矿井瓦斯煤尘爆炸传播数值模拟研究

基于连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立瓦斯煤尘爆炸传播数理模型,并应用连续相、颗粒相计算方法,依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据,借助普遍应用的流场模拟平台,成功开发瓦斯、煤尘爆炸数值模拟系统。该系统可有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程,对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。     

瓦斯爆炸波在转弯巷道内传播特征的模拟

通过对淮南矿区某一掘进巷道瓦斯爆炸的数值模拟,得到了转弯巷道内瓦斯爆炸波的传播特征。对煤矿井下转弯巷道瓦斯爆炸波的传播规律的研究,有利于预防、抑制瓦斯爆炸事故发生,对确定爆炸后救灾决策和防灾减灾工作具有重大意义。     

煤矿长壁工作面瓦斯爆炸全尺寸模拟

为丰富煤矿事故调查内容和有效应用矿井阻隔爆技术,利用气体爆炸数值模拟软件FLACS建立原型尺度的采煤工作面巷道模型进行数值模拟,并结合事故调查资料,研究瓦斯爆炸火焰、冲击波超压和动压在直巷、转角、分叉等巷道结构中的传播规律和破坏特征。结果显示:巷道分叉提供的自由空间可显著限制爆炸火焰传播;巷道分叉及转角能有效降低冲击波超压;冲击波动压气流速度衰减在巷道分叉处较为明显,但对直巷和转角不敏感;携残片和毒烟的动压高速气流是灾区远场的主要致灾因子。定量的数值仿真结果对认识矿井原型尺度下瓦斯爆炸传播规律、再现事故场景、优化阻隔爆设施布置有一定借鉴意义。     

矿井瓦斯爆炸高速气流的破坏和伤害特性研究

针对煤矿瓦斯爆炸事故频发现状,基于爆炸动力学、流体动力学理论对巷道受限空间瓦斯爆炸冲击波波阵面后高速气流的传播特性进行分析,建立高速气流压力和速度关系的数学模型。结合在实验巷道中瓦斯爆炸高速气流压力实验数据,拟合瓦斯爆炸高速气流速度和传播距离的计算公式,其结果表明,井下瓦斯爆炸事故高速气流的传播速度随传播距离的增加而减小。依据我国陆地地面风力等级划分标准比照可得瓦斯爆炸高速气流的等级为飓风级,对井下人员伤害巨大。该研究成果为控制和预防瓦斯爆炸破坏和伤害事故扩大及事故应急救援提供了理论依据。     

煤矿巷道瓦斯爆炸传播规律及破坏效应分析

井下瓦斯爆炸的影响因素众多,随机性强,分析和研究瓦斯爆炸的传播规律只有通过巷道模拟实验的方法。通过对爆炸过程中爆炸压力、温度、速度等相关参数随时间、空间的变化规律的分析,进一步研究瓦斯爆炸的机理和破坏效应,在煤矿生产过程中采取合适的阻隔防爆技术措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。     

应急状态下矿井瓦斯爆炸致灾因子传播快速分类器研究*

为了在矿井瓦斯爆炸灾变发生后，快速确定瓦斯爆炸冲击波的压力、温度、有毒有害气体等致灾因子在井巷网络中的传播情况。利用CFD数值模拟或爆炸实验获得瓦斯爆炸冲击波的压力、温度、有毒有害气体等致灾因子传播大数据，将影响瓦斯爆炸传播的因素以及观测点等参数作为人工神经网络的输入节点，压力、温度等致灾因子作为输出节点，建立瓦斯爆炸致灾因子传播快速预测机器学习模型，解决CFD数值模拟的建模、计算及数据分析处理等过程耗时大、不适应灾变应急的快速响应等问题。研究结果表明:在给定爆炸位置和爆炸当量的均直巷道，获得任一点的爆炸冲击波压力、温度以及有毒有害气体所需时间是瞬时的，人工神经网络平均训练误差为6.92 %，有训练样本的验证误差为5.24 %，无训练样本的验证误差为6.88 %。     

瓦斯煤尘爆炸特性及传播规律研究进展

概要介绍国内外的瓦斯爆炸和瓦斯煤尘混合物爆炸特性及传播规律研究进展,瓦斯爆炸研究主要集中在瓦斯爆炸压力、火焰、温度等特征参数、不同障碍物对瓦斯爆炸压力、火焰传播的影响以及分岔、拐弯等不同形状管道内的传播规律,而瓦斯煤尘混合物爆炸研究主要集中在瓦斯对煤尘爆炸的最小点火能、爆炸下限、最大爆炸压力等爆炸特性及传播规律的影响。对不同研究人员采用的主要研究指标、手段、方法和研究结论进行综合评述,同时也对爆炸事故人员伤害模型在国内外的研究状况进行讨论,最后指出目前存在的主要问题和下一步的研究方向。     

障碍物压力反射特性对瓦斯爆炸传播影响的数值模拟研究*

为了研究不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播的影响机理，对直径0.2 m、长6.5 m的密闭直管道内的瓦斯爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:在该实验条件下，对于火焰通过整个管道的时间，方形障碍物时间最长，球形障碍物与无障碍物时间接近，且用时最短；无障碍物时，在反射压力波作用下火焰传播速度存在明显的波动特性；有障碍物时，障碍物的诱导作用要大于反射压力波的作用，火焰传播的这种波动特性得到抑制，提升了火焰前锋向未燃区域传播的能力；压力波的波动频率与气流震荡、压力波反射叠加有关，波幅则主要与正向压力波和反射压力波的叠加效果有关。研究结果为煤矿瓦斯爆炸事故防治及隔抑爆技术应用提供技术支撑。     

条形障碍物对瓦斯爆炸特性影响研究

我国煤矿瓦斯爆炸事故不断出现,造成了巨大的人员伤亡和经济损失,在置障条件下研究瓦斯爆炸特性,对预防和减少瓦斯爆炸事故具有重要意义。利用水平管道式爆炸试验装置,研究密闭管道内条形障碍物的数量和阻塞率对管道内瓦斯最大爆炸压力、火焰速度、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数的影响以及敞口状态的影响。研究表明:障碍物对瓦斯爆炸具有显著激励作用,管道内瓦斯最大爆炸压力、火焰速度、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数均显著增大,随着障碍物数量和阻塞率的增加,激励作用越明显;敞口状态下管道内最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数均显著减小,火焰持续传播。研究结果对防治煤矿瓦斯爆炸事故提供一定的理论支持。     

矿井瓦斯爆炸与预防

瓦斯事故分为煤与瓦斯突出事故和瓦斯爆炸事故.其中瓦斯爆炸事故一次造成的死亡人数最多,易发生重大、特大事故,因此,如果能有效的预防瓦斯爆炸事故,就能有效地控制的煤矿事故的发生.论述了发生瓦斯爆炸的条件以及预防措施.     

煤矿火灾烟气流动传播过程仿真研究

煤矿发生火灾后会生成大量有毒气体并产生火风压,烟气在火灾动力的影响下出现状态紊乱,研究煤矿火灾烟气流动传播过程对控制火情有着重要意义。基于国内外研究现状,对燃烧及风流特点进行分析,建立了煤矿火灾烟气流动数学模型,并利用CFD软件进行仿真。研究表明:无通风工况下的烟气为对称流动;随着风速增加,出口处温度降低,烟气向风流入口处的流速减小。     

煤矿立风井防爆门发展现状分析

煤矿风井防爆门是保护主通风机的重要安全设施。在本世纪以来的重大煤矿爆炸事故中,因风井防爆门设计缺陷造成事故扩大化的问题屡有发生,使得煤矿风井防爆门受到多方关注和重视,并获得快速革新和发展。梳理了国内外煤矿风井防爆门相关法规和标准的制订情况,分析了十多种典型煤矿立风井防爆门的结构、特点和防爆工作原理,介绍了相关理论和试验研究成果。在此基础上,着重分析指出了风井防爆门发展中存在的问题,并提出了解决问题的方向和思路。     

Effect of scale on the explosion of methane in air and its shockwave

Explosion experiments using premixed gas in a duct have become a significant method of investigating methane-air explosions in underground coal mines. The duct sizes are far less than that of an actual mine gallery. Whether the experimental results in a duct are applicable to analyze a methane-air explosion in a practical mine gallery needed to be investigated. This issue involves the effects of scale on a gas explosion and its shockwave in a constrained space. The commercial software package AutoReaGas, a finite element computational fluid dynamics (CFD) code suitable for gas explosions and blast problems, was used to carry out the numerical simulation for the explosion processes of a methane-air mixture in the gallery (or duct) at various scales. Based on the numerical simulation and its analysis, the effect of scale on the degree of correlation with the real situation was studied for a methane-air explosion and its shockwave in a square section gallery (or duct). This study shows that the explosion process of the methane-air mixture relates to the scales of the gallery or duct. The effect of scale decreases gradually with the distance from the space containing the methane-air mixture and the air shock wave propagation conforms approximately to the geometric similarity law in the far field where the scaled distance (ratio of the propagation distance and the height (or width) of the gallery section) is over 80.     

矿井瓦斯控爆技术及材料研究进展

瓦斯爆炸灾害防治一直是我国煤矿安全研究的热点、难点。通过对国内外相关文献总结分析,从瓦斯抑爆装置、抑爆介质及抑爆机理3个方面综述了目前国内外矿井瓦斯抑爆技术及抑爆材料的研究现状,提出了未来的发展方向。研究结果表明:瓦斯抑爆技术的有效性和可靠性主要取决于抑爆介质的物理化学性质、控爆空间几何参数、爆炸特性参数和抑爆系统中爆炸探测方式等因素;结合瓦斯爆炸链式反应理论和探测技术的发展,研究应更多地关注抑爆过程的微观特性,揭示其详细的抑爆作用机理,为探寻新型高效、绿色抑爆材料提供更有力的理论支持。     

受限空间煤尘爆炸毒害气体传播伤害研究

为减少煤矿煤尘爆炸后毒气对人的危害,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,研究了煤尘爆炸后毒气的传播伤害规律。基于质量守恒定律与空气动力学理论,建立煤尘爆炸后风流作用下的毒害气体在受限空间内的数学传播模型,得到巷道内毒气传播的弥散系数,计算出沿爆炸传播方向毒气浓度随距离变化的关系,划分伤害三区并推导出相应的伤害范围计算公式。研究表明:毒气传播的峰值点随风流方向移动,其峰值点浓度逐渐变小。     

尿素合成塔爆炸事故机理的研究

尿素合成塔工艺条件复杂,体积庞大,内部物料状态复杂,需要在高温、高压下操作,国内外曾发生过几起著名的尿素合成塔爆炸事故,事故后果非常严重。工艺条件的复杂性加大了事故分析的难度,目前对事故原因众说纷纭。利用数值模拟软件,对尿素合成塔爆炸过程进行研究,对爆炸机理进行分析,对事故发生的原因进行探讨,为预防同类事故提供一定的依据。分析了顶部气相空间爆炸性混合体系的形成和爆炸过程,结合数值模拟得出关键点的压力变化和气相冲击波最终的压力,依据能量守恒推导出液相中冲击波的压力。利用数值模拟得出冲击波在液相中的传播速度和叠加的情况,综合反射、直接透射两部分冲击波进入液相的时间差,找到位于筒体底部的叠加点,冲击波在该处叠加造成筒体破裂,过热液体瞬间气化喷出,引发破坏更大的二次蒸汽大爆炸。     

实验室煤与瓦斯突出模拟试验回顾及展望

为借鉴国内外煤与瓦斯突出模拟试验研究成果,查阅大量相关文献,进行分析和总结。以人们对煤与瓦斯突出试验研究的深入程度为主线,将实验室煤与瓦斯突出模拟试验的研究历程进行阶段划分。研究表明:20世纪50—60年代,成功诱导了突出,初步考察诸因素对突出的影响;70—90年代,深入探究突出发生的力学判据及突出过程,并提出数十种有关突出机理方面的假说;21世纪初,以组建三维模拟试验台进行试验为特点,大大提高了模拟试验条件与现场的相似度,但在力学加载系统的稳定性和可调性、模型的整体密封性、测试探头的精度等方面仍需改进。