受限空间内爆炸波的波形演化特征分析

为了分析研究瓦斯爆炸波在巷道内传播过程中的演化特征,运用AutoReaGas软件模拟了爆炸波沿开口平直巷道的传播演变规律。研究结果表明:爆炸波从波形上看大致分为前驱冲击波、热压缩波及稀疏波;在爆炸初期爆炸波以接近声速的速度稳定传播;爆炸超压峰值整体呈现出先减小后增大的趋势。根据分析结果,在超压较大的区域应加强相应的预防措施,以减少瓦斯爆炸带来的损失。

深部大倾角综放面瓦斯与火灾共存防治技术研究

为解决赵各庄3237工作面瓦斯与自燃火灾共存的难题,采用数值模拟的方法探究了12#煤层上覆岩层垮落三带分布特征,确定了抽放的最佳位置。以CO与O2浓度为主要指标,以遗煤温度为辅助指标,对采空区自燃三带进行了划分,得出灌浆的最佳位置在采空区距工作面19.7m处。最后,提出利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料进行采空区堵漏和防火抑爆,利用高位巷和高位钻孔进行瓦斯抽采,降低工作面瓦斯浓度。

瓦斯爆炸压力与波前瞬态流速演化特征及其定量关系

为了建立爆炸波前的瞬态流速和超压的定量关系,采用数值模拟的方法分别研究了开口型方管内瓦斯爆炸超压和瞬态流速传播特征。研究结果表明:开口型方管内,波前瞬态流速和超压的波形曲线的峰值个数不一样,而且超压峰值总是早于波前瞬态流速峰值出现。大部分情况下,方管横截面边长越大,其超压峰值相对较小,并且超压峰值沿传播方向呈现降低趋势。波前瞬态流速峰值沿传播方向呈不断增长趋势,而且方管横截面边长越大,其峰值也相对较小。长径比(方管长度与横截面边长之比)小于125时,超压峰值与波前瞬态流速峰值的定量关系始终呈现线性反比关系;大于或等于125时,超压峰值和波前瞬态流速峰值的定量关系呈分段关系。研究结果可为爆炸冲击波扬尘的研究提供基础数据。

爆炸冲击波扬尘过程中的颗粒动力学特征

为研究爆炸扬尘过程中粉尘颗粒的运动特征,通过纹影仪以及高速摄像机,对粉尘的运动轨迹及其水平、纵向速度进行了分析。结果表明:粉尘颗粒的运动轨迹大体呈抛物线型,其上升过程中受到重力、气流曳引阻力等的作用,速度逐渐降低直至峰值高度,随后在重力作用下沉于管道底部;水平速度vx和纵向速度vy的发展趋势都可用指数函数描述;一定压力下,颗粒的初始位置对其轨迹有影响;冲击波前方的颗粒,受前方粉尘层的阻碍以及冲击波压力损失的影响,上扬过程较缓慢,最大扬尘高度减小,扬尘距离增大;此外,扬尘距离、vx和vy随压力的增大而增大,而最大扬尘高度减小。

转弯对管道内甲烷爆炸传播特性的影响研究

设计实验方案,测试不同转弯角度对管道内甲烷爆炸传播特性的影响。转弯角度分别为52°、90°和145°,测试不同转弯角度下管道内甲烷爆炸超压峰值及火焰传播速度的变化规律。结果表明,转弯之前,转弯管道内超压峰值的变化趋势及火焰传播速度与长直管道中基本一致;转弯处,超压峰值迅速增大,而火焰传播速度却大幅度降低;转弯后,转弯角度越小,超压峰值增幅越大,火焰传播速度加速度越大。

火成岩与断层群联合控制下瓦斯异常赋存规律

通过对塔山矿一、二盘区21个煤样的瓦斯含量、吸附常数等参数进行对比分析,结果表明:断层群对区域瓦斯赋存有明显的控制作用,导致一盘区瓦斯含量较低,二盘区瓦斯含量较高;在火成岩的影响下,煤的变质程度增大,吸附瓦斯的能力强;瓦斯含量最大值出现在火成岩侵入边界附近。研究结果可以为火成岩和断层群联合控制作用下瓦斯赋存机理研究及瓦斯治理工作提供参考。

管道分岔对甲烷爆炸传播影响的试验研究

利用80 mm×80 mm的钢管模拟三种分岔结构,通过动态数据采集仪分析甲烷爆炸发生后爆炸波、火焰在多种不同形式分岔中的传播情况,得出超压峰值、火焰传播速度与分岔形式之间的关系。研究发现:在分岔处,超压峰值大幅度升高、火焰速度大幅度降低;在分岔后,二者均呈迅猛增大的趋势。两直分岔管道引起的扰动大于两钝分岔管道。对于一钝一锐分岔管道,钝角分支内的超压和火焰速度均高于锐角分支,爆炸波对钝角分支造成的影响更严重。

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现:爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。

煤矿瓦斯爆炸冲击波多相破坏效应研究

建立了多相破坏的理论模型,提出了对于小试块的破坏特征分析采用碎块面积分布统计的方法来评估其破坏能力,开展了多相破坏验证实验.结果表明:随着爆炸破坏强度的增大,混凝土碎块的数量增多,特别是低于2cm2的碎块数量明显增多,而面积较大的碎块数量减少.对单一气相和气固两相破坏特征进行了实验对比分析,发现在爆炸冲击波传播方向和侧面,气固两相破坏都比单相破坏大,表现为碎块数量增多.

管道长度对爆炸波前流速与超压耦合关系影响研究

为了研究管道长度对瓦斯爆燃爆炸波前流速与超压耦合关系的影响,采用数值模拟的方法研究了封闭管道内爆炸超压与波前流速的传播特征。研究结果表明：不同长度下管道内的最终爆炸超压均趋于0.7～0.9 MPa之间;对于较短管道,流速峰值相对较小,流速峰值的下降趋势较平缓,流速在正负区间的振荡频率较快;对于较长管道,流速峰值相对较大,峰值下降趋势较快,振荡频率较慢;在15～20 m之间存在一个临界长度,当管长大于临界长度时,管道内会出现2个最低超压峰值,当管长小于临界长度时,则管内只会出现1个最低超压峰值;首次流速峰值与超压表现出良好的正比关系,通过拟合得到不同长度下首次流速峰值与超压的耦合关系。研究成果可为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供基础理论参考。