爆炸冲击波在复杂坑道内传播规律的数值研究

研究二维爆炸流场中空气冲击波在复杂坑道内传播的机制.对多物质流采用Euler方法和NND格式,对爆轰产物采用JWL状态方程;自行编制二维爆炸模拟计算程序.试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸冲击波在坑道内传播的详细过程.结果表明:采用穿廊式出入口,可以削弱进入坑道内55%的空气冲击波强度;采用穿廊加扩散室可以削弱进入坑道75%的冲击波强度.     

爆炸冲击波绕过墙体的数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计与加固提供依据和参考。     

爆室内爆炸流场演化与壳体动力响应的数值模拟

为了研究中心装药爆炸后爆炸冲击波的产生、传播和壳体的动力响应的全过程,针对内爆炸载荷的特点,运用三维有限元编码与现场实测的方法对爆室内冲击波流场的演化及壳体动力响应规律进行了研究。结果表明:内爆炸加载容器的动力响应主要取决于首次压力脉冲;壳体的最大应变由近爆点向远爆点方向逐渐降低。研究结果为同类型爆室的工程设计提供了参考。     

φ800爆炸激波管试验段反射压力与装药量的关系研究

为了检验透明装甲的抗爆炸冲击波性能,需要建立装药量、入射压力与反射压力的关系。为此,利用φ800激波管进行调试试验和正交试验,在获得了不同装药量与相对应的压力等级基础上,先后进行了7次不同装药量的爆炸试验。用激波管外壁上的压力传感器实测了冲击波波形,并取得了相应入射与反射压力参数。通过分析冲击波波形可知,距堵板表面0.5 m处入射压力可以代替堵板表面入射压力。通过对比透明装甲上的实测反射压力值与正反射压力公式计算反射压力值,验证了公式的适用性和适用范围。通过整理试验数据,得出了装药量与透明装甲表面反射压力的关系。     

高富水条件下下向抽采钻孔防水技术

基于顾北矿4煤层顶底板富水丰富,造成下向钻孔施工困难,瓦斯抽采效果不佳,研究了高富水条件下下向钻孔的成孔、护孔、封孔、排水等工艺。研究结果表明:采用注浆防水和排水措施的5#钻场平均单孔流量约是未采取措施的2-3#钻场的2倍。5#钻场初始平均单孔浓度是2-3#钻场初始平均单孔浓度的10倍,经过14 d抽采,仍然保持在到4倍以上。采用注浆和排水措施显著提高了下向钻孔抽采瓦斯的效率。     

腔体影响全巷道甲烷爆炸冲击波传播的特性

近年来,国内外学者对甲烷爆炸抑爆技术主要分为主动式和被动式两大类,对煤矿甲烷抑爆的发展产生了积极的影响,而现有被动式抑爆技术通常是一次性,对于全巷道瓦斯次生爆炸失效,主动式响应时间长,维修成本昂贵。为探索巷道结构对甲烷爆炸传播性能影响,以数值模拟方法对800 mm×500 mm×200 mm和500 mm×500 mm×200 mm(长×宽×高)双腔体进行分析,发现该腔体具有良好的消波效果。选用与数值模拟一样尺寸腔体结构,使用钢质材料加工成串联的双腔体作为试验腔体,ABC干粉作为抑爆剂,并与部分充填甲烷腔体进行对比分析,从火焰速度、火焰持续光照强度和爆炸波峰值超压的影响情况来判定抑爆效果。结果表明:数值模拟发现,甲烷爆炸在双腔内的传播过程,火焰传播过程经历熄灭与再次点燃阶段,腔体中的爆炸波被分批次传送出;2号腔体进一步提高了熄火、消波性能;腔体通过爆炸波的折射、反射和叠加等综合作用有效抑爆,在两腔体内来回震荡,在此过程中,预混气体耗尽火焰消失,爆炸波被分批传出。试验发现,双腔体对甲烷爆炸波传播有抑制作用,全充填甲烷的火焰大小和爆炸波峰值超压比部分充填甲烷腔体时衰减率均降低,耦合干粉提高...     

爆炸荷载作用下煤体裂纹扩展机理模型实验研究

为研究煤体在柱状装药爆炸荷载作用下裂纹扩展机理,以Froude比例法为指导,建立煤层预裂爆破的模型实验。得到爆炸波在模型介质中传播的压力波形及模型表面加速度、应变、位移波形。描述模型在爆炸荷载作用下的宏观破坏现象。研究结果表明:模型实验与现场试验结果基本一致;裂纹主要是由压缩波与卸载波共同作用形成的;裂纹扩展方向与炮孔轴线方向垂直。     

腔体消波机理数值模拟及其耦合抑爆剂抑制爆炸试验研究

以数值模拟方法对500 mm×500 mm×200 mm(长×宽×高)腔体进行分析,发现该腔体具有良好的抑制瓦斯爆炸冲击波的效果。考虑到井下瓦斯爆炸可能引起煤粉二次爆炸,从而进行岩粉、水、MCA粉(三聚氰胺氰尿酸盐)在铺设煤粉条件下耦合腔体的对比试验,从煤粉二次爆炸、爆炸火焰和爆炸冲击波峰值超压的抑制情况来判定抑爆效果。由实验结果,100 g MCA粉和500 g岩粉可完全抑制煤粉二次爆炸,140 g MCA粉和600 g岩粉可完全抑制爆炸火焰,600 g水既不能完全抑制煤粉二次爆炸也不能完全抑制爆炸火焰,100 g的MCA粉、岩粉、水的抑制率分别为24.95%,-10.08%,5.54%。由此得出结论MCA粉耦合腔体各方面抑爆效果最优,岩粉对抑制煤粉二次爆炸和抑制爆炸火焰的性能优于水,水在抑制爆炸冲击波峰值超压的效果优于岩粉。     

潘三矿立井揭煤瓦斯抽采模拟研究

瓦斯抽采对于立井揭突出煤层起到重要的作用,准确的确定钻孔瓦斯有效抽采半径和合理的在待抽煤层中布置抽采钻场对煤层消突具有关键性作用。基于多孔介质中流体流动达西定律理论,采用COMSOL Multiphysics软件对该煤层瓦斯抽采进行了模拟。模拟结果表明,此煤层的瓦斯有效抽采半径为3 m,随着抽采时间的增加,煤层瓦斯压力逐渐的降低,但降低的速率会逐渐的减小。瓦斯抽采30天后,其残余的瓦斯压力为0．18 MPa ,这与现场实测的最大残余瓦斯压力0．2 MPa相接近,这说明了模型的可信性,其模拟结果可为瓦斯抽采设计提供参考。     

潘谢煤田13-1煤层煤岩冲击动力学性能及本构关系的建立

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）对潘谢煤田张集煤矿13-1煤层煤岩进行了不同应变率的冲击压缩实验,结果表明：煤岩动态应力-应变曲线表现出显著的应变硬化与应变率硬化等动态力学特性,煤岩峰值应力及动态弹性模量均随应变率提高而提高,得到了其动态强度与应变率的关系表达式。基于实验结果,通过改进朱－王－唐模型,建立了反映煤岩峰值应力前动态应力-应变关系的本构方程。通过数据拟合,获得了本构方程的相关参数,拟合参数表明：煤岩材料对高应变率的响应具有敏感性,在高应变率条件下气煤比无烟煤表征更明显的脆性特征,即气煤破坏应变更小。利用Fortran语言开发了VUMAT煤岩材料子程序,并对煤岩SHPB实验进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。