井下巷道瓦斯爆炸冲击波传播规律及影响因素研究

发布时间：2017-06-04 01:11

  本文关键词：井下巷道瓦斯爆炸冲击波传播规律及影响因素研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国大多数煤矿都含有不同程度的瓦斯量，在煤炭开采中，瓦斯爆炸成为制约煤矿安全的最大隐患之一。新中国成立以来，煤矿安全事故频繁发生，特别是瓦斯爆炸灾害，造成了巨大的财产损失和人员伤亡，严重威胁着我国煤炭产业的发展。因此，研究井下巷道瓦斯爆炸特征和瓦斯爆炸影响因素具有十分重要的意义。 本文以气体热爆炸理论和爆炸流体动力学理论为基础，分析了瓦斯浓度、障碍物和管道结构对瓦斯爆炸传播特征的影响。根据瓦斯爆炸冲击波传播理论分析，本文建立了合适的物理和数学模型，运用显示动力分析软件LS-DYNA对巷道内瓦斯爆炸冲击波传播过程进行了数值模拟。根据LS-DYNA软件的功能特点，我们把瓦斯爆炸在巷道内的传播可以看作是流固耦合问题。结合井下巷道复杂环境，本文对简化的巷道拐弯、巷道分岔、巷道截面积变化和巷道内设置障碍物模型进行了数值模拟，分析了几种模型下巷道内不同位置处爆炸压力和爆炸流场变化。 根据理论分析和数值模拟，本文得到如下结论： 巷道内设置障碍物时，障碍物对瓦斯爆炸传播过程具有明显的激励效应，在障碍物附近形成瓦斯爆炸高压区，在障碍物后方由于阻挡和绕射作用形成了瓦斯爆炸低压区，障碍物的存在减缓了瓦斯爆炸衰减速度；巷道内有拐弯存在时，瓦斯爆炸传播到拐弯处，会在拐弯上壁面形成高压区，，在下壁面形成低压区，拐弯处和拐弯巷道内特征点爆炸压力明显高于直巷道内特征点压力；巷道内分岔对瓦斯爆炸压力具有明显的排泄作用，分岔巷道内特征点压力比直巷道内特征点压力有明显降低；巷道截面积突然扩大加速了爆炸冲击波速度，降低瓦斯爆炸压力，巷道截面积突然缩小降低了冲击波传播速度，增加瓦斯爆炸压力。 在本文研究结果的基础上，作者提出了减少瓦斯爆炸伤害的措施和方法，希望能够对煤矿安全生产提供一定的理论指导。
【关键词】：瓦斯爆炸 LS-DYNA 流固耦合 数值模拟 冲击波
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 选题背景和研究意义10-12
• 1.1.1 选题背景10-11
• 1.1.2 研究目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 2 瓦斯爆炸冲击波理论分析及其传播机理16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 瓦斯爆炸的基本理论16-21
• 2.2.1 瓦斯爆炸概念16-17
• 2.2.2 瓦斯爆炸条件及其影响因素17-21
• 2.3 爆炸冲击波传播理论21-26
• 2.3.1 爆炸冲击波基本理论21
• 2.3.2 冲击波形成过程21-23
• 2.3.3 冲击波的传播23-24
• 2.3.4 冲击波传播的数学方程24-26
• 2.4 障碍物对冲击波的影响26-28
• 2.5 拐弯和分岔对冲击波的影响28-30
• 2.6 总结30-31
• 3 巷道瓦斯爆炸传播数值模拟研31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 瓦斯爆炸有限元模型的建立31-35
• 3.2.1 几何模型简化31-33
• 3.2.2 网格划分33
• 3.2.3 材料模型及各单元算法33-35
• 3.2.4 PART 的建立35
• 3.3 边界条件与初始条件35-36
• 3.4 小结36-37
• 4 巷道瓦斯爆炸传播数值模拟结果及分析37-56
• 4.1 直巷道内瓦斯爆炸传播的数值模拟37-42
• 4.1.1 直巷道内瓦斯爆炸压力变化37-39
• 4.1.2 直巷道内瓦斯爆炸冲击波流场变化39-42
• 4.2 障碍物对瓦斯爆炸传播的影响数值模拟分析42-45
• 4.3 巷道拐弯对瓦斯爆炸传播规律影响数值模拟分析45-50
• 4.4 巷道分岔对瓦斯爆炸传播影响数值分析50-52
• 4.5 巷道截面积变化对瓦斯爆炸传播数值模拟52-54
• 4.6 小结54-56
• 5 煤矿瓦斯爆炸灾害治理技术研究56-59
• 5.1 瓦斯爆炸冲击波对巷道结构和机械设备的破坏作用56
• 5.2 巷道结构和设备结构设计中防瓦斯爆炸原则56-57
• 5.3 井下安全硐室的设计原则57-58
• 5.4 小结58-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望与不足60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士期间发表论文65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：419643