矿井混合燃气爆炸特性及传播规律

发布时间：2017-11-19 09:09

本文关键词：矿井混合燃气爆炸特性及传播规律

【摘要】：我国煤炭资源开采地质条件恶劣，环境复杂，导致瓦斯爆炸事故频发，然而在不同类型的巷道中瓦斯爆炸冲击波变化规律并不相同，并且在矿井下瓦斯气体中常常含有氢气、一氧化碳等可燃气体，给瓦斯爆炸事故带来更严重的后果，造成更惨重的人身伤亡和财产损失。本文基于混合燃气爆炸理论基础，采用数值模拟、理论分析两种研究方法，针对甲烷-空气混合燃气爆炸特性及爆炸冲击波在直巷道、分叉巷道、拐弯巷道中的传播规律进行了分析研究，并且模拟了不同氢气比例下甲烷-氢气混合燃气在分叉巷道中发生爆炸的超压及动压变化规律，分析了爆炸冲击波及火焰波速度变化情况。为提出预防措施减少矿井混合燃气爆炸冲击波的破坏提供理论依据。文章首先运用热爆炸理论和链式反应理论论述瓦斯爆炸反应机理，并分析了其影响因素及在爆炸传播过程中的物理机制，运用冲击波和火焰波传播理论对瓦斯爆炸传播规律进行理论分析。并阐述了爆炸冲击波由爆燃波转化成爆轰波过程的原理。为下文的数值模拟奠定了理论基础。由于Autoreagas软件可以执行完整的三维分析来展示真实的三维场景，，有效捕捉真实的物理现象，文章在理论分析的基础上运用Autoreagas软件模拟甲烷-空气混合燃气爆炸在不同类型巷道中的爆炸过程，研究其爆炸冲击波传播规律，研究表明：在管道的分叉和拐弯处，由于冲击波的反射作用，导致冲击波超压峰值及动压均会大幅增加，冲击波及火焰传播速度增长也较为迅速，并且在管道的分叉处燃烧过程及湍流程度都较为复杂，产生较高压力。同时，文章针对矿井下存在的氢气，采取不同氢气比例的甲烷-氢气混合可燃气体在分叉巷道中发生瓦斯爆炸的情况进行数值模拟得出，随着氢气含量的增加，爆炸更为激烈，爆炸超压及动压也有较大速度的增长，火焰燃烧波及冲击波速度也会因氢气的比例升高而得到较高程度的增长，火焰结构阵面扭曲剧烈，湍流程度更强，并且在氢气比例含量较高时会发生爆轰现象。因此含有氢气的甲烷爆炸会有更加严重的破坏程度。文章通过数值模拟，得出其爆炸超压、动压、火焰波与冲击波在分叉和拐弯处都会有所增加，导致其破坏程度更大，并且随着氢气含量的增加，其发生爆轰的可能性进一步加大，进一步增加了矿井灾难的严重程度。得到的规律性结论为进一步研究瓦斯爆炸机理和爆炸极限提供数据参考，并对瓦斯爆炸事故的预防和指导减轻瓦斯爆炸的破坏作用具有重要意义。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.7

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 钱新明,陈林顺,冯长根;Simulation Analysis of Indoor Gas Explosion Damage[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);2003年03期

2 卢捷,宁建国,王成,林柏泉;煤气火焰传播规律及其加速机理研究[J];爆炸与冲击;2004年04期

3 吴志远;谭迎新;胡双启;王金英;;城镇燃气爆炸强度与初始压力的关系研究[J];安全与环境学报;2013年01期

4 徐景德,周心权;矿井瓦斯爆炸事故形成过程的物理机制研究[J];华北矿业高等专科学校学报;2000年01期

5 胡耀元,杨元法,李勇,朱凯汉,周邦智;H_2,CH_4,CO多元爆炸性混合气体的爆炸极限及其容器因素[J];中国科学(B辑化学);2002年01期

6 高志崇;烃燃烧反应机理探讨[J];辽宁大学学报(自然科学版);2002年03期

7 高志崇;;甲烷爆炸后体系的温度与压力[J];辽宁大学学报(自然科学版);2008年02期

8 林柏泉,周世宁,张仁贵;THE INFLUENCE OF BARRIERS ON FLAME AND EXPLOSION WAVE IN GAS EXPLOSION[J];Journal of Coal Science & Engineering(China);1998年02期

9 孙培德;Study on the mechanism of interaction for coal and methane gas[J];Journal of Coal Science & Engineering(China);2001年01期

10 高建康,菅从光,林柏泉,李超;壁面粗糙度对瓦斯爆炸过程中火焰传播和爆炸波的作用[J];煤矿安全;2005年02期