基于能量流系统的事故致因与预防模型构建

为完善事故致因理论体系,论述并解析能量流系统定义,分析系统能量流流向, 构建基于能量流系统的事故致因概念模型,并从能量串发、发散、集中和混合四方面解 析其内涵。对能量流的聚集、耦合、转换、释放,以及意外释放能量的防控效果、破坏 强度和伤害程度等进行数学描述。基于此,构建基于能量流系统的事故预防概念模型, 并提炼减灾措施。研究结果明晰了事故发生的物理本质,从能量流系统的视角为事故致 因的定量分析或半定量半定性分析提供理论参考,并可为事故预防与控制提供理论指导 。     

回转窑能量配置的研究

在某水泥厂的实际生产条件下,结合热工标定现场采集的生产数据,采用试验分析和理论计算的方法讨论了回转窑内的能量配置情况。结果表明,回转窑系统内收入能量大于支出能量,能量为590.25 k J/kg,回转窑存在用煤量富余的情况,从能量角度说明了该水泥厂产量高的原因(设计产量为2 500 t/d,实际产量为3 180 t/d)。从生产整体分析,若将回转窑多余的用煤量用于分解炉内,不仅能为分解炉提供更多的热量,使入窑生料分解率得到提高,从而提高生产效率,还能在一定程度上降低回转窑的热负荷,延长回转窑的使用周期。     

基于能量理论的冲击地压细观过程研究

为了解冲击地压细观发生过程,从而分析冲击地压不同阶段特点,从能量消耗角度对该过程进行了研究。认为冲击地压是岩体系统由于外界扰动引起的能量释放过程,总释放能量理论上等于岩体形成期间残余弹性势能。由于该弹性势能和岩体形成后裂隙发育的不同,导致岩体受开采扰动后经历的能量释放形式有所不同。大体上能量释放形式可分弹性变形、可产生裂隙的大变形、岩体破碎飞石、广义变形集中区岩体失稳和伴随裂隙产生的机械振动5种。过程可分三部分:初期变形和裂隙、中期飞石-变形-破碎-飞石的循环破坏过程(岩爆)、末期广义应变失稳破坏。使用颗粒流理论的PFC3D对上述过程进行了模拟,结果表明:-120 m、-220 m、-320 m时开采面岩体只发生变形和裂隙;-420 m、-520 m、-620 m岩体先经历变形和裂隙,然后发生岩爆;-720 m和-820 m岩体经历变形和裂隙、岩爆和广义应变区失稳坍塌。     

维修作业中的能量隔离

<正>在对各类设备进行维修的时候,因为存在可能意外释放的电能、压力能、机械能、势能等能量,需对这些能量采取可靠的方法进行隔离。否则在作业过程中,有可能因为这些能量的意外释放而导致伤害。本期我们将介绍维修作业中的能量隔离安全操作要点。事故案例1     

能量意外释放理论

正在生产过程中,人类利用能量做功以实现生产目的。在正常生产过程中,能量受到种种约束,按照人们的意志流动、转换和做功。如果由于某种原因,能量失去了控制,超越了人们设置的约束或限制而意外地逸出或释放,必然造成事故。如果失去控制的、意外释放的能量达及人体,并且能量的作用超过了人们的承受能力,人体必将受到伤害。     

花岗岩颗粒流模型循环压缩作用下能量特征分析

为分析花岗岩颗粒流模型循环作用下的能量特征,基于花岗岩单轴压缩试验得到的应力应变曲线,完成了PFC3D数值试验的参数标定,探讨了不同循环次数下数值试件内部总能量、弹性应变能和耗散能的变化规律,建立了一定循环次数下耗散能随应力变化的演化方程。研究结果表明:在数值试件加载至破坏过程中,这些能量参数以应力应变曲线峰值点为分界,峰前的总能量、弹性应变能和耗散能随应力呈非线性增长,总能量增长速率最快,弹性能次之,耗散能最慢;至峰值点附近时弹性应变能达到储能极限,增速降为0;峰后则表现为弹性应变能急剧释放,耗散能随裂纹发展而快速增加,能量急剧释放是导致岩石灾变破坏的主要原因。提出的基于材料阻尼理论的耗散能演化方程,计算结果和试验数据对比表明其可以较好地反映一定循环次数下耗散能随应力变化的特征。     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

化学腐蚀-冻融条件下加载岩石能量演化规律及耗散模型研究*

为研究在化学腐蚀和冻融循环复合作用下岩石的能量演化规律,以大理岩为研究对象,分析冻融腐蚀岩样能量演化过程,建立与强度衰减参数、pH、冻融次数相关的能量耗散模型,以期为长期服役岩石力学工程安全稳定性评价提供理论支持。研究结果表明:化学腐蚀冻融复合作用下,腐蚀孔隙为水增加了入渗通道,冻胀裂隙同时也为腐蚀溶液提供了贯穿的通道,加剧了岩石内部结构的崩解与裂隙扩展贯通;相同冻融循环次数下,HNO3溶液中的腐蚀岩石弹性模量降幅最高,NaCl溶液次之,NaOH溶液最低;腐蚀岩石弹性应变能的吸收和耗散能的释放,随着冻融循环次数的增大而减小;建立的能量耗散模型对于岩石峰后阶段耗散能具有较高的准确性,能较好地模拟岩石峰后能量转化特征。     

射孔爆轰瞬态能量转化及影响因素研究

为有效控制射孔测试联作工况下管柱及封隔器失效等安全事故风险，基于流固耦合理论建立射孔弹的射流侵彻模型，综合考虑石油射孔弹壳体、炸药、药型罩、射孔枪和套管等结构，研究射流动能与壳体融化能量转化特征，得到不同因素影响下射孔弹剩余能量转化关系。结果表明：药型罩锥角、壳体厚度、炸药质量和类型等因素对射孔弹剩余能量有显著影响。药型罩锥角在40～70°之间越大，剩余能量占比越小；射孔弹壳体厚度在1～4 mm之间越厚，剩余能量占比越小；炸药质量在30～45 g之间越大，剩余能量占比越大；炸药质量相同时，三硝基甲苯(TNT)、六硝基芪(HNS)、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)等4种炸药中的HMX炸药剩余能量占比最小。     

安全生产中的变化——失误理论

变化一失误理论又称变化分析方法,是由约翰逊秤对管理疏忽与危险树（MORT）的研究中提出并贯彻其理论之中的。约翰逊认为：事故是由意外的能量释放引起的,这种能量释放的发生是由于管理者或操作者没有适应生产过程中物的或人的因素的变化,产生了计划错误或人为失误,从而导致不安全行为或不安全状态,破坏了对能量的屏蔽或控制,即发生了事故,由事故造成生产过程中人员伤产或财产损失。图1为约翰逊的变化一失误理论示意图。     

基于能量理论的煤与瓦斯突出机理探讨

为研究煤与瓦斯突出的力学机理和能量来源,根据理想气体状态方程,推导了采场围岩瓦斯突出过程中的瓦斯压力、瓦斯含量与对外做功的关系,基于弹塑性力学,阐明了岩体弹塑性状态转化前后应变能释放机理。研究结果表明:煤与瓦斯突出是瓦斯势能与煤岩体弹性能共同作用并转化为煤岩体动能的结果;瓦斯势能释放值与释放路径无关,而与瓦斯压力和瓦斯含量相关,与煤壁前方塑性区扩展规模相关;将其应用至1次特大型煤与瓦斯突出事故中,核算的突出煤量、瓦斯含量和煤体抛出速度基本吻合于实际结果;基于理论分析提出了煤与瓦斯突出的3项防治措施,一是通过钻孔卸压或瓦斯抽放减小瓦斯压力,二是增加极限平衡区距离或减小截深,三是避免高瓦斯巷道或工作面出现蝶形塑性破坏。     

黑龙江大兴安岭林区森林草类可燃物潜在能量研究

黑龙江大兴安岭林区森林草类植被能量释放主要取决于可燃物的生物量和发热量，可燃物的能量与含水率有着密切关系，而可燃物的含水率又与气角要素有着相关性。在对大兴安岭樟子松林、柞木林、山杨林、白桦林、落叶松、草类和采伐迹地等不同可燃物类型设置标准地并进行可燃物生物量调查的基础上，收集整理防火期内气象资料，分析可燃物含水率与气象因子的关系。结果表明，雨量多，相对湿度大，气温低，风小，含水率就多，相反则少；不同可燃物的发热量和生物量不同，潜在能量也不同，火的强度也不一样；不同可燃物类型，由于树种组成、年龄以及立地条件等不同，能量释放和火强度等也大不相同。     

用突变理论分析矿山冒落型地震机理

矿山冒落型地震是一种破坏性最为严重的地质灾害之一。研究其成因机理 ,对矿山安全生产具有重大的现实意义。笔者根据矿山冒落型地震的特征 ,应用突变理论和能量守恒原理 ,建立了一个简单的力学模型 ,提出由地下开采引起采空区顶板突然破坏和冒落—释放能量—诱发地震的观点 ,并结合现场实例进行分析 ,得到顶板冒落和所释放出来的能量表达式 ,这为研究矿山冒落型地震成因机理提供了一种新的方法。     

用能量的观点进行安全评价的探索

随着我国工业生产的迅速发展,生产中的危险因素也在增多。但是,对一个生产系统如何进行安全评价,至今没有一个统一的标准。国外有人把事故定义为:事故是不希望的能量转移与释放。如机械能造成的机械伤害,热能造成的烧烫伤,等等。这种不希望的转移与释放的能量的大小,直接关系到所造成事故的严重程度。因此,也可以说,安全工作就是控制能量的这种转移与释放。如果把“安全程度”(简称“安全度”)用符号An表示,其意义为:能导致事故发生的能量的倒数值,单位为J~(-1)。把人体在     

一种简明、实用的屏障模型

本文通过对奶酪模型理论、能量意外释放论存在问题的分析,基于日常工作实践及相关理论,首次把能量意外释放论与奶酪模型理论结合在一起并加以修正,提出一种新型、实用的屏障模型,该模型结构简单、层次清晰,不仅消弭了奶酪模型理论、能量意外释放论各自的一些缺陷,而且还揭示了事故发生的内因、外因,尤其是在事故预防与事故原因分析等方面都有着独特的优势。     

热冲击煤细观损伤与能量响应的相关性研究

为研究热冲击煤细观损伤和能量响应机制的相关性，以平煤十矿24130工作面的煤作为研究对象，借助4K科研相机研究了不同热冲击煤的细观结构特征和热冲击对煤的损伤致裂效应。采用HC-U7非金属超声波探测仪、电热鼓风干燥箱、伺服万能试验机等仪器，开展了不同温度热冲击煤样加载试验，研究了热冲击对煤体单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、动态破坏时间、冲击能量指数的影响规律，分析了热冲击煤细观结构、宏观破坏状态、煤物理参数与力学参数及能量指数之间的变化关系，并阐述了热冲击煤受力加载过程中煤能量响应机制。结果表明，煤体细观结构与煤能量响应机制具有较好的正相关性。热冲击煤能量响应特征的差异是由煤初始损伤造成的，煤损伤的存在削弱了煤储存弹性应变能并发生破坏的能力。热冲击温度越高，煤样孔隙越发育，孔隙周围更容易形成高应力区相互叠加，更大程度降低力学性能。损伤发育程度越高，能量积聚和耗散能量越低，峰值前能量积聚和峰值后能量释放越稳定，破坏前能量耗散行为的主导作用越明显。     

高速公路碰撞能量衰减装置设计与力学性能分析

为有效降低高速公路上车辆与护栏碰撞事故,提高高速公路交通安全性,基于能量衰减装置变形过程中应具有恒定承载力、稳定的破坏模式等性能要求,设计了一种八边薄壁型能量衰减装置。理论分析推导出能量衰减装置的峰值载荷公式,数值模拟研究了装置的力学性能及其影响因素。研究结果表明:能量衰减装置具有恒定承载力、稳定的变形破坏模式和载荷波动性,其几何参数对冲程效率和载荷波动系数性能指标无影响;能量衰减装置的压溃峰值载荷、能量吸能和平均压溃载荷指标随长度和壁厚的减小而减小,压溃峰值载荷、平均压溃载荷指标随边长增加而减小。     

一维可燃气云燃烧与爆炸的数值模拟

碳氢燃料在空气中形成的可燃气云，点火后容易从燃烧发展为爆轰。本文分别用均匀能量释放模型与能量波模型模拟了可燃气云的能量释放；用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式对有限能量释放速率的一维可燃气云的流体力学守恒方程进行了数值求解，给出了流场压力分布曲线，讨论了两种能量释放模型中影响能量释放速率的主要因素。     

混合金属粉尘爆炸最小点火能量影响因素研究*

为探究混合金属粉尘爆炸危险性及与单一粉体爆炸特性差异,确保车间安全生产,采用粉尘云点火能量测试系统对车间混合金属粉尘及铝粉最小点火能量在不同影响因素下的变化规律及2种粉尘火焰变化特征进行测试。研究结果表明:混合金属粉尘和铝粉最小点火能量在一定范围内（38~96 μm）与粒径呈正相关性,当混合金属粉尘粒径大于75 μm时,所需最小点火能量大于1 000 mJ,其爆炸敏感性迅速降低,此时铝粉仍有较强爆炸敏感性;2种粉尘最小点火能量随质量浓度增加呈先降低后升高的趋势,最小点火能分别为295,15 mJ,对应的敏感质量浓度为600,1 000 g/m3,混合金属粉尘在质量浓度为500~700 g/m3时具有较大爆炸危险性;同铝粉相比,混合金属粉尘点火能量更高、火焰燃烧时间更短、火焰高度更低、爆炸剧烈程度更弱。     

能量隔离确认在上锁挂牌程序中的重要性

生产安全事故是企业生产经营活动过程发生的偏离目标任务导致人员伤害、财产损失、环境污染等危害后果的严重事件。事故调查的主要目的是了解事故发生的起因、过程、造成的危害,进而改善风险控制与管理系统不足之处。本文通过调查一起未遂高风险事件,发现了在该事件的上锁挂牌程序执行过程中存在的漏洞,提出:上锁挂牌的程序需要通过确切的方式进行能量隔离确认。