煤矿瓦斯爆炸事故勘察中的若干技术问题

论述了瓦斯爆炸事故勘察的原理和方法，分析了目前瓦斯爆炸事故勘察在技术存在的问题。以冲击波传播理论为基础，分析了瓦斯爆炸事故传播过程中障碍物对爆炸冲击波的激励作用。实验和数值模拟结果显示，由于障碍物的存在，瓦斯爆炸冲击波在障碍物附近，其压力会呈现急剧上升的特征。     

障碍物影响下瓦斯爆炸压力传播规律研究

我国煤矿事故频发,尤其瓦斯爆炸事故,给国家和人民的生命财产造成巨大损失。对瓦斯在障碍物条件下的爆炸压力传播规律进行研究,对预防和减小煤矿巷道内的瓦斯爆炸危害具有重要意义。本文利用水平管道式气体爆炸测试装置,研究了障碍物对瓦斯爆炸压力的传播规律影响,得出障碍物的存在对瓦斯爆炸压力具有激励作用,加大了瓦斯的爆炸威力。     

瓦斯爆炸过程中爆炸波传播特征的实验研究

本文在实际的基础上,测定了瓦斯爆炸过程中爆炸波的特征参数,并计算了爆炸过程的超压及比冲量。研究结果表明：障碍物对瓦斯爆炸过程中的冲击波具有诱导作用,产生冲击波时,其阵面峰值超压软大,具有很强的破坏作用。研究结果对于现场防治瓦斯爆炸具有一定意义。     

直角拐角与障碍物对巷道瓦斯突出冲击波传播的影响

为了研究瓦斯突出冲击波穿过直角拐角和障碍物时的动力演化特征,利用计算机模拟了突出冲击波影响下巷道内压力、速度和瓦斯浓度分布。结果表明:拐角会对冲击波压力造成弹射,在波阵面处分别形成高压区和低压区,相应产生漩涡区和加速区。冲击波在障碍物附近湍流强度增加,在第2障碍物附近形成二次加速。随着障碍物距离和数量的增加,障碍物对前端冲击波强度影响越发减小,障碍物对冲击波的激励影响主要在后部。在巷道施工过程中应尽量避免巷道内的刚性突出物,并消除不必要的设备堆积。     

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。     

密闭管道内障碍物对瓦斯爆炸压力的影响

为系统研究障碍物对瓦斯爆炸压力的影响规律,利用水平管道式气体爆炸试验系统,在水平爆炸管中放置障碍物条件下对瓦斯爆炸压力进行试验研究.通过改变内置障碍物的形状、阻塞率及间距,研究这些参数的改变对瓦斯爆炸压力的影响.结果表明:条形障碍物作用下瓦斯的爆炸压力最大,其次为弓形,圆环型障碍物对瓦斯爆炸压力的影响最小;随着障碍物阻塞率的增大,瓦斯爆炸压力依次递增;瓦斯爆炸压力随障碍物间距的增大缓慢递增,与障碍物形状、阻塞率相比,障碍物间距对瓦斯爆炸压力的影响最小.不同障碍物下瓦斯爆炸压力均随着管道长径比的增加先减小后增大,在长径比为64处爆炸压力增长幅度最大.     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理的研究

在实验的基础上,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理．研究结果表明,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律具有重要影响．当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度将迅速提高．在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰具有加速作用,这种加速作用的机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈．     

瓦斯爆炸衰减规律和破坏效应

瓦斯爆炸的传播和衰减规律的研究是基于燃烧学、爆炸力学和应用数学等学科从爆炸所在环境出发的应用研究。瓦斯爆炸对构筑物的破坏效应是通过对冲击波阵面上超压、冲击波的作用时间及构筑物所处的位置、构筑物的形状等因素的研究进行的,而瓦斯爆炸的破坏机理和对通风系统破坏效应方面的研究不但可以加深理论而且还可以应用于实践。矿井瓦斯爆炸传播规律、衰减规律和破坏效应的研究成果,对事故防治和调查可以提供重要的技术支撑。     

障碍物对爆炸冲击波传播特性的影响研究

采用数值模拟手段建立了有无障碍物条件下的巷道爆炸分析模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律,并结合空气超压对人体的伤害程度分类,研究了有无障碍物条件下巷道内爆炸破坏效应分区。结果表明:障碍物对空气超压峰值的影响具有距离效应,在障碍物近区空气超压急剧增加,而且障碍物的存在增加了损伤区范围和损伤严重程度。     

障碍物对巷道瓦斯爆炸传播影响数值模拟研究

采用流体力学软件FLUENT对不同障碍物情况下巷遭瓦斯爆炸过程进行数值模拟,研究了障碍物对爆炸传播的影响。模拟结果清晰地显示了巷道瓦斯爆炸火焰传播过程,并且表明巷道障碍物的存在会产生湍流现象加速火焰传播,增大瓦斯爆炸的危害,因此巷道中应尽量减少不必要的障碍物存在。     

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。     

抑制瓦斯煤尘爆炸传播的主动喷粉抑爆技术

通过阐述主动喷粉抑爆技术的技术原理,分析总结瓦斯煤尘爆炸传播规律,认为主动喷粉抑爆技术的应用效果主要与抑爆粉剂浓度、主动喷粉抑爆技术装备动作时间及瓦斯煤尘爆炸传播规律有关;并通过大型地下试验巷道,模拟实际应用主动喷粉抑爆技术及装备抑制实际发生的瓦斯煤尘爆炸传播试验,分析了主动喷粉抑爆技术对爆炸火焰及冲击波压力的抑爆效果,验证了主动喷粉抑爆技术能够在爆炸初期抑制瓦斯煤尘爆炸传播。     

Research on numerical emulator of mine methane and coal dust explosion

The mathematical physics model of mine methane and coal dust explosion propagation was established in the research, by using continuous phase, combustion, particulate equations of mathematical physics. Based upon the data from mine methane drainage roadway explosion, and mine methane and coal dust explosion propagation experimental studies, the numerical emulator system of mine methane and coal dust explosion software was developed by using prevalent flow simulation platform, which can be used to simulate the explosion accidents process effectively. In addition, the system can also be used to determine whether coal dust involved in the explosion, and to simulate accurately the transition from deflagration to detonation in methane explosion, propagation velocity of explosion shock, attenuation pattern, and affected area of explosion.     

掘进工作面不同瓦斯源爆炸过程的数值模拟

为研究独头巷道中不同瓦斯源对其爆炸过程的影响,运用数值仿真技术系统模拟不同瓦斯积聚长度及浓度对其爆炸特性的影响。结果表明:随着瓦斯积聚长度的增大,最大爆炸压力和最高爆炸温度均增大;最强压力波破坏的区段由巷道封闭端向开放端转移。瓦斯浓度在6%~10%范围内,最大爆炸压力随浓度的增大而增大;浓度超过10%后,最大爆炸压力随浓度的增大而减小;最高爆炸温度则一直随浓度在增大;反向稀疏波与正向冲击波多次相遇叠加而出现多个压力峰值。     

矿井瓦斯煤尘爆炸传播实验研究

煤矿中瓦斯爆炸容易引起煤尘参与爆炸,且掘进工作面是瓦斯煤尘爆炸事故的多发区域。在与实际矿井环境、几何条件相似的大型地下试验巷道中,进行了独头巷道瓦斯煤尘爆炸火焰、冲击波传播试验。试验中,瓦斯煤尘爆炸火焰到达各测点的时间与测点距离呈对数函数关系;爆炸火焰的传播速度在铺有煤尘段迅速上升,过了煤尘段开始下降;火焰区长度约为煤尘区长度的2倍;爆炸冲击波压力在铺有煤尘段前端降到最低值,然后迅速上升到最大值后下降。实验结论为煤矿隔抑爆装置的研制和安装提供了理论基础。瓦斯煤尘爆炸与单纯瓦斯爆炸相比,最大爆炸压力峰值大,火焰传播速度快;瓦斯煤尘爆炸的威力和破坏程度,要远远大于单纯瓦斯爆炸。因此,在煤矿实施防尘降尘技术,具有十分重要的意义。     

激波条件下煤粉爆炸压力的实验研究

通过管道式气体粉尘爆炸装置对激波诱导下煤粉爆炸压力进行了实验研究,并对其进行了分析,主要研究了不同激波强度,不同煤粉浓度,不同煤粉粒度对爆炸压力的影响.     

Experiment study on the propagation laws of gas and coal dust explosion in coal mine

The experiment of gas and coal dust explosion propagation in a single laneway was carried out in a large experimental roadway that is nearly the same with actual environment and geometry conditions. In the experiment, the time when the gas and coal dust explosion flame reaches test points has a logarithmic function relation with the test point distances. The explosion flame propagation velocity rises rapidly in the foreside of the coal dust segment and comes down after that. The length of the flame area is about 2 times that of the original coal dust accumulation area. Shock wave pressure comes down to the rock bottom in the coal dust segment, then reaches the maximum peak rapidly and comes down. The theoretical basis of the research and assemble of across or explosion is supplied by the experiment conclusion. Compared with gas explosion, the force and destruction degree of gas and coal dust explosion is much larger. Supported by the National Basic Research Program (973) (2005CB221506); the Open Research Fund Program of Shandong University of Science and Technology (MDPC0611)     

角联管网瓦斯爆炸超压演化及火焰传播特性研究

为了探索瓦斯在煤矿井下复杂巷网内爆炸后的超压演化规律及火焰传播特性,在实验室自行搭建了瓦斯爆炸试验系统,对甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸爆燃波传播规律进行了试验研究,并对瓦斯爆炸超压及火焰传播过程进行了数值模拟。试验与数值模拟结果表明:管网角联分支中,甲烷-空气预混气体爆炸后由于爆炸压力波的叠加,形成超压增高区域,但产生的火焰波很微弱,温度较低。并联分支中,随着爆燃波传播距离的增加,超压峰值和焰面传播速度呈逐渐减小的趋势,而火焰持续时间呈先增加、再减小的趋势。试验中火焰的最大传播距离为18.75 m,而数值模拟的传播距离为21.25 m,但试验值和模拟值的变化趋势一致。研究结论可对煤矿井下复杂巷道内瓦斯爆炸灾害的防控及救灾提供理论支持。     

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.     

The effect of duct surface character on methane explosion propagation

The effect of duct surface character on methane explosion propagation was experimentally studied and theoretically analyzed. The roughness has effect on methane explosion propagation. The flame propagation velocity and the peak value pressure of methane explosion in rough duct are larger than the parameters in smooth duct. The heat exchange of the surface has effect on methane explosion propagation. The propagation velocity of flame and strength of explosion wave in the duct covered by heat insulation material are larger than those in duct with good heat transmittability.