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关键词： 安全分析   尖点突变理论   力学模型   数值模拟   时间序列  

摘要： 为了对采空区顶板进行安全分析并预估自稳时间，提早预防采空区塌陷，以某铁矿为工程背景，采用了RMR岩体分类法计算得出围岩等级，并建立了顶板-矿柱力学模型，应用尖点突变理论推导得出了系统失稳的必要条件，结合采场结构参数初步判定-172 m水平采空区存在失稳风险，随后建立三维有限元计算模型，从应力条件、安全系数与顶板位移等因素综合分析验证了采空区塌陷的可能性，因此制定了顶板位移监测方案，并采取时间序列预报模型依据累计位移量的监测值预报位移量发展趋势。预报与实测结果均表明，-172 m水平采空区顶板位移量从90 d监测期内的14 mm增长为120 d后趋近于21 mm，顶板位移量处于加速累积阶段，说明采空区难以维持自稳状态，发生失稳破坏的趋势较明显，应及时采取治理措施消除安全隐患，并对采空区自稳时间进行定时预报，确保采空区安全。尖点突变理论与时间序列模型的组合应用为采空区安全分析与预测提供了新的方法。

关键词： 锂电池汽车火灾   火灾发展规律   火灾数值模拟   汽车运输船   船舶通风   电动汽车火灾模型  

摘要： 为探究不同通风方案对滚装空间内锂电池汽车火灾的影响规律，基于全尺寸火灾实验温度数据与气体产物，设计了锂电池汽车等效材质，推导了等效材质燃烧方程式，构建并验证了锂电池汽车火灾等效模型。研究截取汽车运输船单层甲板部分区域，以通风口位置、通风口高度与通风口数量为变量，开展多车火灾模拟，重点分析了不同通风方案下火灾热释放速率和温度的变化规律，并探讨了通风对舱内热量分布的影响方式。分析结果表明：火灾按照热释放速率可以划分为火灾初期、火灾快速发展时期与火灾剧烈燃烧时期三个阶段，在火灾初期，火灾扩大的主要方式是引燃周围可燃物，起火面积的扩大是热释放速率升高的主要因素；在火灾快速发展时期，绝大多数车辆已被引燃，起火车辆燃烧程度的加深是热释放速率升高的主要因素。对比不同通风方式下的火灾发展趋势可以发现，通风对于火灾发展具有双重作用，船舶通风可以限制燃烧蔓延速率，但同时为火灾提供氧气，导致燃烧更为剧烈。在火灾初期，通风限制了热量的扩散，延长了周围可燃物的起火时间，抑制火势扩大；而在火灾快速发展阶段，通风为燃烧提供了更加充足的氧气，促进火势发展。多种通风方案中，下部通风和正对火场的通风方式风险最大。该研究可为汽车运输船的通风设计与火灾防治提供理论支持。

关键词： 含瓦斯煤体   渗流机制   瓦斯运移   数值模拟  

摘要： 作为典型的双重孔隙介质,含瓦斯煤体的渗流机制及瓦斯的运移规律一直都是瓦斯抽采的关键问题。针对深部赋存环境下的高瓦斯煤层,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对瓦斯抽采过程进行模拟分析,并对煤体渗透率、瓦斯运移速度及瓦斯含量等进行定量计算。结果表明:随着抽采时间的增加,煤体渗透率逐渐升高;相同抽采时间,距钻孔越近的位置,其渗透率越大;随着初始压力的增加,煤体的渗透性明显增强。钻孔周围的瓦斯运移速度最大,且随着距离的增加急速衰减,并趋于稳定,该趋势是渗透率和瓦斯压力共同影响的结果。游离态瓦斯含量和吸附态瓦斯含量的演化呈现相同的趋势,二者随抽采时间的增长逐渐降低;抽采时间相同时,距钻孔位置越近,瓦斯含量越少,且大部分瓦斯以吸附态存在于煤层内部。本研究对深部高瓦斯矿井的安全高效抽采和防治具有一定的指导意义。

关键词： 粉尘分散   通风风速   气固两相流   数值模拟  

摘要： 通风的速度直接影响粉尘颗粒的扩散,这会降低掘进机司机的能见度,从而降低作业效率。采用CFD-DPM方法研究了不同通风风速下煤矿巷道风流流动及粉尘分散规律,结果表明,掘进机造成的阻塞会使气流携带粉尘颗粒沿着巷道壁从无序区域进入再循环区域,由于气流速度突然减小,掘进机后方区域的粉尘运移速度减慢;大量的粉尘颗粒被气流携带进入稳定区域,由于粉尘回流,剩余的粉尘被带到风筒的出口。因此,掘进机后方约5 m的区域以及靠近风筒出口处的区域粉尘浓度较高,且因强烈的卷吸作用,在通风速度超过16 m/s时,风筒出口附近的粉尘浓度随着通风速度的增加而增加。

关键词： 条带膏体充填   巷道支护   理论计算   数值模拟   巷道稳定性  

摘要： 高河煤矿针对“三下”压煤量大的问题,使用条带膏体充填开采工艺对E1309工作面进行充填开采,为保障条带充填开采过程中工作面巷道围岩稳定,通过理论计算与数值模拟对工作面巷道支护进行分析,结果表明:①在相同顶锚杆长度下,锚杆间距较小时,锚杆形成的应力相互叠加所形成的压应力区范围及连续性均较好,随着锚杆间距的增加,锚杆形成的应力叠加区域面积逐渐减小;②在相同帮锚杆长度下,锚杆应力叠加而形成的有效压应力区面积随锚杆间距的增加而减小;③随着锚杆索排距增大,巷道表面位移均有所增大,当排距由1200 mm增大至1300 mm时变形增量明显增大;④基于数值模拟和理论计算,最终确定最优的条带充填工作面巷道支护方案,满足巷道支护强度所需要求。研究成果可为高河煤矿后续充填开采中巷道支护提供理论参考。

关键词： 无煤柱自成巷   三带”发育规律   数值模拟   现场实测  

摘要： 针对无煤柱自成巷工作面开采过程中顶板“三带”发育规律,以某矿10105无煤柱自成巷工作面为工程背景,采用力学理论分析、数值模拟及现场实测等方法,分析10105工作面开采顶板运移规律,探讨了10105工作面“三带”高度。结果表明:10105工作面在切顶下,理论计算垮落带高度10.13 m,导水裂隙带高度为40.98 m;模拟分析垮落带高度12.16 m,导水裂隙带45.75 m;通过现场使用导高观测仪等方法测出10105工作面垮落带高度最大12.8 m,导水裂隙带最大47.1 m,表明垮落带高度预计结果偏低,垮落带实际发育高度大于切顶高度;导水裂隙带发育高度预计结果偏低,导水裂隙带发育实测高度大于预计值。本结果可为无煤柱自成巷工作面研究顶板“三带”规律和评估顶板“三带”高度时提供参考价值与借鉴。

关键词： 改性高聚物注浆材料   数值模拟   流速   注浆压力   扩散范围  

摘要： 为进一步指导改性高聚物注浆材料现场施工应用,结合注浆材料浆液粘度随时间变化情况构建了三维注浆扩散堵漏模型,采用文献C-S浆液压力分布情况对本模型正确性进行了验证,选用0.1m/s、0.2m/s、0.4m/s、0.7m/s和1.0m/s的流速和50kPa、100kPa、200kPa和500kPa的注浆压力工况进行数值模拟,初步得到了改性高聚物注浆材料在动水环境下的浆液扩散模式,进一步研究了不同流速和注浆压力工况下逆水流方向和横向扩散范围的大小,通过非线性极值函数推导出了流量、注浆压力与封堵截面面积间的数学关系式,研究结果可为改性高聚物注浆材料注浆堵漏施工应用提供指引。

关键词： 对拉式加筋土挡墙   土工带   影响因素   数值模拟  

摘要： 本文以阿联酋高速重载双线铁路项目为工程背景,基于有限元数值模拟,探究了筋材水平铺设间距对土工带对拉式加筋土挡墙的影响,并基于土工带对拉式加筋土挡墙的筋材水平间距对受力与变形的影响进行了设计优化。研究结果表明:对拉式加筋可以显著降低墙体竖向应力及墙面水平土压力,但在挡土墙底部加筋效果较弱;适当提高加筋土挡墙中部筋材铺设密度、适当施加预应力可提高加筋土挡墙抵抗变形的能力,能较大地提升安全系数。因此,综合考虑安全、变形、经济及施工难度,在土工带与土工格栅加筋均能满足施工安全及变形要求的前提下,选择土工带作为对拉式加筋土挡墙的筋材更为经济,且施工更简便。印证了对拉式加筋与土挡墙筋材与面板的连接锚固作用是结构的关键。

关键词： 城市污水提升泵站   侧向进流   整流措施   水力优化   数值模拟  

摘要： 为改善侧向进流城市污水提升泵站进水流态，采用数值模拟方法对方柱、组合横梁和方柱+组合横梁3种不同的整流措施进行流态分析和流量分配均匀性对比，优选出最佳整流方案，并通过物理模型试验加以验证。结果表明，侧向进流城市污水提升泵站进水箱涵的流量分配不均，前池和进水池主流集中于中上层，底层流速偏低，且存在立面环流和回流等不良流态。优选出的方柱+组合横梁整流方案能够有效改善进水箱涵的流量分配，使进水箱涵总流量分配均匀度提高至0.97，同时前池和进水池的主流集中于底层，并消除了立面环流和回流等不良流态，进水流道入口流速的分布均匀度及加权平均角分别提高了3.8%和8.8°。

关键词： 油田集输   双管掺水   节能优化   数值模拟   工艺参数  

摘要： 集输管道是油田实现原油和天然气高效运输的重要设施,其运行状况直接影响油气田的生产安全和经济效益。针对大庆油田S区块高含水期集输系统能耗高、运行不稳定等问题,采用PIPESIM软件对多种掺水工艺方案进行模拟对比。研究结果表明,双管掺水工艺较其他方案具有显著优势,系统输送压力从3.0 MPa降至2.3 MPa,输送能耗降低25%;原油管温度维持在65℃以上,加热能耗降低35%;设备腐蚀率从0.8 mm/a降至0.2 mm/a,系统故障率降低75%。通过优化工艺参数和设备选型,该工艺在实施4个月以来运行平稳,年节约运行费用40万元,投资回收期2.5年,改造后日节电量238 kWh,年节约天然气63×10^(4)m^(3),可为同类油田开发提供借鉴。