泄爆口参数对柱形容器泄爆过程影响的数值分析

本文基于流体力学软件Fluent,通过模拟9.5%的甲烷-空气混合气体在柱形容器内的燃爆与泄爆过程,分析了不同泄爆口位置以及不同泄爆口数量等因素对泄爆过程的影响。结果表明:泄爆过程中普遍存在二次压力峰值现象,泄爆口越远离点火位置,二次压力峰值到达时间越长,峰值压力持续时间越长,压力泄放越慢;等截面积条件下,增加泄爆口数量能在一定程度上加快容器内的压力泄放。     

工业容器气体泄爆实验研究

为了给降低受限空间爆炸事故的发生率提供依据,揭示约束条件下甲烷-空气预混气体爆炸动力学过程,研究气体爆炸时压力与速度相互作用的规律,利用小尺寸爆炸实验平台,采用唯象法捕捉气体爆炸过程中的动态影像,宏观上揭示火焰传播的变化特征,并利用高速摄影、纹影系统直观地记录火焰传播的瞬态过程以及层流向湍流转变的过程。通过实验研究了不同泄压口比率和不同泄压膜强度时的泄爆规律。实验数据表明,受限环境中爆炸压力不仅决定火焰的传播速度,还影响火焰的结构变化。     

一种用于矿井中的多孔泄压阻隔爆自动风门

针对目前撒布岩粉惰化技术、被动式阻隔爆技术、自动阻隔爆技术的局限性,鉴于泡沫陶瓷具有火焰淬熄作用和冲击波消减作用,可以利用其特点阻隔瓦斯爆炸火焰和冲击波的传播.本文提出构建以泡沫陶瓷为主材料的煤矿井下自动风门,材料由泡沫陶瓷、不对称多孔金属材料、压力传感器、PLC 软件控制装置构成,门体两侧装配压力传感器,门底部设有护门体窗,采用 PLC 软件控制,并在门体上装有门限传感器、光敏传感装置、防夹车装置、声光指示器等,以实现灾前控制风流,灾后自动泄压并阻隔瓦斯爆炸火焰传播的功能.阻隔爆自动风门有望成为矿井阻隔爆救灾系统中的一个重要组成部分.     

爆生气体驱动双共线Ⅰ型裂纹的扩展行为

在光面预裂爆破中相邻炮孔间的共线裂纹相向扩展时会先互相排斥后相互吸引,裂纹扩展路径呈“勾连”状现象。为解释这一现象,基于T应力修正后的最大拉应力准则,联合Abaqus软件与Hypermesh软件研究了爆生气体驱动相向扩展的双共线Ⅰ型裂纹的起裂和扩展行为。结果表明：模型尺寸(模型宽度W与高度H的比值)、初始裂纹尺寸(初始裂纹长度a和圆孔半径r的比值)和裂纹面上爆生气体压力对裂纹起裂行为的影响显著,Ⅰ型裂纹扩展中裂纹扩展路径出现“勾连”状现象的先决条件是“Ⅰ型裂纹起裂时或扩展中发生偏转”;裂纹面上的爆生气体减弱了Ⅰ型裂纹扩展中发生偏转的程度,使裂纹扩展路径更难出现呈“勾连”状的现象。通过裂纹增量扩展法模拟了裂纹扩展路径,Ⅰ型裂纹扩展会产生“勾连”状的裂纹扩展路径;裂纹扩展路径呈“勾连”状的现象与裂纹间的相互作用有关,该相互作用可通过裂纹扩展角θ的正负来表示。     

一种基于呼吸泄压装置的大容量锂电池电源隔爆外壳

对煤矿井下使用的大容量锂离子蓄电池进行极限状态的充电试验,研究出现燃爆或者泄压情况下隔爆外壳内部的承压情况。提出带专用泄压功能及防堵塞设计的泄压装置设计方案,并对泄压效果进行对比试验验证;设计带呼吸泄压装置的大容量锂离子蓄电池电源隔爆外壳并进行防爆检测。     

隔爆外壳中瓦斯爆炸压力与泄压技术

本文简要的介绍了矿用防爆电器产品在内部瓦斯爆炸时所产生的压力重叠（或称过压）现象以及造成的危害，从而在设计防爆电器产品时应采取措施以防火压力重叠的产生。     

真空腔体积对其泄爆效果影响的实验研究

为研究真空腔体积变化对其泄爆效果的影响,以瓦斯-空气混合物为实验介质,通过向真空腔内加入不同数量的橡胶垫片改变真空腔内体积,在"L"形方形断面管道中进行了真空腔泄爆实验。通过对安装在实验管道上的火焰和压力传感器采集的数据进行分析,得出的实验结论是存在一个临界体积对真空腔泄爆作用有明显的影响,当真空腔体积大于临界体积时真空腔泄爆效果良好。     

初始压应力场对爆生裂纹行为演化效应的实验研究

采用自主设计的动静组合加载系统,实现了在模型试件中产生静态应力场和爆炸动应力场,并对动静组合应力场中爆生裂纹的扩展行为演化特征进行焦散线实验研究,探讨初始应力场对爆生裂纹扩展规律的影响效应。通过对四周施加均布载荷和不施加载荷的两组试件进行实验,对比分析两组试件中爆生裂纹的扩展长度、速度和裂纹尖端动态应力强度因子随时间的变化规律,发现在垂直于裂纹扩展方向的压应力降低了裂纹尖端的应力集中程度,阻碍了裂纹的扩展,而平行于裂纹扩展方向的压应力对裂纹的扩展基本没有影响。     

爆生气体对邻近硐室背爆侧预制裂纹影响机理

采用动态焦散线实验方法,研究爆炸荷载作用下邻近硐室背爆侧裂纹扩展规律时发现,伴随爆生气体释放出现的弧线型应力集中区是爆生气体引起的主应力差峰值位置,与背爆侧裂纹的扩展有较大的关联。实验研究表明:炸药爆炸后,产生的应力波首先作用于硐室背爆侧裂纹,随后爆生气体产生的准静态应力作用于裂纹,对裂纹的扩展起主要作用,而卸载波主要作用于裂纹扩展后期,使裂纹出现翘曲现象。当弧线型应力集中区接近扩展中的裂纹时,裂纹扩展速度达到峰值,约等于弧线型应力集中区的移动速度,之后,裂纹尖端与弧线型应力集中区的相对距离基本不变,当该应力集中区越过裂纹尖端,裂纹扩展速度逐渐减小,最终止裂。裂纹尖端动态应力强度因子与裂纹扩展速度具有相似的变化规律,峰值动态应力强度因子出现在弧线型应力集中区越过裂纹尖端之前。基于该发现进行的研究证实了爆生气体对邻近巷道裂纹扩展的主导作用,深化了爆炸荷载对邻近巷道影响机理的研究。     

弱面破碎时间对真空腔泄爆效果影响实验研究

为研究真空腔弱面破碎时间对泄爆效果的影响,通过构建"L"型实验管道和制作能够改变弱面破碎时间的撞针,并以浓度为9.5%的甲烷-空气混合物为介质进行了爆炸实验,得到了不同撞针长度条件下实验管道内爆炸压力大小和火焰到达传感器时间的实验数据,经过分析得出结论:撞针越长,弱面破碎时间越早;撞针的加入,使真空腔泄爆效果发生了变化;弱面破碎时间对真空腔的泄爆效果有明显影响。     

掘进工作面动态瓦斯压力分布及涌出规律

利用有限差分法对移动掘进工作面巷道周围瓦斯压力分布以及瓦斯涌出规律进行了数值模拟.结果表明：当工作面以一定的速度向前掘进时，巷道周围瓦斯压力分布呈子弹头形状向前移动，掘进巷道周边煤层瓦斯压力随煤壁暴露时间的增长逐渐降低,工作面瓦斯涌出量呈锯齿状周期增加.当掘进工作面以一定速度向前掘进时，每一循环内瓦斯涌出变化量基本相同，每一循环内从工作面迎头煤层内涌出的瓦斯量基本相同.     

瓦斯压力对原煤渗透特性的影响

以松藻煤电公司渝阳煤矿8号突出煤层原煤试样为研究对象,利用实验室研制的三轴渗透仪,进行不同轴压围压条件下瓦斯压力对突出原煤渗流特性试验。试验结果表明,瓦斯渗流速度随着瓦斯压力的增加而增加,呈显著的二次多项式函数关系;随着瓦斯压力的增加,突出煤体的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,具有明显的Klinkenberg效应;渗透率随瓦斯压力的增加呈“V”字形变化,具有明显的阶段性;随着瓦斯压力的增加,Klinkenberg系数b与绝对渗透率Kg之间呈显著的幂函数关系;瓦斯压力p与渗透率K之间呈显著的二次多项式函数关系。     

卸压开采地面钻井抽采的数值模拟研究

卸压开采地面钻井抽采是煤与瓦斯共采的关键技术之一,是提高瓦斯采出率确保高瓦斯突出煤层安全高效开采的重要措施。在现有研究的基础上,综合岩体渗透率与应力的指数关系、岩体渗透率与塑性裂隙发育情况的关系以及采空区内破碎岩体压实过程中渗透率的变化情况,运用FLAC3D内嵌的FISH语言对渗流模式进行二次开发。结合淮南某矿卸压开采地面钻采的实际地质条件,运用所建模型模拟了卸压抽采过程中围岩渗透率的变化情况,掌握了被保护层、采空区以及钻孔周围渗透率的分布情况。在此基础上进行了钻采瓦斯的渗流计算,在验证地面瓦斯抽采效果的同时掌握了卸压抽采瓦斯的渗流路径：认为被保护层瓦斯除了直接涌入抽采钻井,大部分瓦斯首先渗流至邻近岩体,再通过层间岩体涌入瓦斯抽采钻孔。通过淮南某矿卸压抽采过程中的抽采实测数据以及邻近工作面裂隙带实测数据验证了数值模型的正确性。     

抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律的物理模拟试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了不同地应力水平下抽采瓦斯的物理模拟试验,对抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律进行了探讨。结果表明：① 在抽采瓦斯过程中,煤层瓦斯压力在初期降低较快后期降低缓慢,并且距钻孔越近,瓦斯压力下降速度越快,而与距钻孔出口的距离无关;② 在与抽采钻孔垂直的断面瓦斯压力场中,等压线以钻孔为中心呈现圆环形分布,在与抽采钻孔平行的纵面和层面瓦斯压力场中,等压线则以钻孔为对称轴呈现漏斗形分布,且距钻孔及钻孔出口越近瓦斯流速越大;③ 地应力的增加降低了煤层渗透率,阻碍了瓦斯的运移,使抽采过程中瓦斯压力的降低速度变慢,瓦斯流速减小。     

钻孔瓦斯动态涌出的数值模拟研究

基于钻孔过程中瓦斯动态涌出的基本特点，建立了钻孔瓦斯动态涌出量的理论计算模型。通过系统的数值计算，分析了钻孔瓦斯动态涌出的规律和特征，在此基础上，提出了关于煤层突出危险性的定性判据，并给出了确定打钻过程中每米钻孔瓦斯涌出初速度及停钻衰减涌出量的计算公式。定性判据与定量指标相结合，将有助于提高钻孔法预测突出的准确率。     

抽放煤层气变压吸附过程的数学模拟

建立了变压吸附过程的非等速、非线性等温平衡模型,并对浓缩抽放煤层气中CH4的变压吸附过程循环进行了数值模拟,理论计算结果与实测数据相符,表明本模型是适用的。利用该模型详细讨论了吸附柱内CH4的浓度分布。     

半球条栅型障碍物对可燃气云爆燃压力波的影响

为考察障碍物对爆燃压力波的影响,进行了可燃气云内、外分别设置障碍物的爆燃实验.浓度为13.3%乙炔-空气可燃气云爆燃压力由量程为-10~35 kPa的动态压力变送器感受,压力信号转变为电流信号传送给16通道DT12L数据采集卡,由125 Ω的标准取样电阻转化为0.5~2.5 V的电压信号输出,经过数据处理得到测点爆燃压力.实验结果表明:障碍物层数越多,爆燃压力越强;障碍物设置在气云边缘和气云外部障碍物附近的爆炸超压增大,但小于内部障碍物对爆炸威力的增大趋势,且障碍物后爆炸超压随测点距离的变化趋势是一致的. 对于该气云爆燃实验, 无障碍物时,爆炸等级能达到2.5级;当气云受半径为300 mm的障碍物约束时,爆炸等级能达到6级.可见障碍物对爆燃压力波的影响是显著的.     

瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响研究

为研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,自主研制了一套突出煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展了不同瓦斯压力条件下的煤—瓦斯两相流运移规律模拟实验,实现了对突出过程巷道内突出煤—瓦斯两相流运移的可视化监测。实验结果表明：煤与瓦斯突出是一个从突出口开始迅速向煤体内部发展的动力过程,期间瓦斯压力存在多次上下波动;突出过程中巷道内的冲击波超压呈现正压相与负压相交替变化的局面,同时冲击波超压特征值随初始瓦斯压力的增大而呈对数函数递增趋势;冲击波超压在巷道中传播是一个不断衰减的过程,前期衰减较慢,后期衰减加快。     

采动应力场分布特征及其对煤岩瓦斯动力灾害的控制作用分析

以实际发生动力灾害的采掘工作面为模拟原型,在模拟分析采场和巷道应力分布特征的基础上,分析了不同应力分布对煤岩瓦斯动力灾害的控制作用,得出了采场易于发生应力主导型的动力灾害而巷道更易于发生瓦斯作用为主导的、高强度的煤岩瓦斯动力灾害的规律特征,并举例对上述分析做了论证。     

负压动态调控下矿井瓦斯抽采工况参数变化对比与分析

为研究矿井瓦斯抽采负压动态调控机理及动态调控作用下矿井瓦斯抽采工况参数变化情况,以底板岩层钻孔、采空区为研究对象,开展了不同抽采状态负压调控前后瓦斯抽采负压与抽采瓦斯浓度、抽采量、输送管道内气体流速对应关系的现场试验。试验结果表明：瓦斯抽采系统从混源瓦斯抽采到同源瓦斯抽采,孔口负压从1.20 kPa提高到11.14 kPa,增大了8.28倍;钻场抽采负压从3.02 kPa提高到43.00 kPa,增大了13.24倍。当抽采负压提高至有富余能力将部分空气抽入瓦斯抽采系统时,底板岩层钻孔出现抽采负压增大、抽采瓦斯浓度降低的现象,钻场抽采瓦斯浓度由46%下降到36%;抽采瓦斯浓度虽有一定降低,但平均抽采混合量由试验前的0.82 m³/min增大到2.72 m³/min,增大了2.32倍;平均抽采瓦斯纯量由试验前的0.31 m³/min增大到0.98 m³/min,增大了2.16倍;管道内气体流速由1.82 m/s增大到6.01 m/s,增大了2.30倍。可为矿井瓦斯抽采负压动态调控及合理抽采负压的选取提供一定的理论依据。