模拟煤矿巷道内瓦斯爆炸特性的试验研究

针对近年来煤矿瓦斯爆炸事故频发的情况,利用不同长度的水平管道来模拟煤矿巷道瓦斯爆炸,研究瓦斯的爆炸极限、最大爆炸压力及其浓度、最大爆炸压力上升速率等爆炸特性,同时分析了瓦斯爆炸压力在管道内的变化情况,为预防煤矿巷道内的瓦斯爆炸提供理论依据.     

巷道内检验“防止煤矿内瓦斯爆炸方法”的特殊爆炸试验

为了检验使用“防止煤矿巷道内瓦斯爆炸装置”在特大瓦斯涌出量情况下的爆炸烈度可能造成的伤害，在总长8 m，一端封闭、一端开口，且封闭端高度（在3.1 m长度上截面为3.1 m×3.1 m）比靠近开口端（截面为3.1 m×2.5 m）高出0.5 m的试验巷道内做了天然气特大送气速率（模拟采煤的特大瓦斯涌出量）4次特殊爆炸试验.其中3次发生了爆炸，但是爆炸的烈度很小.经过3次爆炸，三合板壁面只坏了2块（各1 m面积），试验巷道内部地上枯草、纸片都无燃烧痕迹.证明应用“防止煤矿巷道内瓦斯爆炸的方法（装置）”有较好的防爆效果，在出现特大瓦斯涌出量发生爆炸时也未曾产生大的损失与伤害.     

煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测

运用爆炸相似理论,在无限空间中炸药爆炸冲击波的超压规律基础上,考虑瓦斯浓度、巷道截面积、冲击波传播距离、混合物体积等因素,建立了煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测模型。根据一定的实验数据,拟合出超压与瓦斯浓度、冲击波传播距离,以及与瓦斯—空气混合物体积之间的关系。通过实例对该模型进行验证,结果表明模型预测数据与实验数据比较吻合。     

煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测北大核心

运用爆炸相似理论,在无限空间中炸药爆炸冲击波的超压规律基础上,考虑瓦斯浓度、巷道截面积、冲击波传播距离、混合物体积等因素,建立了煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测模型。根据一定的实验数据,拟合出超压与瓦斯浓度、冲击波传播距离,以及与瓦斯—空气混合物体积之间的关系。通过实例对该模型进行验证,结果表明模型预测数据与实验数据比较吻合。     

巷道内瓦斯爆炸传播规律的数值模拟研究

基于燃烧理论、爆炸理论及遵守的守恒定律,建立了巷道内瓦斯爆炸的数学物理模型.利用Fluent软件对煤矿巷道内预混瓦斯气体的燃烧爆炸进行了分析和模拟研究,得到了巷道内瓦斯爆炸过程中超压变化规律.展现了爆炸冲击波在巷道内的衰减过程.将数值模拟结果与实验结果进行对比分析,数据高度吻合,证明了数值模拟的合理性,进而为煤矿瓦斯爆炸传播过程的分析研究及瓦斯爆炸事故的防范提供了一定的参考,也为优化矿用救生舱、避难硐室的设计参数提供了理论依据.     

巷道内瓦斯爆炸传播规律的数值研究

 基于流体动力学和燃烧理论,运用CFD软件建立管道模型,模拟在不同巷道长度下瓦斯爆炸的传播情况,得到了瓦斯爆炸的火焰速度及压力随时间的变化规律。结果表明：火焰速度会随管道长度分为3个阶段：扩散传播、快速上升、惯性前进;压力突变影响了火焰的湍流,是火焰速度快速上升的重要原因;管道变长时,火焰达到的最大速度增大,达到特定高速值的转变距离会趋于稳定。     

巷道连接形式对瓦斯爆炸的影响

通过对瓦斯爆炸规律进行整理分析,利用气体爆炸仿真模拟软件FLAC3D对瓦斯爆炸进行数值模拟,基于瓦斯爆炸机理,分别从巷道分岔、转弯等不同连接形式对瓦斯爆炸的影响等方面进行研究。结果表明:瓦斯在爆炸后,无论巷道采用何种连接方式,只要巷道发生分叉,爆炸过程对分岔点后各巷道的破坏程度,均比其对分叉点前主巷道的破坏程度严重。     

巷道空间内瓦斯爆炸冲击波传播的数值模拟

为研究在巷道空间里瓦斯爆炸冲击波的传播特性,采用ANSYS/LS-DYNA程序的流固耦合算法,建立巷道瓦斯爆炸物理模型,对巷道空间里瓦斯爆炸过程进行数值模拟,得到瓦斯爆炸过程中冲击波变化云图,并拟合了冲击波衰减变化规律.研究表明:瓦斯爆炸冲击波经历了从球面到平面冲击波的发展过程,最终冲击波逐渐衰减为常压状态,但在受限空间内瓦斯爆炸冲击波遇壁面会发生反射与叠加,因此要合理的设置泄压口;爆炸冲击波超压与距离成非线性关系,即爆炸冲击波超压与距离的平方根成反比.研究结果对瓦斯爆炸传播事故的预防和灾害控制有一定的指导作用.     

煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性

阐述了瓦斯爆炸发生的条件；从爆源能量、能量释放速度、爆源的特征时间和特征尺寸，以及爆炸的火焰温度、冲击波的压力、火焰和空气的运动速度、爆炸压力的上升速率等方面，探讨了瓦斯爆炸特征和爆炸特征；简要地介绍了瓦斯爆炸后的有害气体的组分。     

瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟

在应用一些基本假设的基础上,建立了瓦斯爆炸冲击波在转弯巷道内传播的物理模型和数值模型.数值模拟的结果表明,转弯巷道内传播的冲击波,其压力、速度和温度等参数在传播过程中存在着衰减态势.在瓦斯爆炸初期,由于化学反应的存在而使冲击波波阵面上的参数不断增加;而在全部瓦斯混合气体反应结束后,压力、速度和温度的衰减较慢.通过实验数据、模拟数据和实测数据的对比表明数据的吻合程度较高,证明了数值模型的可行性.     

煤矿巷道喷涂柔膜技术及适用性

结合锚杆支护中常规金属网、喷射混凝土护表存在的问题,提出喷涂柔膜技术(简称喷膜).总结了喷膜技术的发展过程和国内外研究现状.开展了喷膜在不同养护期的拉伸性能测试,分析了材料的拉伸应力-应变关系,揭示了喷膜材料承载响应快、变形能力大的力学特性,进而确定了一种适用于煤矿巷道的非反应型聚合物水泥基喷膜材料.通过直接拉拔法,测...     

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.     

煤矿热动力灾害及特性

煤矿热动力灾害被分为瓦斯、火灾、煤尘等灾害分支,未能形成完整的体系,导致其防治缺少系统性和综合性。对国内外发生的煤矿重特大事故进行了系统调研与总结,提出了煤矿热动力灾害概念,构建了煤矿热动力灾害学内容体系。重点对煤矿热动力灾害中的一些热点问题进行了分析,指出了在瓦斯与煤着火的复合灾害、低瓦斯矿井的安全性、抽采瓦斯在防治瓦斯事故中的作用、事故与管理的关系、注惰性介质防灭火的有效性、矿井隔爆设施的作用、事故中的人员逃生等问题上的认识误区。     

The control of coal mine gas and coordinated exploitation of coal bed methane in China

Based on the characteristics of the coalfield geology and the distribution of coal bed methane (CBM) in China, the geological conditions for exploiting the CBM and draining the coal mine gas were analyzed, as well as the characteristics of CBM production. By comparing the current situation of CBM exploitation in China with that in the United States, the current technology and characteristics of the CBM exploitation in China were summarized and the major technical problems of coal mine gas control and CBM exploitation analyzed. It was emphasized that the CBM exploitation in China should adopt the coal mine gas drainage method coordinated with coal mine exploitation as the main model. It was proposed that coal mine gas control should be coordinated with coal mine gas exploitation. The technical countermeasure should be integrating the exploitation of coal and CBM and draining gas before coal mining.     

Numerical simulation of excess-enthalpy combustion flame propagation of coal mine methane in ceramic foam

Based on the assumption of a local non-equilibrium of heat transfer between a solid matrix and gas,a mathematic model of coal mine methane combustion in a porous medium was established,as well the solid-gas boundary conditions.We simulated numerically the flame propagation characteristics.The results show that the flame velocity in ceramic foam is higher than that of free laminar flows;the maximum flame velocity depends on the combined effects of a radiation extinction coefficient and convection heat transf...     

煤表面与CH4，CO2相互作用的量子化学研究

利用量子化学从头计算方法研究了煤表面与CH₄，CO₂分子间的作用能，发现二者在煤表面的吸附都属于物理吸附，且煤表面对CO₂分子的吸附势阱远大于对CH₄分子吸附势阱，说明CO₂在煤表面的吸附更稳定，从而在微观上解释了煤对CO₂吸附能力大于对CH₄的实验现象.     

Prevention of explosion in coal mine and management of coal mine gas

There are many problems in terms of safe coal production and the sound development of the coal industry. Accompanying the intensification and increasing efficiency of coal production and the conducting of mining operations at deeper and more remote areas of mines, the efficient recovery and utilization of Coal Mine Methane (CMM) is an important issue in improving and stabilizing the productivity in the coal mining industry with high levels of gas, where the incidence of gas outbursts is increasing. We plan to study various aspects of the development of production technology and characteristics of the mine site. This is to establish the technology for highly efficient coproduction coal and gas operation rate. As a result, the productivity at the coal mine face will increase due to the reduction in gas emissions in the mining face. Effective use of recovered gas can be expected to reduce global warming by reducing the amount of coal mine methane gas emission in the air.     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

煤矿乏风的蓄热逆流氧化

用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化反应进行试验,考察了CH₄体积分数、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响.结果表明：当CH₄体积分数大于0.2％时,蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应,氧化率在99％以上,且能够回收一定的热量;随CH₄体积分数和乏风流量的增加,氧化装置中心区温度升高,高温区域扩大,有利于氧化反应的进行;最佳换向周期范围为90～150 s;煤矿乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右.     

马依东井田煤质特征浅析

通过对马依东井田大量基础性煤质资料的整理,系统分析了该井田可采煤层的煤质特征及变化规律,并指出了煤的利用方向。