掘进工作面不同瓦斯源爆炸过程的数值模拟
发布时间：2021-03-18 16:02
为研究独头巷道中不同瓦斯源对其爆炸过程的影响,运用数值仿真技术系统模拟不同瓦斯积聚长度及浓度对其爆炸特性的影响。结果表明:随着瓦斯积聚长度的增大,最大爆炸压力和最高爆炸温度均增大;最强压力波破坏的区段由巷道封闭端向开放端转移。瓦斯浓度在6%～10%范围内,最大爆炸压力随浓度的增大而增大;浓度超过10%后,最大爆炸压力随浓度的增大而减小;最高爆炸温度则一直随浓度在增大;反向稀疏波与正向冲击波多次相遇叠加而出现多个压力峰值。
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
独头巷道几何模型示意图
巷道中最大爆炸压力随距离的变化情况如图2。由图2可见，当瓦斯浓度一定时，无论在富氧浓度、最佳体积分数还是贫氧浓度下，最大爆炸压力都随瓦斯积聚长度的增加而增大。积聚长度为10 m和100 m时的最大爆炸压力值，越接近巷道开放端越小，尤其在贫氧浓度为13%时几乎趋于稳定，且变化过程无波峰出现；积聚长度为300、500、700 m时，3条最大爆炸压力曲线的变化情况非常相似，尤其在最佳体积分数10%时近乎重合，都是先缓慢降低而后上升，分别在距巷道封闭端640、660、800 m附近达到峰值，之后迅速下降；出现峰值原因为瓦斯燃烧爆炸初期产生的压力波冲出巷道口，而后反射产生向掘进工作面传播的稀疏波，2种反向波在巷道口附近相遇叠加，增大了燃烧表面积，促进燃烧，使得此处的压力升高并出现波峰。当积聚长度不变时，总体来说瓦斯浓度越大，最大爆炸压力的峰值越大。在富氧浓度6%，积聚长度大于300 m时，出现了多个最大爆炸压力峰值，是由于瓦斯爆炸产生的向巷道口传播的冲击波与反向稀疏波多次相遇叠加造成，也因此会对此处的建筑物和人员造成更大伤害。不同瓦斯浓度下，最大爆炸压力曲线出现峰值的时间都在接近巷道口处，且最大爆炸压力增幅都在积聚长度大于等于300 m时显著增大。不同瓦斯积聚长度下，巷道中爆炸最高温度随距离的变化情况如图3。图3表明：瓦斯积聚长度越大，高温持续的距离越长。在积聚长度为10、100 m时，最高爆炸温度值变化比较明显，其他积聚长度时都维持在较高温度，几乎不变或变化微小；积聚长度为10 m时的最高爆炸温度曲线在距巷道封闭端80 m左右迅速降低，积聚长度为100 m时的最高爆炸温度曲线分别在距巷道封闭端370 m附近、730 m和580 m附近迅速下降，是由于壁面热交换、传播过程中能量的耗散，使得温度下降。
不同瓦斯积聚长度下，巷道中爆炸最高温度随距离的变化情况如图3。图3表明：瓦斯积聚长度越大，高温持续的距离越长。在积聚长度为10、100 m时，最高爆炸温度值变化比较明显，其他积聚长度时都维持在较高温度，几乎不变或变化微小；积聚长度为10 m时的最高爆炸温度曲线在距巷道封闭端80 m左右迅速降低，积聚长度为100 m时的最高爆炸温度曲线分别在距巷道封闭端370 m附近、730 m和580 m附近迅速下降，是由于壁面热交换、传播过程中能量的耗散，使得温度下降。总体来看随瓦斯浓度的增大，最高爆炸温度的峰值依次变大。瓦斯浓度为10%时，距巷道封闭端700 m距离之后，积聚长度为500 m和700 m的温度曲线还有上升的趋势，分析可能是未燃的瓦斯在巷道口与外界空气混合，在高温下再次引发燃烧，使得该位置的温度再次升高。而瓦斯浓度为13%时，除积聚长度10 m外，其他积聚长度下温度曲线出现多次波动，是因为火焰传播受到壁面影响，并且回传的高温火焰与向巷道口传播的火焰相遇叠加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间内障碍物对瓦斯爆炸传播影响研究[J]. 韩蓉,刘剑,高科,赖鑫琼. 中国安全生产科学技术. 2018(07)
[2]不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播试验研究[J]. 赵丹,齐昊,潘竞涛,贾进章. 中国安全科学学报. 2018(03)
[3]基于FLACS的煤矿巷道截面突变对瓦斯爆炸的影响数值模拟[J]. 罗振敏,苏彬,程方明,张娟. 煤矿安全. 2018(01)
[4]矿井火区封闭进程中瓦斯爆炸危险性的数值模拟分析[J]. 时国庆,周涛,刘茂喜,王雁鸣. 中国矿业大学学报. 2017(05)
[5]管道内置障条件下瓦斯爆炸超压规律的实验研究[J]. 张迎新,孙海波. 黑龙江科技大学学报. 2017(04)
[6]封闭空间内瓦斯浓度对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响[J]. 李祥春,聂百胜,杨春丽,陈金伟. 高压物理学报. 2017(02)
[7]开口型管道内瓦斯爆炸冲击波动压的数值模拟[J]. 洪溢都,林柏泉,朱传杰. 爆炸与冲击. 2016(02)
[8]密闭管道瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率的实验研究[J]. 田诗雅,刘剑,高科. 中国安全生产科学技术. 2015(08)
[9]巷道壁面与瓦斯爆炸相互作用的数值模拟[J]. 马秋菊,张奇,庞磊. 爆炸与冲击. 2014(01)
[10]基于FLACS的受限空间瓦斯爆炸数值模拟[J]. 罗振敏,张群,王华,程方明,王涛,邓军. 煤炭学报. 2013(08)
硕士论文
[1]封闭平直管道内瓦斯爆燃特性的数值模拟[D]. 周子望.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3088580
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(01)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
独头巷道几何模型示意图
巷道中最大爆炸压力随距离的变化情况如图2。由图2可见，当瓦斯浓度一定时，无论在富氧浓度、最佳体积分数还是贫氧浓度下，最大爆炸压力都随瓦斯积聚长度的增加而增大。积聚长度为10 m和100 m时的最大爆炸压力值，越接近巷道开放端越小，尤其在贫氧浓度为13%时几乎趋于稳定，且变化过程无波峰出现；积聚长度为300、500、700 m时，3条最大爆炸压力曲线的变化情况非常相似，尤其在最佳体积分数10%时近乎重合，都是先缓慢降低而后上升，分别在距巷道封闭端640、660、800 m附近达到峰值，之后迅速下降；出现峰值原因为瓦斯燃烧爆炸初期产生的压力波冲出巷道口，而后反射产生向掘进工作面传播的稀疏波，2种反向波在巷道口附近相遇叠加，增大了燃烧表面积，促进燃烧，使得此处的压力升高并出现波峰。当积聚长度不变时，总体来说瓦斯浓度越大，最大爆炸压力的峰值越大。在富氧浓度6%，积聚长度大于300 m时，出现了多个最大爆炸压力峰值，是由于瓦斯爆炸产生的向巷道口传播的冲击波与反向稀疏波多次相遇叠加造成，也因此会对此处的建筑物和人员造成更大伤害。不同瓦斯浓度下，最大爆炸压力曲线出现峰值的时间都在接近巷道口处，且最大爆炸压力增幅都在积聚长度大于等于300 m时显著增大。不同瓦斯积聚长度下，巷道中爆炸最高温度随距离的变化情况如图3。图3表明：瓦斯积聚长度越大，高温持续的距离越长。在积聚长度为10、100 m时，最高爆炸温度值变化比较明显，其他积聚长度时都维持在较高温度，几乎不变或变化微小；积聚长度为10 m时的最高爆炸温度曲线在距巷道封闭端80 m左右迅速降低，积聚长度为100 m时的最高爆炸温度曲线分别在距巷道封闭端370 m附近、730 m和580 m附近迅速下降，是由于壁面热交换、传播过程中能量的耗散，使得温度下降。
不同瓦斯积聚长度下，巷道中爆炸最高温度随距离的变化情况如图3。图3表明：瓦斯积聚长度越大，高温持续的距离越长。在积聚长度为10、100 m时，最高爆炸温度值变化比较明显，其他积聚长度时都维持在较高温度，几乎不变或变化微小；积聚长度为10 m时的最高爆炸温度曲线在距巷道封闭端80 m左右迅速降低，积聚长度为100 m时的最高爆炸温度曲线分别在距巷道封闭端370 m附近、730 m和580 m附近迅速下降，是由于壁面热交换、传播过程中能量的耗散，使得温度下降。总体来看随瓦斯浓度的增大，最高爆炸温度的峰值依次变大。瓦斯浓度为10%时，距巷道封闭端700 m距离之后，积聚长度为500 m和700 m的温度曲线还有上升的趋势，分析可能是未燃的瓦斯在巷道口与外界空气混合，在高温下再次引发燃烧，使得该位置的温度再次升高。而瓦斯浓度为13%时，除积聚长度10 m外，其他积聚长度下温度曲线出现多次波动，是因为火焰传播受到壁面影响，并且回传的高温火焰与向巷道口传播的火焰相遇叠加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间内障碍物对瓦斯爆炸传播影响研究[J]. 韩蓉,刘剑,高科,赖鑫琼. 中国安全生产科学技术. 2018(07)
[2]不同类型管道内瓦斯爆炸冲击波传播试验研究[J]. 赵丹,齐昊,潘竞涛,贾进章. 中国安全科学学报. 2018(03)
[3]基于FLACS的煤矿巷道截面突变对瓦斯爆炸的影响数值模拟[J]. 罗振敏,苏彬,程方明,张娟. 煤矿安全. 2018(01)
[4]矿井火区封闭进程中瓦斯爆炸危险性的数值模拟分析[J]. 时国庆,周涛,刘茂喜,王雁鸣. 中国矿业大学学报. 2017(05)
[5]管道内置障条件下瓦斯爆炸超压规律的实验研究[J]. 张迎新,孙海波. 黑龙江科技大学学报. 2017(04)
[6]封闭空间内瓦斯浓度对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响[J]. 李祥春,聂百胜,杨春丽,陈金伟. 高压物理学报. 2017(02)
[7]开口型管道内瓦斯爆炸冲击波动压的数值模拟[J]. 洪溢都,林柏泉,朱传杰. 爆炸与冲击. 2016(02)
[8]密闭管道瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率的实验研究[J]. 田诗雅,刘剑,高科. 中国安全生产科学技术. 2015(08)
[9]巷道壁面与瓦斯爆炸相互作用的数值模拟[J]. 马秋菊,张奇,庞磊. 爆炸与冲击. 2014(01)
[10]基于FLACS的受限空间瓦斯爆炸数值模拟[J]. 罗振敏,张群,王华,程方明,王涛,邓军. 煤炭学报. 2013(08)
硕士论文
[1]封闭平直管道内瓦斯爆燃特性的数值模拟[D]. 周子望.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3088580
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