井下瓦斯爆炸特性及救生舱舱体优化研究

发布时间：2022-10-20 14:23

　　为研究井下瓦斯爆轰特性,本文对管道内的甲烷气体爆轰特性进行了实验研究及仿真计算,并分析了甲烷气体爆轰产生的波形。为设计井下救生舱结构并进行优化,本文计算了作用载荷下救生舱舱体的冲击响应。首先,在内径63.5mm的圆柱形管道、内径50.8mm的圆形管道及小尺寸矩形截面管道内进行了CH4+2O2预混气爆轰实验。得到烟膜轨迹后,计算出横波间距数据的柱状图、方差曲线、自相关函数结果,与其它预混气进行对比,确定CH4+2O2是一种爆轰十分不稳定的气体。分析三种管道内得到的甲烷爆轰速度曲线,确定边界条件对爆轰速度的影响不明显,且爆轰波压力-时间曲线随传播距离有所改变。然后,用‘Chemical Equilibrium Analysis’程序,通过逼近法获得计算所需的爆轰初始压力,使用Autodyn建立瓦斯（以CH4为代表性气体）在全尺寸大型试验巷道中爆轰的有限元模型,得到了迎爆面、后端面以及各舱段的爆轰波压力-时间曲线。模拟结果与实验结果波形变化规律基本吻合,验证了该瓦斯爆轰模型的正确性。之后,通过分析北京科技大学进行的试验中舱体破坏情况,指出了救生舱设计要点及仿真标定的基础。采用非线性显示分析软... 

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 煤矿瓦斯爆炸特性研究现状
        1.2.1 煤矿瓦斯爆炸实验研究现状
        1.2.2 煤矿瓦斯爆炸数值模拟研究现状
    1.3 煤矿瓦斯冲击波作用效应研究进展
    1.4 煤矿救生系统设施研究现状
    1.5 本文主要研究内容
第2章 煤矿井下瓦斯爆轰传播研究
    2.1 前言
    2.2 CH_4+2O_2预混气在管道内爆轰特性
        2.2.1 圆形截面管道 1—Φ50.8 mm中CH_4+2O_2预混气爆轰实验
        2.2.2 圆形截面管道 2—Φ63.5 mm中CH_4+2O_2预混气爆轰实验
        2.2.3 管道内部CH_4+2O_2预混气爆轰横波结构
        2.2.4 矩形截面管道中CH_4+2O_2预混气爆轰实验
    2.3 巷道内舱体流场载荷数值模拟计算
        2.3.1 流场载荷计算模型
        2.3.2 舱体作用载荷计算结果
    2.4 本章小结
第3章 瓦斯爆炸波对结构的冲击响应特性研究
    3.1 前言
    3.2 救生舱舱体抗爆炸冲击仿真标定
        3.2.1 救生舱舱体抗瓦斯/瓦斯煤尘爆炸冲击试验系统
        3.2.2 救生舱舱体抗瓦斯/瓦斯煤尘爆炸冲击试验结果分析
    3.3 救生舱抗爆炸冲击波仿真试验模型
        3.3.1 数值模型
        3.3.2 材料模型
        3.3.3 约束条件
        3.3.4 舱体作用载荷计算结果
    3.4 救生舱结构动力响应分析
        3.4.1 整舱结果
        3.4.2 重点部位结果
        3.4.3 密封件间相对位移结果
        3.4.4 失效分析
    3.5 本章小结
第4章 不同基础结构形式在救生舱冲击载荷作用下的影响
    4.1 救生舱舱体不同基础结构形式
    4.2 救生舱基础壳体材料及尺寸
    4.3 一体式与分段式的设计
        4.3.1 一体式与分段式结构
        4.3.2 一体式与两段式力学分析
        4.3.3 数值计算模型
        4.3.4 应力及位移结果分析
    4.4 加强筋的影响
        4.4.1 建立壳体模型
        4.4.2 数值计算结果及分析
    4.5 救生舱在冲击波载荷下的截面影响
        4.5.1 矩形截面壳体基本尺寸
        4.5.2 圆形截面壳体基本尺寸
        4.5.3 两种截面壳体厚度设计
        4.5.4 建立两种截面壳体模型
        4.5.5 数值计算模型及结果分析
    4.6 本章小结
第5章 救生舱舱体结构优化设计
    5.1 救生舱舱体优化内容
    5.2 优化后的救生舱结构
    5.3 优化后救生舱在冲击载荷下的响应结果
        5.3.1 舱体应力云图
        5.3.2 舱体位移云图
        5.3.3 塑性应变结果
        5.3.4 重点部位密封性结果
    5.4 本章小结
第6章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
    6.3 论文创新点
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]薄壳结构内气体爆炸破坏后果数值模拟研究[J]. 钱新明,赵焕娟,南宇翔,黄平,刘振翼.  振动与冲击. 2015(09)
[2]2006—2011年煤矿死亡事故统计分析[J]. 张志业,柳晓莉.  煤. 2012(04)
[3]可燃气体爆炸对刚壁冲击特性的实验研究[J]. 路胜卓,王伟,张博一,张春巍.  哈尔滨工程大学学报. 2011(08)
[4]矿用救生舱电磁兼容性设计探讨[J]. 柏熙,杨洁,林桂玲,骆廷勇.  矿业安全与环保. 2011(04)
[5]煤矿井下避难硐室与救生舱关键技术研究[J]. 孙继平.  煤炭学报. 2011(05)
[6]瓦斯爆炸烟流浓度和温度的扩散规律[J]. 焦宇,周心权,段玉龙,龚武.  煤炭学报. 2011(02)
[7]矿用救生舱国内外发展概况[J]. 艾长波.  舰船防化. 2010 (06)
[8]国外矿用应急救生舱技术现状[J]. 汪声,金龙哲,栗婧.  中国安全生产科学技术. 2010(04)
[9]矿用救生舱中人体自身代谢一氧化碳规律分析[J]. 栗婧,金龙哲,汪声,杨玉锋.  煤炭学报. 2010(08)
[10]矿用救生舱抗爆性能试验研究[J]. 樊小涛.  矿业安全与环保. 2010(03)

博士论文
[1]矿井瓦斯煤尘爆炸传播规律研究[D]. 司荣军.山东科技大学 2007
[2]受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究[D]. 王志荣.南京工业大学 2005

硕士论文
[1]瓦斯爆炸荷载作用下矿用救生舱动力响应研究[D]. 王章化.哈尔滨工业大学 2012
[2]煤矿安全监察体制机制研究[D]. 曾小蕙.湖南大学 2007
[3]煤炭管理体制创新研究[D]. 肖太寿.中国社会科学院研究生院 2006



本文编号：3694694