矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律初步研究

总结了中国煤矿瓦斯爆炸事故发生原因,分析了煤矿瓦斯爆炸事故致害因素。指出瓦斯爆炸事故中,导致人员大量伤亡的主要原因是CO等毒害气体的中毒和窒息,瓦斯爆炸毒害气体传播规律研究对瓦斯爆炸事故预防和防止瓦斯爆炸事故范围扩大意义重大。瓦斯爆炸是一个非常复杂的瞬间化学反应过程。根据矿井通风网络的具体情况,在高斯模型的基础上,提出了适合矿井瓦斯爆炸毒气传播规律的数值计算模型。     

煤矿瓦斯爆炸有害气体传播规律分析

瓦斯爆炸是煤矿应急救援的重点和难点,其破坏效应主要体现在火焰锋面、冲击波和爆炸产生的有害气体,其中有害气体造成人员伤亡最多。对瓦斯爆炸产生的有害气体成分进行分析,对有害气体扩散规律进行总结,建立瓦斯爆炸有害气体传播模型,为事故应急救援提供了理论基础,提高了煤矿应急救援能力和效率。     

煤矿瓦斯爆炸传播规律的研究进展

介绍了我国煤矿事故的基本情况,重点分析了国内外对瓦斯爆炸传播规律的研究成果,在此基础上提出了该领域今后研究的几个方向。     

矿井瓦斯爆炸传播的试验研究

通过用实验方法，在断面积7.2m^2的方形断面巷道中进行了瓦斯爆炸的传播特性研究。研究结果表明，瓦斯爆炸火焰区长度大于瓦斯积聚区长度，两者之比为1:(3～6)，瓦斯爆炸传播路线上各点压力上升到最大值需要一个延迟时间。研究结果对瓦斯爆炸事故勘察和阻隔爆技术措施设计有一定的参考价值。     

瓦斯爆炸沿井巷网络传播规律的研究进展

瓦斯爆炸是煤矿最为严重的灾害事故之一,对瓦斯爆炸传播规律的研究成果进行分析总结,研究分析瓦斯爆炸传播的物理机制以及数值模拟,对瓦斯爆炸传播规律的研究状况及存在问题进行分析,并对瓦斯爆炸的研究发展方向进行展望,旨在为我国煤矿瓦斯爆炸事故的防治提供决策和依据。     

掘进巷道内瓦斯爆炸传播规律

针对矿井瓦斯安全现状的变化,借助管径0.1 m×0.1 m、管长20 m的实验管道模拟研究了掘进巷道内瓦斯爆炸的传播规律。研究结果表明:掘进巷道内局部瓦斯超限爆炸后,火焰传播速度会先增长后衰减,最大爆炸超压峰值沿传播方向上呈现"双凹形"的分布规律,最大爆炸超压峰值和火焰传播速度的相互关系可分为4段。     

基于FLUENT巷道拐角瓦斯爆炸火焰传播规律分析

以白杨沟煤矿瓦斯爆炸事故为研究背景,采用数值模拟的方法分别建立不同巷道拐角、不同瓦斯填充长度时的数值计算模型,分析火焰传播速度与巷道拐角、巷道内瓦斯填充长度之间的关系,得到瓦斯爆炸火焰在通过巷道拐角时的传播规律。对有效、全面预防矿井瓦斯爆炸事故、降低瓦斯爆炸事故造成的损失及瓦斯爆炸事故调查取证具有非常重要的指导意义。     

矿井特殊气体对瓦斯爆炸特性的影响

瓦斯爆炸是煤矿重大灾害之一。矿井火区中微量气体成分对瓦斯爆炸极限及其它爆炸参数有显著影响,利用自行研制的配气系统和20 L球形爆炸系统,选用3种特殊气体成分作为代表气体,通过实验进行了对比研究。实验结果表明,氢气、异丁烷、正己烷都会对瓦斯爆炸特性产生较大影响,其中正己烷对甲烷爆炸下限影响较大,氢气对甲烷爆炸上限影响较小,最大爆炸压力指数影响的顺序为氢气>正己烷>异丁烷。     

不同角度管道瓦斯爆炸火焰传播规律试验研究

为了得到复杂巷道中瓦斯爆炸火焰的传播规律,利用实验室管道模拟矿井下不同角度的巷道,通过不同条件下的瓦斯爆炸试验,利用数据自动采集设备记录不同角度管道中火焰的传播情况,得出瓦斯爆炸火焰传播与管道弯曲角度的关系,为矿井瓦斯爆炸事故的救援及调查、减少事故发生和损失提供参考。     

瓦斯爆炸火焰传播的研究进展

瓦斯爆炸是煤矿最为严重的灾害事故之一,为了有效的预防瓦斯爆炸事故的发生,有必要对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律进行研究。对瓦斯爆炸火焰传播规律及其影响因素的研究现状和存在的问题进行了分析,概括出目前瓦斯爆炸火焰传播规律及其影响因素的研究成果,并对瓦斯爆炸火焰传播的研究发展方向进行展望,旨在为我国煤矿瓦斯爆炸事故的防治提供决策和依据。     

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。     

煤尘爆炸传播特性的实验研究

用实验方法,在长1.5 m、直径0.3 m的爆炸腔体与80 mm×80 mm方形断面管道对接的实验装置中进行煤尘爆炸传播特性研究。研究结果表明,爆炸火焰区传播距离远大于原始煤尘积聚区长度,爆炸传播过程中各测点冲击波压力出现先“升”后“降”变化,冲击气流衰减变化与爆炸煤尘量和断面有关,爆炸毒害气体并非一开始就扩散传播,而是在动压作用下冲击一段距离后开始扩散,可能存在膨胀极限区。     

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。     

含弱约束结构受限空间甲烷爆炸及传播特征实验研究

为研究含弱约束受限空间内甲烷爆炸压力升高及沿扩散管的传播特征,对不同体积分数甲烷的爆炸特征参数进行了系列实验。获得了含弱约束结构受限空间在不同浓度甲烷爆炸时的压力升高规律,研究表明,含弱约束受限空间内的甲烷爆炸压力升高趋势类似封闭空间,但压力峰值远小于封闭空间,封闭空间最大压力是含弱约束结构空间的3.2倍。由于若约束结构的存在,甲烷体积分数较低时破膜压力较大,腔体内高压持续时间较短,而接近爆炸当量浓度时腔体内高压持续时间增长。扩散管中的爆炸压力和火焰传播规律随甲烷体积分数变化呈现明显不同。在实验条件下,当甲烷体积分数低于7.0%时,破膜激波与火焰锋面时间差最大为5.255 ms,扩散管中的火焰主要为膨胀火焰。而甲烷体积分数高于7.4%时,破膜激波与火焰锋面时间差为28~40 ms,说明在管外发生了二次爆炸,以湍流火焰为主。爆炸压力的沿管道传播则分为3种情况,甲烷体积分数低于7.0%时,爆炸压力随传播距离增大而减小;甲烷体积分数为7.4%和11.0%时,爆炸压力随传播距离增大呈线性增大;甲烷浓度为当量浓度时,其压力传播特征类似于全管道甲烷爆炸的特征,随传播距离呈现锯齿形增大。实验结论对天然气长输管道、LNG和CNG储罐检修过程中的爆炸事故预防和含弱约束结构的其他气体泄爆具有参考意义。     

瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律及分析

为了探索瓦斯爆炸在分岔管道中的传播规律,通过实验测定了瓦斯爆炸在分岔管道中传播的爆炸波超压值和火焰传播速度,并对瓦斯爆炸在分岔管道中的传播进行了理论分析.研究结果表明,管道分岔对瓦斯爆炸的火焰和超压都有增强的作用,火焰和爆炸波对分岔处管壁的破坏特别大.因此在矿井巷道开拓设计时,应尽量避免巷道分岔,同时避免巷道内障碍物的堆积.在必须分岔时,应根据分岔巷道瓦斯爆炸传播规律来采取相应的预防措施,以阻止瓦斯爆炸的传播和降低强度,减少瓦斯爆炸带来的损失.     

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.     

瓦斯煤尘爆炸传播特性的实验研究

在断面为7.2 m²、长为658 m的实验巷道内,用cs2092H多通道动态数据采集分析仪,模拟煤矿掘进巷道,对瓦斯、煤尘爆炸过程中的爆炸冲击波能量、传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围进行了实验研究.结果表明,瓦斯、煤尘爆炸压力波衰减慢,爆炸传播距离远,且传播距离随瓦斯数量以及瓦斯、煤尘分布的变化而变化.与瓦斯爆炸相比,煤尘爆炸的剧烈程度强,坑道中煤尘的焦化明显,且可燃物灼烧情况可作为瓦斯煤尘爆炸的爆源点确认判据.     

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.     

密闭管内甲烷-煤粉复合爆炸火焰传播规律的实验研究

在1.2 m长竖直爆炸管内对不同初始条件下的甲烷－煤粉混合物进行了弱点火火焰传播实验。分别考察了甲烷浓度、煤粉浓度、煤粉粒径以及点火延迟时间对复合爆炸火焰传播特性的影响。结果表明,煤粉的存在使得纯甲烷在空气中爆炸火焰传播速度显著增大,最大火焰传播速度出现在距离点火端0.425 m（长径比等于6）处;火焰传播至长管末端壁面后,爆炸压力达到最大值;甲烷浓度越接近化学当量比,火焰传播速度越快;火焰传播速度随煤粉浓度和点火延迟时间的变化趋势为先增大后减小,最佳煤粉浓度为500 g/m³,最佳点火延迟时间为500 ms;在一定粒径范围内,火焰传播速度随着煤粉粒径的增大而减小。