H型通风巷道瓦斯爆炸及泄爆过程模拟研究

为探究在H型巷道中瓦斯爆炸及泄爆过程中压力及风流流态的变化,运用Fluent对瓦斯爆炸冲击波破坏巷道正常通风的过程进行仿真模拟;对比分析爆炸前后巷道内CO2摩尔分数、温度及流体的运动方式,得到爆炸冲击波在巷道内的传播特征。研究结果表明:爆炸冲击波经巷道壁面反射后与正向冲击波叠加,增大了叠加区域的压力值;爆炸冲击波改变了联络巷内风流流动状态,使联络巷内气流由双涡旋模式向单涡旋模式变化;泄爆过程中瓦斯引爆区一侧巷道泄爆能力较大,爆炸产生的大量冲击波沿泄爆能力较大的巷道排出;爆炸结束后巷道能够恢复正常通风。     

倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与积聚的影响

基于计算流体动力学基本理论,利用Fluent软件,采用控制容积法对描述流体流动的控制方程进行离散,用SIMPLEC(协调一致的压力耦合方程组的半隐式方法)算法来解算流场,使用标准 k-ε 壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区使用标准双方程湍流模型,对倾斜巷道两帮煤壁涌出瓦斯情况下的瓦斯分布与积聚进行数值模拟,研究了风速和倾角不同时风流方向对巷道中瓦斯分布的影响规律.结果表明:倾斜巷道两帮煤壁涌出瓦斯情况下巷道两帮煤壁附近及其上部的两个角上容易积聚高浓度瓦斯,且同一个横断面上部的瓦斯浓度比下部高;风速越大、巷道倾角越大,高浓度瓦斯与空气的交换距离越短,瓦斯与空气充分混合需要的距离越短;下行通风且风速较小时,巷道顶板出现明显的瓦斯逆流现象,逆流区瓦斯浓度远大于瓦斯涌出点下风流一侧的瓦斯浓度,随着风速增大,瓦斯逆流长度逐渐变短.     

调节风窗对瓦斯爆炸影响的数值分析*

为研究调节风窗的面积、位置对瓦斯爆炸传播特性的影响,通过FLACS软件构建不同面积和不同位置调节风窗的风门-巷道模型,对瓦斯在该模型中的爆炸及其传播进行数值模拟,并分析瓦斯爆炸压力、火焰传播速度。研究结果表明:风门前最大瓦斯爆炸压力值与调节风窗边长呈现指数减小关系,而风门后最大瓦斯爆炸压力值与调节风窗边长呈现指数增加关系;火焰传播速度与调节风窗边长呈现指数增加关系;相同面积情况下,调节风窗中心位置对瓦斯爆炸影响较小。     

煤与瓦斯突出气体逆流影响模式研究

为预防井下瓦斯气体逆流引起瓦斯爆炸等二次伤害,促进煤矿安全生产,建立瓦斯逆流运移扩散模型,采用相似试验研究不同风速和气体量影响下的气体逆流运移规律,根据试验系统的巷道模型,运用Fluent软件建立几何模型,模拟不同风速和涌出量对气体逆流的影响模式,观察同一测点或时间下2种因素对瓦斯浓度变化的影响,并以过往案例验证结论....     

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。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律，运用数值模拟方法，建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型，并对海拔高度为0，1 000，2 000，3 000，4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时，随着海拔高度的升高，火焰传播速度增大，且海拔每升高1 000 m，瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%，掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低，且呈二次函数关系，达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短，最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

矿井瓦斯爆炸传播的尺寸效应研究

基于瓦斯爆炸传播过程的理论分析 ,确定了表征瓦斯爆炸传播过程的主要物理参数 ;通过在两条巷道中进行了瓦斯爆炸传播的对比实验 ,指出了瓦斯爆炸传播过程的尺寸效应存在的原因。笔者认为 :因为巷道支护设备使巷道有效面积的减少和壁面粗糙度的变化 ,尺寸效应使大断面巷道在可比条件下 ,发生瓦斯爆炸时 ,爆炸波的火焰、压力、冲量等在更大范围内形成破坏和伤害     

巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律的研究

瓦斯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,笔者利用流体动力学、爆炸动力学理论对巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律进行理论分析,建立巷道截面积突变情况下冲击波传播的数学模型,得到了冲击波波阵面压力和其他空气动力学参数的表达式,从而得到冲击波波阵面压力过巷道截面积突变面时的变化规律。研究成果丰富了瓦斯爆炸冲击波传播规律理论,对井下瓦斯爆炸安全评价以及制定防灾减灾措施提供了理论基础。     

瓦斯爆炸实验研究进展及展望

瓦斯爆炸事故是煤矿的主要灾害之一,为了预防和控制煤矿井下瓦斯爆炸事故的发生,国内外研究者采用理论、实验室实验和数值模拟实验等手段对瓦斯爆炸机理、瓦斯爆炸传播规律等进行了深入研究,本文从瓦斯爆炸实验室实验和瓦斯爆炸数值模拟实验两方面入手,对瓦斯爆炸的研究进展情况进行了分析总结.对于瓦斯爆炸实验室研究,分析总结了现有瓦斯爆炸实验手段以及瓦斯爆炸传播特性研究情况;对于数值实验研究,分析总结了瓦斯爆炸数值模拟模型、现有瓦斯爆炸数值模拟商业软件以及软件应用情况.最后对瓦斯爆炸未来需要深入研究的问题提出了展望.     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响，建立缝洞型管道模型，采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内，随着火焰沿管道向前传播，各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低，而压力上升速率则表现出不规则的变化；缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度，提高了管道内各监测点的温度峰值；在缝洞型管道内随长径比r增加，各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。     

瓦斯对煤尘爆炸特性影响的实验研究

瓦斯的存在对煤尘爆炸特性的理论计算和数值仿真的结果与实际数据有一定差距,因此,通过不同浓度瓦斯与煤尘共存条件下爆炸实验研究,得出了矿井瓦斯对煤尘的最低着火温度、最小点火能量、爆炸下限浓度、最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速度等爆炸特性影响的规律即瓦斯对煤尘最低着火温度影响不大;瓦斯可使煤尘的最小点火能量减小,尤其是对难于点燃的煤尘;混合物的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而降低;混合物的最大爆炸压力上升速度由于瓦斯的存在而增强,而最大爆炸压力几乎没有变化。同时研究了瓦斯对无爆炸性煤尘的影响。实验研究的结论对于现场防止煤尘爆炸的发生具有指导意义。     

长径比对管道油气爆炸特性与火焰传播规律影响研究*

为了探究长径比对油气爆炸传播特性与火焰传播规律的影响，为复杂管道受限空间油气爆炸防控提供理论参考，结合油气爆炸与爆炸抑制工程实际需要，构建不同长径比管道油气爆炸模拟实验系统,在此基础上开展不同初始浓度的预混油气-空气混合气爆炸实验。研究结果表明:管道内部的预混油气爆炸超压信号呈先上升后下降的趋势，由于耗散以及憋压效应导致超压下降平稳后仍大于初始压力；同时长径比增加会导致达到最大爆炸超压的油气浓度增加，油气爆炸超压峰值随着长径比的增加呈现上升→下降→上升的规律，小长径比管道的油气爆炸超压峰值高于大长径比管道，但同为小长径比管道或大长径比管道工况的实验结果对比显示爆炸超压峰值随着长径比增加而提升；而超压上升速率则会随着长径比的增加而上升；长径比的增加同时也会促进火焰的加速传播并减小火焰持续时间。     

甲烷/空气混合气燃爆特性的实验研究

对不同初始压力和温度条件下的甲烷/空气混合气的爆炸极限进行实验研究,利用最大-最小准则来确定爆炸极限.分析了温度和压力对甲烷/空气混合气燃爆特性的影响.采用氮气作为惰性气体,对其防爆抑爆效果进行了实验研究.     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究*

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响。结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑。     

管道内天然气爆炸火焰及压力波传播规律实验研究

天燃气安全不仅仅局限在企业内部,而是面向全社会,关系到社会稳定和市民生命财产安全。随着天然气市场开拓和广泛利用,庞大的管网系统和多样的用气环境给安全工作提出了更高的要求。采用理论分析、实验研究相结合的方法研究了管道内天然气爆炸火焰及压力波的传播规律。应用直径为700mm,长度为93m的管道进行了三次天然气爆炸传播实验。得出爆源点最大压力值并不是整个爆炸过程的最大值;压力波最大压力值在爆源点附近先降低,然后上升到某一峰值之后再逐渐衰减;最大压力值在衰减过程中不是单调衰减,有点起伏;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而减小;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而在减小;爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后逐渐衰减。     

障碍物布置对气体爆炸压力场的影响效果研究

为研究可燃气体爆炸压力场受障碍物布置的影响情况,运用流体动力学软件AutoReaGas建立不同阻塞程度和不同结构（平面、立体）的障碍物爆炸模型,模拟分析不同布置情况对气体爆炸压力场的影响程度和规律。研究表明:改变障碍物的阻塞程度和结构（平面、立体）都会影响可燃气体的爆炸超压峰值。同种障碍物结构下,随着阻塞率的增加,气体爆炸压力的增加程度在一定范围内呈现出先增大后减小的变化情况;相同阻塞率下,立体障碍物对爆炸压力场产生的影响明显大于平面障碍物。研究立体障碍物与平面障碍物对加速燃烧的影响情况旨在为工业生产过程中的实际应用提供理论依据和基础,为防控气体爆炸灾害提供一定参考借鉴作用。     

Influence of laneway support spacing on methane/air explosion shock wave

A laneway support system provides an available way to solve problems related to ground movements in underground coal mines, but also poses another potential hazard. Once a methane/air explosion occurs in a laneway, inappropriate design parameters of the support system, especially the support spacing, likely have a negative influence on explosion disaster effects. The commercial software package AutoReaGas, a computational fluid dynamics code suitable for gas explosions, was used to carry out the numerical investigation for the methane/air explosion and blast process in a straight laneway with different support spacing. The validity of the numerical method was verified by the methane/air explosion experiment in a steel tube. Laneway supports can promote the development of turbulence and explosion, and also inhibit the propagation of flame and shock wave. For the design parameters in actual laneway projects, the fluid dynamic drag due to the laneway support plays a predominant role in a methane/air explosion. There is an uneven distribution of the peak overpressure on the same cross section in the laneway, and the largest overpressure is near the laneway walls. Different support spacing can cause obvious differences for the distributions of the shock wave overpressure and impulse. Under comparable conditions, the greater destructive effects of explosion shock wave are seen for the laneway support system with larger spacing. The results presented in this work provide a theoretical basis for the optimized design of the support system in coal laneways and the related safety assessments.     

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 %。