Simulation analysis on structure safety of coal mine mobile refuge chamber under explosion load

In order to check structural strength of coal mine mobiles refuge chamber, and do security evaluation of the mobile refuge chamber, a refuge chamber model was established, then a finite element method was instituted for it to ensure the refuge chamber would not be severely damaged when gas or coal dust explosion suddenly happened. A triangle shock wave with 1.2 MPa over-pressure, 300 ms lasting time was settled. Explicit nonlinear dynamic analysis program was used to simulate response of the refuge chamber. The maximum stress was 244 MPa, located in central part of sides and tail end of the last capsule. The maximum displacement was 29.32 mm, located in central part of sides and tail end of the last capsule. The calculation indicated that the refuge chamber was not obviously damaged. It could reliable work to meet safety requirements. Compared with the reported experimental results, the simulation method was verified. Based on analysis, suggestions were put forward for further improving.     

避难硐室气体防毒安全性研究

为研究灾变时期井下避难硐室进出口有毒气体CO入侵弥散问题,基于等效原理,利用Gambit软件建立地面钻孔正压通风避难硐室物理模型和开门状态下有毒气体进入避难硐室的流体力学原理及气体弥散数学模型,并利用Fluent软件模拟钻孔压风量与室内CO浓度变化关系,提出在避难硐室的隔离门前加装门衬的办法,使避难人员穿过避难硐室门时...     

煤矿火区快速封闭泄爆门研究

目前煤矿发生火灾事故后,火区封闭时间过长极易引发瓦斯爆炸等次生灾害,且煤矿现有的阻隔爆技术存在许多 不足,针对这些问题,研发一种用于煤矿火区的快速封闭泄爆门。通过对泄爆门的结构设计、封闭与泄爆机制及有益效 果等方面进行阐述,并采用流体力学FLUENT软件计算得出不同数量泄爆窗的泄爆门与监控泄爆门前截面的压力、速度之 间的变化情况。结果表明:6个泄爆窗比2个泄爆窗的封闭时间快1 200 ms,快速封闭时间节省了68.57%。随着泄爆窗的 增多,瓦斯爆炸冲击波压力和传播速度都大幅度降低。当煤矿发生火灾事故封闭火区时,快速封闭泄爆门不仅具有快速 密闭功能,也同时具有泄爆功能,为煤矿安全提供新的隔爆技术。     

救生舱水密及承压性能数值模拟与试验研究

透水事故是井下常发灾害之一。为满足井下紧急避险要求,救生舱不仅要具备持续耐高水压的能力,而且还需保持良好的水密性。为了检验救水舱的水密及承压性能,应用ANSYS模拟软件对舱体应力变化进行了数值模拟,确定了舱体应力值可能偏大的区域,进而选定了现场试验应变监测点;通过水压试验中心现场试验,制定详细升压方案,观察及分析试验现场和试验应变数据。实验结果表明,救生舱在外界水压达到3MPa的情况下,舱体未发生渗漏及明显变形,救生舱水密及承压性能良好。     

矿井防爆门、盖自动封堵装置研发

煤矿井底发生煤尘瓦斯爆炸事故时产生的冲击波会冲开风井防爆门、盖,引起主风机风流短路,井底风流紊乱、通风系统瘫痪,导致毒害气体扩散、瓦斯积聚,引发二次爆炸。为了减少因此造成的损失,研发了一种在防爆门、盖被摧毁后能自动封堵的装置,通过感应防爆门盖的损毁信号控制充气动力设备对气囊折叠体进行充气,折叠体被充气弹出储藏硐室,沿支撑架构延展、膨胀并充满井筒横截面,实施对风井的密封,以维持灾后井底持续通风,降低灾害后果,为井底幸存人员的生存与自救提供有利条件。     

泄爆面积比对泄爆门封闭泄爆特性的影响研究*

为研究泄爆面积比对泄爆门泄爆特性的影响,运用FLUENT软件建立煤矿井下1∶1巷道模型,在不同泄爆面积比的工况下对瓦斯爆炸传播规律及泄爆过程进行模拟,分析其变化特征和封闭泄爆效果。结果表明:S0工况条件下,压力和温度衰减后保持在0.29 MPa和565 K;S1~S4工况条件下,S4比S1,S2和S3达到封闭状态时间快780,260,50 ms,封闭时间最大节省70.91%;随着泄爆面积比的增大,封闭火区内的压力的峰值、峰值数量和达到封闭状态时间减小,泄爆能力增强;火焰速度峰值和衰减速率增大;温度的初始峰值、峰值数量和达到稳定状态时间减小,最大峰值反而增大,说明泄爆门对瓦斯爆炸火焰无抑制作用。     

旬东煤矿井下永久避难硐室构建研究

避难硐室的构建研究对硐室安全避险功能的实现具有重要意义。根据旬东井下人员分布及巷道布置情况,确定利用4-2采煤区现有巷道构建100人规模永久避难硐室;根据巷道尺寸、人均面积及设备体积等,计算得硐室有效宽度为4.6m,高度为3.5m,总长度为63.4m,人均面积为1.2m2;通过气密试验,测定0.135MPa避险区内外压差可达1980Pa;通过分析人员避险需求,确定旬东永久避难硐室生命保障系统由防火防爆系统、密闭缓冲系统、气幕隔绝系统、供氧系统、制冷除湿系统及附属系统组成。     

Experimental study on the suppression of gas explosion using the gas–solid suppressant of CO2/ABC powder

Gas explosion is the leading accident in underground coal mining in China. Using the self-improved 20 L spherical experimental system, the impacts of 8% CO₂, ABC powder at various concentrations and mixture of them on the suppression of mine gas explosion were investigated. The results indicate that cooperative synergism exists between ABC powder and CO₂. Their combination has a better effect than each of the two components acting alone, especially for the gas of larger concentration. When 0.25 g/L ABC powder was mixed with 8% CO₂, the explosion limits were reduced by about 55%, the time to reach the peak explosion pressure was prolonged 3.56 times on average. Meanwhile, the maximum explosion pressure declined on an average of 59.4% and the maximum explosion overpressure rising rate decreased on an average of 91.1%. A combination of 0.20 g/L ABC powder and 8% CO₂ completely suppressed 11% gas explosion. The explosion suppression mechanism of CO₂ and ABC powder were probed theoretically. CO₂ plays a key part in the whole explosion processes, and it can effectively suppress the forward reaction between gas and oxygen. While it is during the middle-later period of explosion processes that ABC powder plays a critical role. The particles decomposed from heated ABC powder such as nitrogen and phosphor will react with free radicals rapidly. Besides, atoms as N, P are capable of participating in chain reaction and reacting with active groups, significantly suppressing the gas explosion.     

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。     

国外矿用应急救生舱技术现状

在南非、澳大利亚等矿业发达国家,应急避难室(救生舱)是一种重要的井下应急救援装备,用于在矿井事故发生后保护被困矿工,等待救援。本文对国外现有救生舱产品进行了深入的调研,对救生舱内氧气供应、有害气体去除、空气调节、环境监测、动力供应、附属装备等各主要系统的运行原理和技术指标进行了详细介绍,为分析国外救生舱技术研究现状和研发我国矿井救生舱产品提供参数依据和指导。     

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。     

瓦斯积聚量及爆炸距离对风机和防爆门的影响研究*

为揭示瓦斯积聚量及瓦斯爆炸距离对风机和防爆门的影响机制,利用Fluent模拟软件,结合宁煤集团羊场湾矿的实际情况,在构建三维数学物理模型的基础上,开展不同瓦斯积聚量（56.52,113.04,169.56,226.08 m3）和不同爆炸距离（20,30,50,70 m）条件下的模拟研究。研究结果表明:风机和防爆门处超压峰值随瓦斯积聚量增加而增加,均呈线性关系,瓦斯积聚量为56.52 m3时风机处超压峰值为0.260 MPa,小于风机破坏荷载0.306 MPa;考虑安全系数前提下,当瓦斯积聚量超过56.52 m3时防爆门应开启保护风机;在确定瓦斯积聚量为56.52 m3基础上,分析不同爆炸距离对风机和防爆门影响,由模拟结果可知,风机和防爆门处超压峰值随爆炸距离增加而降低,均呈幂函数关系。研究成果可为瓦斯爆炸对风机和防爆门的影响研究提供指导。     

贵州井下煤层爆破地震波特征及其影响

贵州省煤层赋存条件差,煤矿地质条件复杂。由于煤矿井下爆破采掘适应性强、初期投资小等特点,适应于地质条件复杂、断层多的源赋存复杂条件的中小型煤矿,因此目前贵州煤矿井下煤层采掘多采用爆破作业方式。但井下煤层爆破作业易引发煤尘、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等矿山灾害,因此研究煤矿井下爆破规律及其对煤矿各方面安全的影响是十分必要和迫切的。通过比较选用小波包分析方法,对现场实验的井下煤层爆破地震波信号进行分析,得出其能量、频率等特征,并分析了其对前方煤体瓦斯抽放量及瓦斯压力的影响规律。     

瓦斯爆炸传播过程中矿车激励效应的实验研究

为了分析矿车在矿井瓦斯爆炸传播过程中的激励效应,模拟井下工作环境,构建了实验管道,按照比例建造了矿车模型,分别设定一个矿车和三个矿车链接两种实验工况进行试验。根据冲击波传播过程中激励效应的形成机制,以爆炸传播过程中火焰和冲击波波阵面变化测试为主要测试目标,采用激光纹影的测试方法,分别观测了两种工况条件下下矿车区域附近爆炸冲击波畸变情况,捕获了冲击波经过矿车附近时,冲击波变化特征。根据试验观测,当冲击波经过障碍物附近时,波阵面明显发生畸变,而当三个矿车存在时,火焰出现了回流和绕流现象,燃烧强度和速度都明显增加,这一实验结果一方面证实了矿车对瓦斯爆炸存在明显的激励效应,同时指出矿车数量多,激励效应会更强。本文研究结果对瓦斯爆炸事故阻爆、隔爆技术开发和事故调查有一定的指导意义。     

基于激波理论的新兴煤矿煤与瓦斯突出事故研究

通过分析新兴煤矿煤与瓦斯突出事故,发现在事故中由于煤与瓦斯突出事故诱发了激波的生成,瞬间产生的巨大超压,引起风流逆向,大量瓦斯随逆向风流从突出地点扩散传播至二水平,接触卸载巷电机车架空线所产生的电火花,从而引发瓦斯爆炸事故。提出了突出激波对事故的影响并分析了突出激波的形成及其破坏作用,研究了影响突出激波破坏作用的影响因素,得出参与突出的瓦斯量和瓦斯压力是影响激波强度的关键因素。有助于了解突出后的气流动力演化规律,并为煤与瓦斯突出事故的防灾、救灾措施的制定以及提高矿井的抗灾能力提供了参考。     

Numerical simulation and study on the transmission law of flame and pressure wave of pipeline gas explosion

Based on FLUENT simulation software, the laws of transmission of flame and pressure wave in pipeline gas explosion were studied. It turned out that, the maximum pressure value of the explosion point is not the maximum value of the whole explosion process; the maximum pressure value of the pressure wave lowers firstly near the explosion point, then rises to a peak, and then drops gradually; two waves divide the space in the pipeline into three sections during the gas explosion transmission. The result is basically consistent between numerical simulation and experiment, and the conclusion from the simulation provides theoretical basis for research on explosion-proof and suppression devices for underground gas pipeline, as well as for technical regulations of installation.     

现代电子监控技术在安全生产领域的应用

现代电子监控技术在安全生产领域的应用越来越广泛,在安全生产各个环节发挥了重要作用.如手机屏蔽仪在加油站等易燃易爆场所进行信号监控,防止在加油站等易燃易爆场所使用手机引发爆炸事故;应用煤矿安全事故预警系统,实时对井下巷道的各个传感器进行瓦斯浓度和透水情况监测、记录和数据分析;建立远程安全生产监控系统,形成安全生产监测体系.利用现代化的电子通信技术、网络技术、传感技术和自动监控技术,可以大大增强对事故的防范能力,防止事故发生和减少事故的损失.     

激波诱导下煤粉的爆炸压力测试

因气体爆炸导致沉积粉尘的二次爆炸的威力远大于单纯的气体或者粉尘爆炸产生的威力,利用自制的装置,诱导煤粉爆炸的激波由甲烷气体爆炸产生,对激波诱导下煤粉的爆炸压力Pmax、爆炸压力上升速率(dp/dt)max进行了实验研究。该实验分别研究煤粉浓度及煤粉粒度对爆炸指数的影响,其结果表明:对于不同的煤粉浓度,存在一个理想煤粉浓度值,在这个浓度下的煤粉爆炸压力值最大;随着煤粉粒度的减小,其爆炸压力不断升高。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

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。