瓦斯煤尘耦合二次爆炸火焰传播实验

为揭示瓦斯爆炸与沉积煤尘耦合二次爆炸中瓦斯火焰的传播特性,利用瓦斯煤尘管道爆炸实验系统,测试爆炸火焰传播与冲击波诱导沉积煤尘扬起二次爆炸的关系。实验结果表明:瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸的关键在于瓦斯爆炸火焰的传播速度和距离,爆炸冲击波先行激起沉积煤尘,而后与到达的爆炸火焰耦合形成二次爆炸;瓦斯浓度一定时,爆炸火焰传播距离取决于瓦斯聚集长度,一般为原聚集长度的3～5倍,化学当量瓦斯爆炸火焰传播速度最快;一定条件下,浓度不同而化学当量接近9.5%的瓦斯爆炸峰值压力大、火焰传播快,极易诱导煤尘参与二次爆炸。研究结论可为煤矿瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸提供隔爆、抑爆的理论和技术支持。     

半封闭受限空间煤尘与瓦斯耦合爆炸研究

煤尘参与的瓦斯爆炸事故具有很强的破坏性和伤害性,是煤矿的重大事故之一.用一端开口的半封闭管道爆炸实验装置,通过改变瓦斯与煤尘耦合爆炸浓度及点火条件,揭示受限空间瓦斯与煤尘耦合爆炸的规律.实验结果表明,封闭下的耦合体爆炸火焰传播速度较开口状态达到极值快,但极值点距点火位置较近,开口爆炸火焰传播距离是积聚耦合体长度的2倍左右;瓦斯参与的煤尘爆炸,爆炸相对强度随瓦斯浓度的增加而增加,传播距离更远;理论推导瓦斯与煤尘耦合爆炸超压传播距离与爆炸能量的平方根成正比,与巷道断面积的平方根成反比,研究结果为防治瓦斯爆炸、事故勘验以及阻隔爆装置的研制提供了可靠的实验数据.     

不同间距障碍物下瓦斯爆炸特性的实验研究

利用自建的模拟煤矿巷道的水平管道式气体爆炸实验系统,在置障条件下对瓦斯爆炸特性进行实验研究,改变内置障碍物的间距,研究其对瓦斯爆炸压力及火焰传播速度的影响规律.结果表明:瓦斯爆炸压力随着障碍物间距的增加呈现缓慢递增的变化规律;而火焰传播速度也随着障碍物间距的增加而递增.总体来说,障碍物间距的改变对爆炸压力的影响程度比其对火焰传播速度的影响要小一些.     

瓦斯爆炸火焰的分形特性

通过高速纹影图像从细观角度详细研究了不同传播条件下瓦斯爆炸火焰前锋的细微结构．实验及理论分析表明，瓦斯爆炸火焰有很好的分形特征．瓦斯爆炸火焰分形维数直接反应了火焰前锋皱折对火焰传播的影响．计算出的分形维数是衡量湍流火焰传播速度以及爆炸强度的有效参数．     

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.     

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.     

湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用

对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究。并利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响，在此基础上对湍流的形成过程进行了理论分析。研究结果表明，管路分叉，面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响，导致产生附加湍流，使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大；在管道内装加速环，将使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧，火焰的传播速度更大，激波生成的位置。最大点位置前移。强度增大，研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用。     

管道壁面散热对瓦斯爆炸传播特性影响的研究

在实验室对几何尺寸为80 mm×80 mm的爆炸钢质管道进行了研究,通过在内壁加贴绝热材料,采用高精度动态数据采集分析系统,测量爆炸过程中的火焰、爆炸波参数,研究了瓦斯爆炸过程中壁面散热对火焰传播速度、爆炸波超压峰值及爆炸波波速的影响.结果表明:壁面散热条件对瓦斯爆炸传播特性影响非常明显,内贴绝热材料管道的火焰传播速度和爆炸波超压值、波速均比光滑管道有大幅提高,并可诱导激波的产生,其原因是管道内贴绝热材料后,壁面散热大幅减小.减少的热量一部分通过导热、扩散向未燃气体传递,一部分通过膨胀做功使爆炸波强度增大,两者均使火焰传播速度、爆炸波强度增加.从爆炸能量特征及能量守恒的角度进行了理论分析,实验结论与理论分析相吻合.     

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     

瓦斯爆炸过程中火焰厚度的实验室测定及其分析

实验探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及障碍物、膜片位置和压力等的影响。结果表明,障碍物和膜片对瓦斯爆炸过程中火焰厚度具有重要影响。当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片距离源较近时,火焰厚度明显增大,火焰厚度越大,在其传播过程中对传播途径上的可燃物的点燃作用越大。研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸、减轻瓦斯爆炸灾害具有一定的指导意义。     

Effect of variation in gas distribution on explosion propagation characteristics in coal mines

In order to investigate the effect of variation in the distribution of gas on explosion propagation characteristics in coal mines, experiments were carried out in two different channels with variation in gas concentration and geometry. Flame and pressure transducers were used to track the explosion front velocity. The flame speed (Sf) showed a slight downward trend while the methane concentration varied from 10% to 3% in the experimental channel. The peak overpressure (Pmax) dropped dramatically when com-pared with normal conditions. As well, the values of Pmax and Sf decreased when the methane concentration dropped from 8% to 6%. The flame speed in the channel, connected to a cylinder with a length varying from 0.5 to 2 m, was greater than that in the normal channel. The peak overpressure was also higher than that under normal conditions because of a higher flame speed and stronger pressure piling up. The values of Pmax and Sf increased with an increase in cylinder length. The research results indicate that damage caused by explosions can be reduced by decreasing the gas concentration, which should be immediately detected in roadways with large cross-sections because of the possibility of greater destruction caused by more serious explosions.     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

Experimental and Numerical Study on the Gas Explosion in Urban Regulator Station

Regulator station is an important part in the urban gas transmission and distribution system. Once gas explosion occurs, the real explosion process and consequences of methane gas explosion in the regulator station were not revealed systematically. In this study, a full-scale experiment was carried out to simulate the regulator station explosion process, and some numerical simulations with a commercial CFD software called FLACS were conducted to analyze the effect of ignition and vent conditions on the blast overpressure and flame propagation. The experimental results demonstrated that the peak overpressure increased as the distance from the vent increased within a certain distance. And the maximum overpressure appeared 3 m away from the door, which was about 36.6 kPa. It was found that the pressure-time rising curves obtained from the simulation are basically the same as the ones from the experiment, however, the time of reaching the peak pressure was much shorter. The numerical simulation results show that the peak overpressures show an increase trend as the ignition height decreased and the vent relief pressure increased. It indicates that the damage and peak overpressure of gas explosion could be well predicted by FLACS in different styles of regulator station. In addition, the results help us to understand the internal mechanism and development process of gas explosion better. It also offers technical support for the safety protection of the urban regulator station.     

瓦斯传爆温熵图的应用

瓦斯传爆温熵图,是瓦斯传爆的能流界限图。采用它判别瓦斯与空气混合气体的爆炸危险性时,比用瓦斯浓度三角形更加全面、准确。     

壁面粗糙度对瓦斯爆炸火焰波传播的影响

在实验研究的基础上，分析了壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的重要影响．研究结果表明，壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程的影响很大，相比光滑管道，粗糙管的火焰速度大幅度提高；对于管道终端闭口系统和开口系统的瓦斯爆炸过程，壁面粗糙度对两种系统的影响规律是一致的，影响程度比较接近．基于壁面粗糙度对瓦斯爆炸影响的实验结论，从理论上分析了壁面粗糙度对高速传播的火焰区的影响，并对实验现象做出了合理解释．因此，在矿井开拓中，应尽可能减小巷道壁面的粗糙度．研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸，减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用．     

煤气浓度对其爆炸压力的影响研究

在理论分析及大量实验的基础上,探讨研究了煤气浓度与其爆炸压力的对应关系,结果表明,爆压沿煤气最佳浓度的两边递减,这对于深入认识多元爆炸性混合气体爆炸特性,预防这类爆炸事故的发生,具有一定的指导意义.