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。     

基于蒙特卡洛法的储罐爆炸碎片冲击失效模型研究

为定量研究相邻储罐间爆炸碎片冲击的多米诺效应,基于蒙特卡洛方法建立爆炸碎片冲击失效模型。该模型共包括爆炸能量与碎片初始速度、考虑风速及碎片初始位置的碎片三维抛射轨迹、空气阻力、碎片冲击穿透等4个分步模型。基于上述模型,研究储罐爆炸后碎片的初始状态、抛射轨迹以及对相邻储罐的冲击效应。在数值模拟结果的基础上,用储罐最高允许工作压力代替泄放装置的泄压压力来计算爆炸压力,绘制碎片质量及初始速度的直方图,定量分析储罐间距对击中概率的影响。结果表明,热辐射、超压和碎片冲击3种能量作用方式均可能导致储罐间火灾爆炸事故多米诺现象发生,但爆炸碎片冲击导致相邻罐失效的概率较低。     

高空坠物落点理论模型及在施工安全防护中的应用

高空坠物落点研究对建筑高空坠物的安全防护设计具有意义,目前的研究主要偏重于统计和经验。基于高空坠物的物理过程,考虑空气阻力的影响,提出了高空坠物落点理论模型;基于高空物体意外踢落过程中的能量转换,提出了高空物体意外踢落后水平初始速度计算的理论公式;根据施工现场坠落物的特点,基于高空坠物落点理论模型,计算了施工现场高空坠物散落半径,给出了施工现场地面安全防护水平宽度。     

深部回采矿柱失稳的尖点突变理论分析及宽度优化

为正确估算矿柱承受载荷,运用普氏理论分析矿柱承载机理,指出矿柱承受载荷为上覆岩层拱形塑性区的重力,计算出矿柱体系中单个矿柱承受的平均载荷。建立矿柱失稳的尖点突变模型,推导出矿柱能量方程,分析矿柱失稳力学机制,根据矿柱失稳的充分条件和必要条件得出矿柱极限宽度值的计算方法,并分析主要因素对矿柱宽度极限值的影响规律。通过工程实例验证矿柱宽度计算方法的有效性和适用性。研究结果表明:影响矿柱宽度的主要因素包括开采深度、采场宽度和矿柱高度;以冬瓜山铜矿为例,矿柱宽度的理论计算值应大于3.63 m,数值分析选取矿柱宽度为4 m时,矿柱处于稳定状态.现场工业试验表明,宽度为4 m的矿柱稳定性较好。     

不同能量载荷下球罐壁面响应的数值研究

容器爆炸碎片是造成化工企业多米诺效应的重要原因之一,研究不同能量载荷下容器壁面响应规律有助于分析事故原因及碎片形成机理。本研究以化工企业常用的储存容器球罐为研究对象,利用LS-DYNA软件对不同能量载荷下球罐壁面响应过程进行数值分析,研究表明球罐壁面在不同的爆炸载荷下出现不同的响应结果,因此可以根据容器响应后果来判定爆炸载荷的临界值;根据能量守恒可以对发生破裂的球形容器形成碎片过程中不同时刻的动能进行追踪,该结果可以为判定碎片发生多米诺效应的可能性提供参考。     

基于响应面方法的甘薯粉尘爆炸研究

为给甘薯粉尘爆炸预防提供依据,用20 L球形爆炸装置进行爆炸试验,研究甘薯粉尘粒径、质量浓度和点火能量3个单因素对爆炸的影响;同时,用响应面方法,通过Design-Expert软件中Box-Behnken试验设计,对影响甘薯粉尘爆炸的因素进行对比分析。试验结果表明,甘薯粉尘最大爆炸压力随粉尘粒径的减小而增大,随粉尘浓度的增加呈现先增加后减小的趋势,随点火能量的增大而增大。同时,由Box-Behnken试验中响应面回归方程知,甘薯粉尘质量浓度对粉尘爆炸影响最大,其次是点火能量,甘薯粉尘粒径对相应粉尘爆炸影响最小。     

汽车制动系统缺陷风险传递动力学分析

为有效预防汽车产品缺陷的产生,分析缺陷风险的变化过程,首先采用风险传递理论和系统动力学方法,利用汽车制动系统工作原理,分析缺陷风险的变化特征;其次综合考虑缺陷因素和人、机、环、管等影响因素与激发因素对风险的作用,分析从出现风险到导致事故和伤害过程的风险传递和演变机制,建立制动系统缺陷的风险传递动力学模型;最后利用仿真软件验证该模型。仿真结果表明:零部件缺陷风险在制动系统中按一定方向传递和演变;在影响因素和激发因素的催化作用下,风险按能量逐渐增大的方向传递;应根据风险传递特点,在传递过程中采取措施,阻断风险的正常传递。     

尿素合成塔内化学爆炸机理分析

分析了尿素合成塔发生化学爆炸的可能性.利用经验公式计算出塔内上部空间气相在正常生产和非正常生产状态下的爆炸极限范围,并计算出非正常生产状态下气相化学爆炸产生的压力和能量范围.计算结果与现场数据吻合.爆炸所产生的压力作用于液面上,根据静压传递原理,尿液内各点与外压相等,超过尿塔正常工作压力,并导致破裂.     

城镇燃气爆炸极限影响因素与计算误差的分析

可燃气体的爆炸极限是消防报警和安全使用燃气的重要参数之一 ,笔者对影响城市燃气爆炸极限的因素进行了讨论 ;同时指出有关文献上公布的燃气爆炸极限是一定条件下测定的 ,当空气中含有略低于文献公布爆炸下限或略高于文献公布爆炸上限的可燃气体 ,在一定的条件下也可能产生爆炸。对燃气爆炸极限的计算方法及其计算误差进行了分析 ,指出在使用测试或计算爆炸极限时应考虑安全系数     

受限空间爆炸碎片影响分析

受限空间油气泄漏爆炸会产生巨大的能量,爆炸碎片在抛射距离和抛射方位上具有很大随机性,引发的多米诺事故容易对设备和人员造成重大伤害。为了研究爆炸碎片的影响范围及对设备、人员伤害程度,以地下密闭涵道作为研究对象,考虑爆炸能量影响,采用ANSYS Autodyn模拟软件,重点对涵道覆盖物爆炸碎片进行模拟,定量分析了爆炸碎片的影响范围及在影响区域内对设备、人员造成的伤害程度。结果表明:运用Autodyn软件进行仿真,能够更加准确地得出爆炸碎片的抛射情况及影响范围; 在爆炸能量一定的情况下,碎片的大小是影响设备和人员受伤害程度的重要因素。     

基于风险的液化烃罐区建筑物抗爆荷载评估方法

为合理确定液化烃罐区周边建筑物的抗爆设防荷载,有效进行抗爆设计和防护,建立1套系统的抗爆设防荷载定量评估方法。以某液化烃罐区建筑物为例,计算172个爆炸场景,获得4组累积爆炸频率曲线,基于风险控制标准确定抗爆设防荷载。结果表明:爆炸场景发生频率应包括初始泄漏频率、气象概率、泄漏方向概率和延迟爆炸概率;获得的爆炸超压-累积频率曲线是确定抗爆设防荷载的基础,在爆炸超压较低时,与爆炸源中心距离不同的4面墙体的超压累积频率曲线极为接近;随着爆炸超压的继续增大,累积发生频率的差异逐渐明显;液化烃罐区建筑物的抗爆设防荷载应同时满足2个准则,即万年1次的风险可接受准则和风险可接受范围内爆炸超压最大化准则;根据该准则确定的液化烃罐区附近建筑物东墙的爆炸冲击波峰值入射超压为44.6 kPa,正压作用时间为89.3 ms。     

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。     

可燃制冷剂空调用开关元件点燃危险及防爆试验分析

随着全球范围对环境问题的日益重视,R290,R32等新型制冷剂因优良的环保性能和节能效果被广泛应用于空调行业,但其属于IIA级爆炸性气体,为了进一步分析其运行过程中的防爆安全性能。通过文献数据和测试分析,可燃制冷剂空调电气元件的点燃源主要来自其工作过程中产生的电气火花。其中空调开关元件最容易产生电火花、电弧,且通过试验验证这些火花或电弧能点爆（6.5±0.5）%乙烯/空气混合物。综合IEC 60335-2-40,GB 4706.32标准要求和空调开关元件的结构特征,分析确定其应符合“nC”型防爆技术要求,并能通过“nC”型爆炸试验。针对开关元件结构尺寸小、存在爆炸试验中爆炸性混合气体多次置换和负载通、断电操作的难点问题,提出一套合理可行的爆炸试验实施方案,并通过测试应用得到验证。     

突出冲击波对防突风门的破坏失效研究*

为了分析煤与瓦斯突出事故中防突风门的安全性,同时降低成本寻求对现有防突风门材料和结构的替代方案,研究不同厚度的Q460钢制防突风门在突出冲击波载荷下的破坏情况。基于能量法得到不同厚度的风门最大挠度数学模型,再根据煤炭行业规定中的对应数据和安全要求,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行数值模拟,得到Q460钢制防突风门的静力学特征并与能量法结果进行比对。结果表明:长宽分别为1.75 m和1.8 m,厚度为25 mm和30 mm的风门在0.6 MPa的冲击波超压作用下能满足安全要求,能量法计算结果与数值模拟误差在9%以内,基于安全设计余量可以接受;提出挠厚比概念,当挠厚比小于0.84时,风门不会被破坏,在使用Q460钢设计防突风门时,应尽量确保该值小于0.84。     

多承载索货运索道计算方法及张力不平衡效应分析

通过分析多承载索货运索道工作索的空间位置关系,在弹性悬链线计算方法的基础上,建立包括索道结构守恒方程和力平衡方程的非线性方程组,形成多承载索货运索道系统整体耦合计算方法。针对四承载索货运索道的典型设计工况,应用该方法完成承载索长度不一致情况下,货运索道的承载索张力变化分析。研究结果表明:多承载索货运索道承载索间的张力不平衡受索长偏差影响极大,而且不平衡效应与索长变化工况（索长偏差变化量、变化索的位置等）和载荷重量密切相关,多索索长不一致造成的张力不平衡使得承载索破断风险急剧增加。     

基于IPSO-BP神经网络的钢丝绳断丝损伤识别模型研究

为解决传统钢丝绳断丝损伤识别方法精度低,BP神经网络陷入局部最优等问题,提出改进粒子群算法（IPSO）的BP神经网络识别模型。通过采集钢丝绳断丝损伤信号,提取缺陷信号特征,用峰值、峰峰值、波宽、波形下面积和波动能量5个特征值组成特征向量作为神经网络的输人,断丝数量作为神经网络的输出;利用改进粒子群算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化;建立基于IPSO-BP算法的神经网络模型,用于钢丝绳断丝的定量识别。结果表明:IPSO-BPS神经网络模型的钢丝绳断丝损伤识别精度、泛化能力均高于传统BP神经网络模型,且改进的粒子群算法迭代寻优速度更快。     

基于社会力模型的三维阶梯教室行人疏散仿真研究

为研究三维阶梯教室内座位布局及单双门对行人疏散效果的影响,改进社会力模型,模拟单双门情况下4种常见座位布局的行人疏散过程,从宏观和微观2个层面分析行人的疏散效果及内在的物理机制。结果表明:在限定门口宽度下,单开后门的平均总疏散时间均小于单开前门,而双门情形下的平均总疏散时间最小;从微观密度图来看,无论是单开前门、单开后门,还是双门均打开,4种座位布局中发生人员拥挤的位置相似。但单开后门情况下高密度区域的峰值高于单开前门,而双门情况下行人承受拥挤的压力最小,发生事故的风险小。     

某弹药库设计方案的安全分析

对某弹药库的设计方案进行了安全分析,得到了弹药爆炸时的空气冲击波、振动、飞石等作用的安全距离及相邻库房殉爆的可能性.给出了对原设计方案的改进意见和改进后的安全距离.     

滑移装置抑制甲烷爆炸影响分析*

为减少瓦斯二次爆炸带来的危害,研发新型抑爆弹性滑移装置,并将滑移装置与固定装置对比,分析其对9.5%甲烷/空气预混气体爆炸抑制效果。结果表明:滑移装置抑爆效果优于固定装置;滑移装置能缩短火焰燃烧时间,固定装置超压峰值高于滑移装置;由于轻碳板反向速度提高,弹性系数为0.85 N/mm的滑移装置对火焰和超压抑制效果优于弹性系数为1.63 N/mm的滑移装置。