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。     

瓦斯爆炸冲击波在角、并联巷道内传播规律对比研究

瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关.为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷道进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟.结果表明:受角联分支影响,分支后的巷道内冲击波衰减幅度大于并联网络中对应各点,且与角联分支距离越近,影响越大;角联分支对角联分叉前、后巷道内冲击波二次超压产生一定影响;与并联网络相比,角联网络中冲击波到达角联分叉后的超压峰值出现时间更晚;角联网络中角联分叉后各点冲击波超压峰值均低于并联网络中对应各点.     

不同曲率弯曲巷道弯角近区爆炸冲击波传播特性研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道弯角近区的传播规律,采用有限元方法建立爆炸模型,分析爆炸冲击波传播特性及其变化过程。研究结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,巷道内爆炸冲击波是巷道壁面反射叠加增强作用与传播距离衰减效应综合作用的结果,在爆源近区反射叠加作用占主导地位,使峰值压力出现极值;随着传播距离的增加,冲击波衰减占主导地位,峰值超压随距离呈现为线性衰减。     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

非燃烧区瓦斯爆炸冲击波在单向分岔管道内传播规律的试验研究

在空间上瓦斯爆炸可以分为瓦斯燃烧区、非瓦斯燃烧区两个区域.在瓦斯燃烧区内冲击波和火焰是相互耦合的;当瓦斯燃烧完毕后燃烧波消失,只剩非瓦斯燃烧区冲击波,冲击波失去能量支持,最终恢复至正常大气参数.为了研究非燃烧区内瓦斯爆炸冲击波在分岔管道中的传播特性,搭建了截面为80 mm× 80 mm的方形管道,分别由1 m、1.5m、2.5 m、3m、4m等5种长度不等的管道组合而成.管道由3个部分组成,前端为直管道瓦斯填充区,中间管道为空气直管道和管道末端,末端设计了30°、45°、60°、90°四种单向分岔角度.通过瓦斯填充量和管道分岔角度两个变量,采用TST6300动态数据采集储存仪,对管道内瓦斯爆炸冲击波能量及冲击波在单向分岔情况下超压分流情况进行试验研究.结果表明,管道单向分岔条件下,非燃烧区瓦斯爆炸冲击波分流系数与冲击波初始超压及管道分岔角度有关,分流系数随冲击波初始超压及分岔角度的增加而增加.     

不同转弯角度巷道的瓦斯爆炸传播规律数值模拟

通过对全巷充9.5%瓦斯的0?(平直巷道)、45?、90?、135?转弯巷道进行数值模拟分析,得到了火焰在不同角度转弯巷道内的传播规律。模拟结果表明:无论是直巷道还是转弯巷道,爆炸火焰在初始传播阶段的发展趋势是类似的;火焰传播到转弯部分时,先绕着转弯内侧角迅速向巷道出口方向传播,经过一段时间后才会充满转弯外侧角部分;随着转弯角度的增大,火焰在转弯部分传播的速度随之增大。     

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。     

爆破冲击波在台阶法隧道内的传播特性研究

为了解决目前隧道施工过程中掌子面开挖爆破产生的冲击波容易造成工程灾害的问题,基于宁攀高速胜利隧道台阶法开挖的实际情况,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA及现场测试的方法研究冲击波在隧道上下台阶区段的传播规律。研究结果表明：初始冲击波传播至下台阶断面时先扩散至中上区域,与拱顶及侧壁碰撞反射后再传播至下部区域;冲击波在下台阶段0～10 m范围内,经多次反射叠加形成提升幅度约30%的第2次超压峰值;冲击波由上台阶较小断面进入下台阶较大断面传播时,超压衰减速度相对加快,过渡界面前后10 m范围内衰减系数由1.01%最高提升至1.05%。现场实测数据与数值模拟结果在上下台阶段得到的波形传播规律基本一致,验证数值模拟的可靠性。研究结果可为实际工程中爆破冲击波在变截面隧道中的控制措施提供参考。     

挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播规律影响研究

为研究挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播影响规律,采用Fluent模拟软件,研究三维燃气舱模型中不同挡气板间距下燃气爆炸后超压变化规律,探究不同间距挡气板对抑制燃气舱内爆炸冲击波传播效果.结果表明:挡气板对燃气舱中部超压影响较小,对顶部超压变化影响较大,导致燃气舱顶部挡气板处超压峰值激增;当气体填充区长20 m,挡气...     

综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波传播特征研究

为研究综合管廊燃气舱燃气爆炸冲击波的传播特征,采用数值模拟方法研究首次超压峰值和首次流速峰值的变化规律,建立首次流速峰值与首次超压峰值和填充长度的耦合关系,分析不同填充长度情况下燃气爆炸后的超压和水平流速的变化规律.结果表明:燃气爆炸后,燃气舱内存在多个超压峰值,峰值间存在明显的时间差.冲击波到达各测点的时间与燃气填充...     

爆炸冲击波在多级穿廊结构坑道内传播规律的数值分析

数值模型尺寸参照总参工程兵科研三所所建的穿廊结构坑道实体模型,采用ANSYS/LS-DYNA建立三维穿廊端部不同开闭的数值模型,得出冲击波在多级穿廊结构坑道内的传播规律,并与长直坑道内爆炸冲击波传播规律进行对比分析。结果表明多级穿廊结构端部开放坑道对爆炸冲击波的削弱作用非常显著,一级穿廊结构削弱冲击波强度62％,级数越高,削弱效果越明显;端部封堵时冲击波反射效果明显。     

石膏矿采空区顶板冒落冲击气浪传播规律及安全防范研究

为探索石膏矿采空区顶板冒落灾害形成及演化过程中的微观动力学行为,以某危害型石膏矿为研究背景,选择"打气筒"模型进行了空场法采空区顶板冒落相似物理模拟试验,并利用高速摄像及纹影技术,直观地记录分析冲击气浪产生时流场在直线型、转弯型、独头式模型巷道处的传播规律及变化特性.结果表明,在直线型巷道内传播时,冲击气浪并非按直线传递,而是气浪前端阵面会发生回转,与气浪尾部和后续的气浪叠加、交混,一起向前传递.在转弯型巷道中,冲击气浪传播至巷道转弯处时,气浪会马上在此改变传播方向,开始沿着转弯方向,向巷道出口传播.当气浪完全通过此处后,由于巷道围岩和空气的阻力,冲击气浪前端部分气流又会回流至此,进行二次破坏.在独头式巷道中传播时,由于巷道一端封合密闭,气体无法涌出,气浪无法在独头巷道中顺利向前传递,而是与巷道中的气浪相互叠加、碰撞,持续地、无规则地流动.     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

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。     

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.     

爆炸冲击波及高温耦合引起瓦斯二次爆炸特性研究

在煤矿安全事故中,破坏程度最严重的事故之一就是瓦斯爆炸,而瓦斯爆炸冲击波及火焰锋面可能会二次点爆其他位置积聚瓦斯,加速火焰锋面及冲击波传播,并能产生更高的超压,造成更大的人员伤亡及财产损失。借助详细反应机理GRI Mech 3.0,基于开源化学动力学软件Cantera,研究冲击波强度、瓦斯体积分数和冲击波及高温耦合条件下对瓦斯爆炸特性的影响。结果显示,冲击波诱导瓦斯爆炸中,点火延迟时间随着瓦斯体积分数的增大而出现增大现象,随冲击波强度的增大而降低;同时分析了二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮致害物质的浓度随瓦斯体积分数、冲击波强度和冲击波及高温耦合条件下的变化情况。     

以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO)、氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)和乙烷(C_2H_6)等其他可燃气体对甲烷(CH_4)爆炸特性的影响,利用可视球形气体爆炸系统开展了多元可燃气体爆炸压力特性试验,观察并分析了峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及其相应时间。通过高速摄影系统拍摄了视窗范围内爆炸火焰传播图像,基于边缘检测方法确定了火焰前锋位置,继而得到最大火焰传播速度。分析了以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度CH_4-空气混合物压力特性和火焰传播行为的影响。结果表明,多元可燃气体的存在增加了低浓度CH_4-空气混合物的爆炸危险性。随混合气体体积分数增加,低浓度CH_4-空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加;此外,到达峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率的时间显著缩短。