瓦斯浓度对瓦斯爆炸感应期内可见光特征影响的实验研究

通过小尺度瓦斯爆炸实验管道系统模拟瓦斯爆炸，利用高速摄影机捕捉瓦斯爆炸早期可见光特征，以及Matlab分析实验数据，初步得出不同瓦斯浓度下爆炸感应期内可见光分布规律和光亮度最值特征参数，并详细分析了瓦斯浓度对特征参数的影响。结果表明：瓦斯爆炸感应期内光亮度最大值、光亮度平均值、光亮度变化率最值均随浓度的增大而增大。这主要是由于不同浓度瓦斯燃烧充分程度和放出能量不同，瓦斯燃烧越充分，发出的可见光亮度值越小；瓦斯燃烧放出的能量越大，发出的可见光亮度值越大。瓦斯浓度对爆炸感应期内燃烧光亮度阈值的影响不大；大致相等的燃烧光亮度阈值为判断瓦斯开始燃烧提供更为简单的判据。     

半封闭空间瓦斯由燃烧转为爆炸过程的动力学分析

以瓦斯爆炸初期火焰传播速度与化学反应速率的关系为基础,实验研究半封闭空间瓦斯爆炸初期的火焰传播动力学过程。分析得出：瓦斯爆炸初期反应速率常数与爆炸传播速度的平方成正比;瓦斯从开始反应到爆炸的动力学过程主要受化学反应速率的影响。瓦斯爆炸初期火焰前沿位置和速度随时间变化曲线分别近似呈指数型增长,瓦斯传播速度为初始速度en 倍时认为瓦斯爆炸。瓦斯爆炸感应期由瓦斯燃烧感应期和由燃烧转为爆炸响应时间组成,瓦斯燃烧感应期为从瓦斯开始反应到瓦斯反应出现火焰的时间,由燃烧转为爆炸响应时间为基准时间t的n倍。     

瓦斯爆炸火焰波与冲击波伴生关系的实验研究

在煤矿瓦斯爆炸过程中,爆炸火焰和冲击波是决定事故危害程度的2个主要因素。作者设计了氢氧引爆甲烷-空气爆炸的实验方案,对高速瓦斯爆炸参数的变化特征进行了研究。通过实验测试瓦斯爆炸传播阶段的火焰和压力状态,研究瓦斯爆燃火焰波与冲击波的形成过程及其特性。研究表明,在瓦斯爆炸火焰传播过程中,湍流效应是加速火焰传播和伴生冲击波的重要因素;爆炸火焰的传播速度直接影响着爆炸冲击波的生成和加强程度。依据实验研究结果,提出了一些防治煤矿瓦斯爆炸的建议。     

超细水雾抑制瓦斯爆炸的可行性研究

利用超细水雾冷却效率高,吸热效果好的特点,对“瓦斯—空气”混合气体在不同量超细水雾氛围内的爆炸过程进行了初步的实验研究。实验发现在超细水雾氛围内,瓦斯爆炸的火焰传播速率明显降低,起爆阶段的火焰传播加速度也有较大幅度的降低,火焰在实验管道内的传播时间显著延长,并且发生了火焰驻停现象,但爆炸感应期变化不大。这表明超细水雾较高的吸热效率有效地消耗了瓦斯爆炸燃烧生成的一部分热量,削弱了火焰传播的能量。如果在超细水雾中再加入某些能够起到化学抑制作用的添加剂,形成含添加剂的超细水雾,就能更为有效地抑制瓦斯爆炸火焰的传播。     

水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究

运用高速摄影仪在小型爆炸实验台上分别对CH₄体积百分浓度约为9.5％的甲烷和空气的混合气在超细清水雾以及超细NaHCO₃，NaCl，KCl水雾气氛中的爆炸过程进行了实验研究.实验发现:在超细水雾气氛下，瓦斯的爆炸感应期明显延长，火焰在实验管道中传播的平均速率和最大速率显著降低，并出现了火焰驻停现象.实验表明：含有NaHCO₃，NaCl，KCl的超细水雾对瓦斯爆炸的控制效果要优于超细清水雾的控爆效果，其中又以KCl超细水雾为最佳.     

电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响

在实验的基础上,研究了电磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响.研究结果表明：电磁场对瓦斯爆炸过程影响非常明显,加电磁场后瓦斯爆炸火焰传播速度和爆炸波超压均比光滑管道有大幅提高,而且随着电磁场强度的增加,影响程度加强.基于电磁场对瓦斯爆炸传播特性的实验结论,从理论上分析了电磁场对瓦斯爆炸的影响机理,并对实验现象做出了合理的解释.但是由于电场与磁场在瓦斯爆炸过程中的互相制约,电磁场效应不是磁场效应和电场效应简单的相互加剧关系.     

磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响

在实验的基础上研究了磁场对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的影响。研究结果表明，磁场对瓦斯爆炸过程影响非常明显，加磁场后瓦斯爆炸火焰传播速度辛口爆炸渡超压均比光滑管道有大幅提高，而且随着磁场强度的增加，影响程度加强。基于磁场对瓦斯爆炸传播特性的实验结论，从理论上分析了磁场对瓦斯爆炸的影响，并对实验现象做出了合理的解释。     

矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律

为了揭示矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律,减小矿井瓦斯爆炸事故造成的大量人员伤亡,为矿山应急救援提供理论支撑,描述了矿井瓦斯爆炸现象,分析了毒害气体扩散传播基本过程,提出井下瓦斯爆炸生成的毒害气体传播过程按时间顺序可分为3个阶段：① 瓦斯与空气的预混气体燃烧生成的毒害气体在火焰作用下的传播过程;② 瓦斯爆炸生成的高浓度毒害气体在无风巷道和微风巷道中的扩散过程;③ 毒害气体在一定风速通风网络中的传播过程.根据瓦斯爆炸和毒害气体传播的3个过程,初步分析了矿井瓦斯爆炸火焰对瓦斯爆炸产生的毒害气体传播的影响,建立了毒害气体在无风和微风巷道扩散的数学模型及毒害气体在通风网络中传播的数学模型,并在实际巷道中进行了试验研究,模型计算与实验数据相近.     

基于MATLAB软件的瓦斯爆炸光学特征分析

瓦斯爆炸的触发因素是点火源。从点火因素出发,构建了2种点火能量的瓦斯爆炸管道实验平台,对同一浓度的瓦斯混合气体进行引爆,借助高速摄影仪对瓦斯爆炸火焰进行拍摄,同时利用MATLAB编程对所拍摄照片进行分析。分析了2种相差较大点火能量下的瓦斯爆炸火焰传播的光学特征,得出了不同点火能量下瓦斯爆炸光学特征规律,提出了小尺度管道内瓦斯爆炸的3个阶段的划分。     

煤矿瓦斯爆炸冲击波衰减规律研究与应用

基于弱冲击波理论,根据瓦斯爆炸释放的能量,推导出爆炸冲击波传播过程中超压与爆源点距离之间的衰减关系,得到冲击波参数随传播距离的衰减规律以及冲击波传播距离和时间存在的非线性关系.全尺寸实验与理论计算的对比结果表明,理论数据与实验结果基本吻合,证明了冲击波超压随距离衰减公式的合理性.应用研究结果分析了瓦斯爆炸后冲击波影响范围,认为小型瓦斯爆炸只是破坏局部通风系统,而大型瓦斯爆炸,或者瓦斯爆炸过程中有煤尘等参与会造成极大的灾害.     

采煤工作面上隅角瓦斯爆炸传播研究

为研究采煤工作面上隅角瓦斯爆炸在采面联巷内的传播特征,采用U型并联管道系统模拟爆炸在实际巷道内的传播。结果表明,上隅角瓦斯爆炸冲击波在采煤工作面不规则巷道中传播时,爆炸冲击波和火焰陡然变化,出现爆轰;进、回风巷内冲击波进入上下山巷道出现叠加;冲击波经过进风巷与回风巷传播特征存在较大差异,冲击波在回风巷内属燃烧爆炸传播,而在进风巷内属一般空气区传播,上下山巷道及工作面属爆炸破坏较严重区域,应强化预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。     

基于AHP的煤矿瓦斯爆炸事故变化原因定量研究

通过对我国煤矿瓦斯爆炸事故进行统计分析,得出近11年来我国煤矿瓦斯爆炸事故的特点及变化规律。结合前人的研究成果,提出7个影响瓦斯爆炸事故的主要因素,并基于层次分析法对这些因素进行研究,从而定量地揭示出瓦斯爆炸事故变化的原因。针对瓦斯爆炸事故的现状,提出了相应的改善措施。     

甲烷爆炸感应期内CN/CH/CHO/CH_2O/NCN特征光谱分析

为开发可燃气体爆炸感应期内探测与抑制技术,采用小尺度实验和光谱分析的方法,对甲烷爆炸感应期内CN,CH,CHO,CH2O,NCN等含单C自由基特征光谱进行分析。得出甲烷爆炸感应期内火焰中存在CN,CH,CHO可能性较大;CN的红色谱带出现频率较高,有较大概率被探测到,适宜作为辨识甲烷爆炸的信号;CN在甲烷体积分数9.5%附近最高;CH含量随着甲烷体积分数的增加而减小;CHO含量与甲烷体积分数相关性较弱;实验条件下各自由基出现10次以上的特征光谱中,CN的红色谱带光谱强度随着波长的增加而增加,在938 nm处相对最强,CHO的Vaidya’s谱带在311,318,353 nm处光谱强度相对较强。     

荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果以及抑爆机理,根据静电感应原理,自行设计了小尺寸的荷电细水雾发生装置,并开展了荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。实验分析了在不同荷电极性、荷电电压以及雾通量下,荷电细水雾对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的影响。结果表明:荷电细水雾较普通细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸压力峰值以及火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾的抑爆效果显著增强。同时荷负电荷的细水雾较荷正电荷的细水雾抑爆效果更好。当荷电电压为8 k V时,荷电细水雾使瓦斯爆炸压力峰值下降64.7%,升压速率下降33.03%,火焰传播速度下降34.9%。     

激波诱导瓦斯爆炸反应动力学计算模型

为解释和验证激波诱导瓦斯爆炸化学反应动力学机理的物理模型和数学模型,将激波诱导瓦斯爆炸反应体系定义为一个理想反应体系,将瓦斯气体定义为仅含甲烷的单组分理想气体,反应体系中的所有化学反应都在激波管中进行。利用CHEMKIN4.1软件中的Normal Incident Shock反应器,运用数值分析和数学物理方程的推导方法,对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的数学模型进行了推导、细化和求证。研究结果表明:计算模型中的控制方程组解释了激波管内各反应组分的流动特性沿轴向距离或随时间变化的函数关系,控制方程组的解描述了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学的变化过程和变化情况,从而解释和验证了激波诱导瓦斯爆炸反应动力学机理的计算模型。     

2种气体状态下瓦斯爆炸极限范围的研究

为研究2种气体状态下的瓦斯爆炸极限附近的瓦斯爆炸压力规律,运用20 L爆炸特性测试系统,对不同瓦斯浓度下瓦斯爆炸压力变化进行记录,绘图,从而直观性分析瓦斯爆炸压力规律及确定瓦斯爆炸极限范围。研究得出了2种气体状态下瓦斯爆炸上下限的瓦斯浓度范围,确定了瓦斯爆炸极限。同时,还得出在浓度相差不大的瓦斯爆炸压力的大体趋势为,在静止状态下点火后瓦斯爆炸压力随时间增长缓慢增长,而湍流状态下点火后瓦斯爆炸压力增长较为迅速。     

基于CBR在煤矿瓦斯爆炸预警应用探讨

在学习传统方法与模型预测瓦斯爆炸的基础上,提出用案例推理方法预测瓦斯爆炸的思想,并给出案例推理的瓦斯爆炸预警系统的原型,研究了系统中的关键技术:案例的知识表达、案例检索和案例学习等。