水率均为负相关;建立了瓦斯抽采半径与三个因素的二次多元响应面模型,并分析发现含水率、初始瓦斯压力、渗透率对钻孔有效抽采半径的影响显著性逐次降低,并且在一定程度上,煤体初始瓦斯压力的增加会弱化煤岩初始渗透率和含水率对钻孔有效抽采半径的影响,煤体初始渗透率和含水率也会显著改变初始瓦斯压力对钻孔有效抽采半径的影响,然而煤体初始渗透率几乎未改变含水率对钻孔有效抽采半径的影响。 展开更多

关键词 有效抽采半径 含水率 渗透率 瓦斯压力 响应面法

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