闭坑后矿区空气污染特征的研究

煤矿开采结束后，矿区环境恢复是当前的紧迫任务。闭坑矿区的污染源较多，固体废弃物、残煤的自燃、地表植被的破坏等都会对周围大气环境产生严重污染。通过对某露天矿区的现场监测、检测结果显示污染物主要是总悬浮颗粒物(TSP)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)，而臭氧(O3)则符合国家环境空气质量标准。研究表明：TSP的含量远远超出二级国家环境空气质量标准。因此为主要污染物。在每年春夏之交和秋冬之交两个时期会出现两个污染高峰期，表现出明显的季节特征，与气象条件紧密相关；气体污染物高峰期均处在冬季前后，在每年的夏季浓度最低，并且它们的变化关系具有一定的相关性，变化规律基本相同；CO、SO2的浓度与烟雾出现次数呈正比关系，二者的变化规律基本相同，主要是由于残煤自燃引起的；由于远离汽车尾气污染的影响，NOx主要是由于农事活动和人为活动引起的；研究还发现冬季燃煤量的增加会对监测结果产生影响。同时，对煤矸石的再生利用进行了研究。由于这些方法不但变废为宝，而且用量大、可操作性强，具有广阔的应用前景，可以完全解决矿山固体废弃物对环境的污染问题，对净化矿区环境有良好的效果。     

裂隙岩体流-热耦合传热的三维数值模拟分析

通过对潘西煤矿水文地质条件的分析,基于裂隙岩体的流-热耦合数学模型,描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,并结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流-热耦合传热进行了数值模拟和分析。数值模拟结果表明,岩体内裂隙水流所引发的热量迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。在渗流初期,温度梯度矢量沿渗流方向向两侧岩体方向流动,由于两侧岩体的渗透性系数低于断裂带处的渗透性系数,右侧等温线及温度梯度矢量方向逐渐向渗流方向移动,改变了两侧岩体的温度场分布。通过对断裂带内裂隙水流渗透性系数的折减,分析渗透性系数发生变化时对岩体温度场分布的影响,渗透性系数越大,伴随的热量迁移增大,对岩体的温度场分布的影响也越大。     

高温巷道调热圈特性及对隔热支护结构的影响

为了研究高温巷道下围岩-隔热支护体系温度场的分布情况,基于围岩散热、能量守恒原理和异步长有限差分计算方法,建立了围岩-支护体系一维非稳态下的有限差分方程,编制相应解算程序,探讨了通风时间、围岩导温系数、温差、隔热层厚度和导热系数对围岩调热圈温度场的影响规律。研究结果表明:隔热层能延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩的扰动,加快巷道降温;调热圈半径随通风时间增加、围岩导温系数增加、隔热层导热系数增加和厚度减少而增加。围岩温度梯度随通风时间增加而降低,随风流和原岩温差增大而增大;研究提高了对高温巷道调热圈特性及隔热结构的认知,对合理安排隔热支护有一定指导作用。      

一维冻结土体冻胀曲线的分形优化

分形几何理论作为研究自然界具有自相似性质的非线性问题的主要手段，被广泛应用于岩土工程中。土体的冻结涉及到土体本身的性质、温度场、水分场和应力场的共同作用，采用数值解法又必须对其进行大量的简化，使其所求得的数值解或拟解析解与实际值存在较大差距。采用神经网络方法研究表明，在冻胀初期系统难以稳定，同时对于低含水量的土体误差也较大。近年来，通过国内外学者的大量研究，发现土体冻结过程中同样存在分形现象。通过分析土体冻胀特征，提出采用分形插值方法研究一维冻结土体的冻胀问题。采用Douglas-Peuker算法和随机中点移位法相结合的方法对一维冻结土体的冻胀曲线进行了优化。研究结果表明，采用该方法对冻胀曲线进行优化，既可保留其原有的宏观结构特征也可以反映微观结构动态；经过插值处理后，曲线的特征点和特征形状并无变化；但细节部分随着分形维数的增加，逐步得到细化。由此真实地反映了冻胀过程，为研究土体的冻胀过程提供了一种新的方法。     

渗流作用下深埋巷道围岩热交换过程的数值模拟

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律,基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型,结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,渗流改变了围岩初始温度场和温度矢量的对称分布的状态,围岩内部的温度场可划分为向内扩散区和向外扩散区。在围岩与风流的热交换作用下,巷道的壁面温度将接近风流温度,温度矢量零点的范围呈现出逐步增大的趋势。当热交换达到平衡状态时,向内扩散区的温度场呈现为环状对称分布状态;而向外扩散区等温线的形状没有明显的改变,但等温线的分布逐渐稀疏。