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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

瓦斯与煤尘混合物爆炸特性数值模拟仿真

运用Fluent对瓦斯煤尘混合物爆炸过程进行了数值模拟,并对爆炸过程中爆炸超压和火焰温度,进行了分析.结果表明:在爆炸初始3ms内的火焰温度上升速率达到了3 000K/ms,火焰最高温度达到了3 400K.瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压随着煤尘粒径的增大而减小;当瓦斯浓度为5%,煤尘浓度为390g/m3时,瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压值最高.该模拟仿真系统的仿真结果为预防煤矿瓦斯、瓦斯煤尘爆炸提供数据基础和参考.     

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.     

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%.     

水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸压力的研究

为研究水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸对压力的影响,防控煤矿瓦斯爆炸的发生,利用自制的水平管道式气体-粉尘爆炸测试装置研究了不同甲烷-煤尘配比浓度、煤尘粒度下,爆炸压力的变化.结果表明:随着甲烷和煤尘配比浓度的增加,最大爆炸压力先增大后减小,当甲烷-煤尘配比浓度为5%甲烷、400 g/m3煤尘浓度时爆炸压力达到最大;各甲烷-煤尘配比浓度所对应的最大爆炸压力不同,最大爆炸压力的增幅与降幅有显著的差异,最大分别为42%和52%;煤尘粒径与爆炸压力之间呈线性减小关系,在43~125μm范围内,煤尘粒径越大,爆炸压力越小.     

一般空气区内煤尘爆炸冲击波在弯道内传播规律研究

煤尘爆炸冲击波传播规律是研究冲击波的破坏和伤害机理的前提及依据,基于流体动力学、爆炸动力学理论研究巷道转弯情况下煤尘爆炸冲击波传播规律.依据斜激波在弯道内的传播规律,建立了在巷道转弯情况下一般空气区煤尘爆炸冲击波传播的数学模型,推导出冲击波在弯道内传播规律的表达式.采用冲击波波阵面后突跃的参数来表征冲击波,进而推导出冲击波在巷道转弯时的传播规律的简化公式,分析得出冲击波初始压力、转弯角度越大衰减系数就越大,与试验结果进行对比分析,验证了理论推导的结果.     

点火延迟时间对铝粉爆炸压力的影响研究

在实验室自行设计的水平管道式粉尘爆炸装置中,利用高压电极点火,在不同点火延迟时间对3种粒度铝粉的爆炸压力进行了实验研究.结果表明:随着点火延迟时间的增大,铝粉的最大爆炸压力和最大压力上升速率先增大后减小;存在一个最佳点火延迟时间使得最大爆炸压力和最大压力上升速率的值最大.而且铝粉粒度越大,最佳点火延迟时间越小.同时,还存在一个可爆延迟时间范围,随着铝粉粒度的改变,该延迟时间范围也会发生相应的变化.最后,从理论上对实验结果进行了定性分析.     

金属丝状材料对预混气体爆炸影响规律研究

在自主设计加工的气体爆炸瞬态压力实验装置中,填充Cu、Al、Ni、Fe金属丝状材料后分别进行甲烷-空气(体积比为12%)和丙烷-空气(体积比为8%)预混气体的密闭爆炸实验,测定爆炸瞬态压力变化情况并进行对比分析。研究结果表明:填充金属丝状材料后爆炸压力峰值明显减小,说明能够有效地抑制可燃气体的爆炸;不同金属丝状材料的抑爆效果有明显的差异,其中Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能明显优于Cu、Al金属丝状材料;随着可燃气体的分子质量的增加,Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能优于Al、Cu金属丝状材料抑爆性能的现象更加明显。     

铝镁合金抑爆材料和抑爆性能研究

针对挥发性可燃液体在运输储存过程中存在的爆炸危险和引发火灾的问题,采用了充填铝镁合金抑爆材料以减小爆炸压力的方法.介绍了铝镁合金抑爆材料的性能、原理,并通过实验测试验证了该方法的有效性;研究了在不同留空容积和不同装设密度状态下的抑爆效果,为该材料的安全使用提供了重要的实验数据.     

Investigation on the Determination of Initial Shock Pressure at Near Interface Field of TNT Charge and Water for Underwater Explosion

There are few report on the directly measurement of the initial shock pressure of explosive charge at its interface of water for underwater explosion. The special technologies have been taken to the measurement system with manganin piezoresistive gauge （PRG） in order to measure the initial shock pressure at the interface and its near field of TNT chare and water. The free-holding PRG film gauge can directly determine the shock peak pressure at the interface and near field of TNT charge up to 12.85 GPa, which is satisfying for the good agreement to the 12.97 GPa with one dimensional theoretical analysis and 12.86 GPa with numerical simulation. The maximum discrepancy is 0.93 %. The results show that it is precise and reliable to determine the initial shock pressure of underwater explosion charge with the PRG technology.     

抑爆器缓冲器的平衡压力试验研究

抑爆器是工业、仓储等常用的重要安全设备。缓冲器作为自产气式抑爆器的动力源,其平衡压力影响着腔内推进剂的燃烧速度,推进剂的燃烧速度决定了抑爆器喷粉效果,从而决定了抑爆器的抑爆能力。为了有效控制缓冲器的平衡压力,通过实验测试,对测试结果拟合得出计算平衡压力的半经验公式。在设计缓冲器时可以通过该半经验公式计算缓冲器的平衡压力。     

煤与瓦斯突出的压力容器物理爆炸假说

根据掘进工作面前方支承压力分布特征,建立了掘进工作面前方煤体的压力容器模型．通过分析认为,该模型满足压力容器爆炸的2个条件：气体迅速膨胀和容器壁脆性断裂．进而,基于压力容器发生物理爆炸前的孕育、爆炸后的能量及破坏能力,解释了煤与瓦斯突出的预兆、基本特点和一般规律,并分析了石门自行突出等问题的原因．最后,基于压力容器物理爆炸条件,给出了煤与瓦斯突出的预测指标和防突施工的努力方向,并对已有防突措施进行分析和评价．煤与瓦斯突出的压力容器物理爆炸假说的提出,对揭示煤与瓦斯突出机理具有重要意义．     

天津港“8·12”特大火灾爆炸事故建筑物及非结构构件破坏特征

为了研究分析天津港“8·12”特大火灾爆炸事故对建筑物及非结构构件造成的破坏特征,为城市防灾规划中安全距离划定提供依据,在详尽的灾害现场调查及相关数值计算基础上,建议了一种综合描述近场和远场冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式。通过与实际建筑物及其玻璃的破坏情况的对比验证,并根据爆炸能量大小和距爆炸源的距离不同,以及可能造成的人员伤亡情况,将灾害危害范围划分为不同的破坏等级,可为城市防灾规划编制提供借鉴。     

柴油蒸汽云扩散及爆炸风险的实验研究

在研发的液态烃类挥发及扩散实验平台上,检测了在密闭条件下,距液面上方0.4、0.8、1.2 m及1.6 m处柴油蒸汽云扩散变化规律,以及温度分别为30、60、90、120℃的柴油蒸汽云易爆敏感区的范围和达到爆炸限的时间。结果表明:在特定高度处,蒸汽云扩散稳定时蒸汽云体积分数与柴油温度之间呈对数关系;液面上方0.8 m左右为易爆敏感区,且蒸汽云体积分数达到爆炸限的时间与柴油温度呈指数关系;柴油温度增高,饱和蒸汽压及蒸汽云体积分数均增高。研究提供的液态烃类挥发及扩散实验平台,实现了对柴油泄漏后蒸汽云扩散分布、可爆炸蒸汽云生成的时间及范围的定量分析,实验结果可为柴油爆炸灾害的预警和控制提供指导。     

水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应分析

将船体梁视为两端自由的Ｔｉｍｏｓｉｈｅｎｋｏ梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体梁在水下爆炸于次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,以实船计算为例,进一步分析了二次脉动压力下舰船振荡响应的特性。     

爆炸特征时间的测量算法

阐述了煤矿井下瓦斯爆炸发生的条件．介绍了隔爆电机检测系统的组成模块．分析了爆炸的特征时间,提出了精确测量与统计爆炸特征时间的解决方案．