瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波压力特性研究

为揭示煤矿掘进头瓦斯爆炸冲击波压力沿复杂巷道衰减变化特性,借助爆炸力学和相似定律理论,建立巷道一维爆炸压力变化计算数学模型和TNT当量系数法试验计算模型.理论和试验模型对比分析表明:掘进头弱瓦斯爆炸的冲击波压力沿稳定断面传播呈非线性变化特性,冲击波压力与传播距离的平方根成反比;冲击波压力遇巷道断面变化或分叉超压大幅度衰减;冲击波压力遇障碍物反射后压力是原来的2倍.瓦斯爆炸超压预测计算模型的计算值、理论计算值与实验值吻合较好,与爆炸冲击波压力的传播特性描述一致.     

火焰速度与超压关系

在的基础上,探讨了瓦斯爆炸过程中火焰速度与超压之间的关系,研究结果表明：在瓦斯爆炸过程中,冲击波阵面的强度与火焰速度有关,无障碍物时,火争速度小于１００ｍ／ｓ,产生的冲击波较弱,冲击波阵面上超压较小;随着障碍物的增多,火焰加速显著,一旦火焰速度加速超过２００ｍ／ｓ,冲击波阵面上的超压则显著提高,冲击波阵面强度增大,这种高速火焰的压力波所引起的爆炸波破坏效应与爆轰波产生的爆炸波破坏效庆相当,对于煤矿     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.     

煤与瓦斯突出冲击波传播规律研究

应用应力波理论研究了煤与瓦斯突出过程中产生的冲击波在煤体界面上的反射、透射现象,得到了入射、反射和透射超压解析解,根据空气动力学分析了冲击波沿巷道方向传播规律.结果表明：透射超压值为入射超压的两倍,而反射超压值略小于入射超压.冲击波超压与冲击气流、突出的膨胀能量成正比,与通风巷道的截面面积呈反比;当冲击波在单个层状煤体中传播时,它会在其两端自由界面上出现反射,反射波反向卸载,自由面上物体振动速度加倍,又将其撕裂成若干个更薄的层状体;当冲击波传播到构造煤和硬煤岩体的分界面上时,产生了强烈的透射和反射现象,透射波在分界面上叠加,其应力值加倍,煤体受到强烈压缩作用,当其超过软煤强度时,软煤被压裂破坏.     

煤矿瓦斯爆炸波传播及致灾机理的数值模拟研究

应用自主编写的大涡模拟程序,结合高精度数值格式,对横截面积7.2m2、长400m的煤矿巷道内瓦斯爆炸进行了模拟研究.结果表明,随着远离点火端,爆炸超压先升高后逐渐衰减;爆炸波冲量随着距离变化先迅速降低,当压力波形成冲击波时,冲量出现瞬时升高,然后又逐渐衰减;瓦斯爆炸过程中,原来的瓦斯积聚区被爆炸波拉长,导致火焰区域远大于瓦斯积聚区,约为7.1倍;爆炸波超压和冲量超过了阈值以及火焰区域扩大是造成人员伤亡的主要原因,伤亡区域长度大于原瓦斯积聚区长度的22倍.数值模拟结果与实验结果相符,为煤矿瓦斯爆炸的治理提供了理论基础.     

煤矿瓦斯爆炸冲击下的弧形防爆墙数值模拟研究

为研究掘进面、巷道、采空区、生产隔离区等地点的瓦斯爆炸防护墙的弧度对冲击波的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对圆心角分别为30°,45°,60°,75°,90°的弧形防爆墙在相同高度、药量和爆距条件下的计算模型进行了模拟,对墙后水平和竖直方向测点的超压值进行分析,并对比经验公式,得出不同弧度下防护墙体的冲击波分布规律以及墙后超压的分布特点。结果表明:(1)相比于直墙式防爆结构,弧形防爆墙受到爆炸冲击波时具有更好的消减作用;(2)各测点压力按照分布特点呈现先增加后衰弱的趋势,不同测点峰值压力受距离墙体和地面远近的影响;(3)相比于其他弧度防爆墙,弧度为60°防爆结构具有较好的抗爆炸冲击波效果。     

不同切缝管材质下切缝药包爆炸冲击波传播特性研究

综合采用高速纹影实验系统和空气冲击波超压测试系统,对不锈钢管、PVC管、有机玻璃管材质的切缝药包爆炸冲击波与爆生气体的传播机制进行探讨研究,同时捕捉了沿切缝方向与垂直切缝方向的空气冲击波超压.结果表明:3种切缝管材质下爆炸冲击波与爆生气体的扩展形态基本相同,都保持着高度对称的形态.爆炸冲击波和爆生气体都是优先从切缝管中向外传播,这一特性不受切缝管材质的影响,爆炸冲击波优先沿切缝方向扩展,爆生气体主要沿切缝方向扩展.等距离对比分析3种材质的切缝药包空气冲击波超压,不锈钢管材质的切缝药包沿切缝方向与垂直切缝方向的超压比值最大,有机玻璃管的超压比值最小.数值模拟得出了切缝药包近区爆炸波动场的变化规律,与纹影实验结果在形态上基本一致.     

牵引速度对装药水中爆炸冲击波的影响

为研究柱形装药牵引运动速度对冲击波超压的影响规律,运用动力学分析软件AUTODYN对柱形装药水中动爆过程进行了数值模拟,获得了柱形装药牵引速度和长径比对冲击波超压场的影响规律.结果表明,在牵引速度的影响下,不同长径比药柱爆炸冲击波超压在不同方位角θ上的差异相对于静态爆炸更为明显;药柱牵引速度V=0m/s时,长径比小的药柱爆炸所产生的轴向(方位角θ=0°)冲击波超压峰值相对较高,径向超压峰值较低,而长径比大的药柱轴向(方位角θ=0°)超压峰值较低,径向超压峰值较高;当牵引速度V由0m/s增加到200m/s时,轴线正向和径向的最大超压峰值相对于静态分别提高了7.8%和7%.     

煤尘爆炸冲击波传播规律及造成的伤害分区研究

为减少煤矿煤尘爆炸后冲击波对人的危害,为煤矿防爆、抑爆和安全评价以及事故应急救援等提供理论依据,研究了煤尘爆炸后冲击波的传播规律.基于粉尘爆炸理论,采用理论与实验研究方法,研究了爆炸空气冲击波超压在巷道内的传播规律及超压所造成的伤害规律.结果表明煤尘爆炸冲击波超压与传播距离、巷道断面面积的平方根成反比,理论与实验分析的结果基本吻合,在此基础上划分了冲击波超压所造成的不同伤害范围.     

矿井瓦斯爆炸后巷道空气温度分布规律

结合气体爆炸动力学弱冲击波爆炸理论等知识,建立了爆炸后的超压、温度随距点火源距离变化的非线性计算公式,并把超压计算值和实验值进行了对比.结果表明:对于体积分数分别为5.0%,7.5%,9.5%的100 m3瓦斯爆炸后的巷道内大气温度变化范围分别是:582.5~309.7,709.2~315.2,825.0~320.0 K;对于体积分数分别为5.0%,7.5%,9.5%的200 m3瓦斯爆炸后的巷道内大气温度变化范围分别是:688.3~314.3,867.4~321.8,1 028.4~328.3 K.爆炸后的温度随着距离的增加先迅速递减后平缓降低到矿井正常空气温度,随着爆源的体积分数、体积的增加所产生的最高温度越高,温度变化范围越大.     

瓦斯爆炸火焰和冲击波在并联巷网的传播特征

为了研究瓦斯爆炸在并联巷网内的传播特征,利用并联管道系统模拟爆炸在实际巷道内的传播特征.结果表明:爆源点在掘进头时,并联管道两侧的火焰传播速度Sf和爆炸超压值△Pmax接近,火焰和冲击波叠加后,爆炸强度增加,△Pmax从0.38 MPa突跃到0.46 MPa.爆源点在工作面时,爆炸向邻近掘进头传播时测得的火焰速度和爆炸超压缓慢增大,而向较远的封闭端传播时△Pmax的值一直增大,而火焰传播分3个不同的区段;爆炸向邻近工作面传播时,在汇聚点附近测得的爆炸超压(0.44 MPa)明显高于两侧的超压值(0.39和0.38 MPa),但火焰传播速度会降低.煤矿瓦斯爆炸叠加地点附近是爆炸破坏较严重区域,故是设备和人员防护的重点区域.     

起爆位置偏差对结构内爆炸荷载的影响分析

针对结构近距内爆炸试验所得的内爆炸荷载数据离散较大的特点,建立考虑起爆位置偏差影响的三维有限元内爆炸流场计算数值模型,对比试验数据验证了数值计算模型的合理性.采用数值方法计算了起爆位置有偏差时的内爆炸流场,对比分析了起爆位置偏差对结构近距内爆炸荷载的影响.结果表明：结构内爆壁面反射超压峰值对起爆位置偏差非常敏感,拟合得到了起爆位置偏差距离对超压峰值影响系数的经验计算公式;起爆位置偏差对冲量影响很小,其最大相对差值不超过2%.     

TVD方法在瓦斯爆炸可压缩流场中的应用

通过建立瓦斯爆炸可压缩流场的数学模型,运用ＴＶＤ（ｔｏｔａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｄｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇ）格式的有限差分方法,模拟了瓦斯爆炸冲击波峰值压沿井巷的衰减规律,说明了瓦斯爆炸过程中存在冲击波二次冲过程,对瓦斯爆炸二次反冲 成的机理进行了分析,其结果实际防爆工程设计提供了理论基础和依据。     

起爆位置偏差对结构内爆炸荷载的影响分析

针对结构近距内爆炸试验所得内爆炸荷载数据离散较大的特点,建立考虑起爆位置偏差影响的三维有限元内爆炸流场计算数值模型,对比试验数据验证了数值计算模型的合理性.采用数值方法计算了起爆位置有偏差时的内爆炸流场,对比分析了起爆位置偏差对结构近距内爆炸荷载的影响.结果表明:结构内爆壁面反射超压峰值对起爆位置偏差非常敏感,拟合得到了起爆位置偏差距离对超压峰值影响系数的经验计算公式;起爆位置偏差对冲量影响很小,其最大相对差值不超过2%.     

密闭空间内爆炸冲击波超压特性试验研究

为探索实战条件下冲击波超压对水面舰艇舱室内人员的杀伤效果,采用穿爆试验对封闭空间内的爆炸冲击波超压宏观特性进行研究,对比和分析了舱内△Pm-t曲线形态及超压分布规律。结果表明:运动装药在水面舰艇舱内的爆炸冲击波△Pm-t曲线尖峰脉冲明显多于其他爆炸试验装置;随着装药运动速度增加,冲击波超压明显增强;起爆点距测试点越远与典型爆炸冲击波△Pm-t曲线相似度越高。     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

水下爆炸气泡脉动的数值计算

水下近场爆炸可分为装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动.尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.在充分考虑了能量的消耗,加入了虚拟力以及气泡能对整个气泡脉动特征的影响后,改进了水下爆炸引起气泡的脉动规律和水中压力分布规律的基本方程.利用采用龙格-库塔数值方法计算出了气泡的脉动直径、周期、速度和水中压力.所得计算结果与已有的各实验数据吻合良好.因此说明该方法对气泡脉动的描述非常符合真实情况.通过分析得出在近场时冲击波和气泡脉动压力波对于结构的破坏都有重要作用.     

天然气管道泄漏爆炸事故风险分析

针对天然气管道泄漏爆炸,采用爆炸冲击波超压模型,结合TNT当量法对超压进行理论计算,确定了其爆炸事故的伤害范围,找到了影响超压的主要影响因素,提出了减小冲击波超压的措施,为制订天然气管道安全运行及应急预案提供了依据。     

钢箱梁抗爆试验中冲击波超压测试方法研究

为了测定钢箱梁抗爆试验中冲击波超压值的大小,同时保证试验中传感器的安全及测量数据的准确性,采用了偏离炸药起爆点的超压测试方法,并通过误差分析,在经典理论公式的基础上,得到考虑钢箱梁变形破坏的冲击波超压反射系数为1.65,由该反射系数计算的超压理论计算值与实测值吻合度较好,最大误差不超过10%.同时对试验冲击波超压值进行了数值模拟,通过数值模拟验证了炸药参数的合理性,为今后研究钢箱梁爆炸动力响应与爆炸威力之间的关系提供了基础.