原尺度煤矿掘进工作面瓦斯爆炸仿真研究

为研究真实尺度下煤矿掘进工作面瓦斯爆炸冲击波和火焰的传播规律，利用气体爆炸数值仿真软件建立了不同尺度的掘进巷道模型，研究预混瓦斯体积分数、预混瓦斯长度和巷道空间特征对掘进工作面瓦斯爆炸冲击波超压和火焰传播的影响规律。研究表明：原尺度下掘进工作面瓦斯爆炸的最大超压可达180～630 kPa，巷道截面约束度和预混瓦斯量是掘进工作面瓦斯爆炸压力和火焰作用范围的重要控制因素，火焰高速传播的阻力会导致火焰扩散变慢，并最终使火焰膨胀比趋于定值。     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波状态参数的结构分析

分析了掘进巷道瓦斯爆炸的基本特点,建立了掘进巷道瓦斯爆炸物理模型。利用爆炸力学、爆炸动力学和爆轰理论确定了瓦斯爆炸一维定常流动的基本关系,推导出反映气体流过间断面时质量、动量和能量守恒的雨贡纽(Hugoniot)方程式,并分析了瓦斯爆炸过程中强冲击波的极限解和弱冲击波解的意义。利用p—1/ρ曲线分析了不同曲线段、不同点所反映的瓦斯爆炸状态参数的含义。     

掘进工作面瓦斯爆炸CO扩散数值模拟

针对煤矿掘进工作面瓦斯爆炸后CO扩散危害井下人员安全的问题,采用流体动力学软件FLUENT,对某矿井掘进巷道内瓦斯爆炸后CO在局部通风网络中的传播进行模拟,分析CO在风网中动态传播特性。结果表明:掘进巷内CO传播基本不受巷道风流影响,其他巷道内CO的传播在爆炸初期受冲击波火焰和风流共同作用,爆炸后主要受风流影响。为爆炸后降低CO对人员的伤害和灾后救援提供理论支撑。     

巷道空间内瓦斯爆炸冲击波传播的数值模拟

为研究在巷道空间里瓦斯爆炸冲击波的传播特性,采用ANSYS/LS-DYNA程序的流固耦合算法,建立巷道瓦斯爆炸物理模型,对巷道空间里瓦斯爆炸过程进行数值模拟,得到瓦斯爆炸过程中冲击波变化云图,并拟合了冲击波衰减变化规律.研究表明:瓦斯爆炸冲击波经历了从球面到平面冲击波的发展过程,最终冲击波逐渐衰减为常压状态,但在受限空间内瓦斯爆炸冲击波遇壁面会发生反射与叠加,因此要合理的设置泄压口;爆炸冲击波超压与距离成非线性关系,即爆炸冲击波超压与距离的平方根成反比.研究结果对瓦斯爆炸传播事故的预防和灾害控制有一定的指导作用.     

煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测北大核心

运用爆炸相似理论,在无限空间中炸药爆炸冲击波的超压规律基础上,考虑瓦斯浓度、巷道截面积、冲击波传播距离、混合物体积等因素,建立了煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测模型。根据一定的实验数据,拟合出超压与瓦斯浓度、冲击波传播距离,以及与瓦斯—空气混合物体积之间的关系。通过实例对该模型进行验证,结果表明模型预测数据与实验数据比较吻合。     

煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测

运用爆炸相似理论,在无限空间中炸药爆炸冲击波的超压规律基础上,考虑瓦斯浓度、巷道截面积、冲击波传播距离、混合物体积等因素,建立了煤矿掘进巷道内瓦斯爆炸冲击波的超压预测模型。根据一定的实验数据,拟合出超压与瓦斯浓度、冲击波传播距离,以及与瓦斯—空气混合物体积之间的关系。通过实例对该模型进行验证,结果表明模型预测数据与实验数据比较吻合。     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波与巷道壁面作用研究

文章建立了瓦斯爆炸冲击波的管道物理模型,利用Euler形式的动量、质量、能量守恒方程和热力学方程从理论上解析了瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与掘进巷道壁面相互作用中正反射和斜反射时波阵面上的各个参数,并给出了计算公式和简化公式。     

瓦斯爆炸冲击波超压的衰减规律

运用质量守恒、动量守恒和能量守恒定律及爆炸气体动力学理论等,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波的衰减规律进行研究.通过对瓦斯爆炸冲击波衰减规律分析表明:爆炸冲击波波阵面上的最大超压与传播距离和巷道断面积的平方根成反比,与瓦斯的初始爆炸能量的平方根成正比.实验与理论计算的对比结果表明:理论计算的数据与实验获得的数据比较接近,证明了冲击波超压随距离衰减公式的合理性.     

巷道内瓦斯爆炸传播规律的数值模拟研究

基于燃烧理论、爆炸理论及遵守的守恒定律,建立了巷道内瓦斯爆炸的数学物理模型.利用Fluent软件对煤矿巷道内预混瓦斯气体的燃烧爆炸进行了分析和模拟研究,得到了巷道内瓦斯爆炸过程中超压变化规律.展现了爆炸冲击波在巷道内的衰减过程.将数值模拟结果与实验结果进行对比分析,数据高度吻合,证明了数值模拟的合理性,进而为煤矿瓦斯爆炸传播过程的分析研究及瓦斯爆炸事故的防范提供了一定的参考,也为优化矿用救生舱、避难硐室的设计参数提供了理论依据.     

瓦斯积聚范围对独头巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特征与传播规律的影响

为研究独头巷道内不同长度瓦斯积聚区的爆炸特征,运用计算流体力学软件FLACS进行了数值模拟,对比了瓦斯爆炸超压及正压冲量等参数及其在巷道内的分布情况,分析了瓦斯积聚范围对爆炸冲击波破坏特征的影响规律,研究了独头巷道内不同长度瓦斯积聚区爆炸冲击波与火焰相互作用的特点。研究结果表明:随着独头巷道内瓦斯积聚范围的增大,爆炸冲击波破坏特征会发生突变,最大爆炸压力阶梯式增大,瓦斯积聚范围超过某一临界值后,最大爆炸压力出现位置从巷道封闭端向开放端转移;最大爆炸冲量先单调增加而后趋于稳定,最大爆炸冲量位置始终处在巷道封闭端;回传稀疏波对火焰的加速作用是导致巷道近开放端爆炸超压突增的主要原因。     

直巷道中突出冲击气流的形成及传播特征研究

煤与瓦斯突出产生的冲击气流有很强的破坏效应,首先分析了突出冲击气流的形成原因;然后建立了直巷道的几何结构模型,设定相应的初始条件与相关参数,对突出冲击气流的运动过程进行了数值模拟计算,得出了不同时刻的冲击气流压力、速度以及瓦斯相对质量浓度在巷道内的分布情况,同时分析突出发生区域出口断面处的冲击气流平均压力和速度随时间变化过程,并根据模拟结果得出定性与定量化的结论;最后,构建了煤与瓦斯突出在直巷中传播的实验系统,通过实验的手段分析了冲击波在直巷中衰减规律。研究结果表明,突出能在巷道空间内形成较高速度运动的冲击气流及冲击波;与突出区域原始瓦斯压力相比,冲击气流压力发生了急剧下降;冲击气流强度在断面不变的直巷道中传播会发生衰减,前期超压衰减较为缓慢,后期超压衰减增快。     

矿石垫层消波分析实验

在激波管内充填高压气体模拟矿顶冒落后产生的高压气浪，充填块石模拟矿石垫层。对不同厚度、不同孔隙率的垫层的消波作用进行了试验，并在矿山进行了现场实验，得出了一致的规律。获得了垫层厚度的确定方法。     

Study on the propagation law of shock wave resulting from coal and gas outburst

According to the formation of shock wave resulting from coal and gas outburst, the gas flow of coal and gas outburst was transformed from an unsteady flow to a steady one based on selected appropriate reference coordinates, and the mathematical expressions were then established by applying mass conservation, momentum conservation equation, and energy conservation equation. On this basis, analyzed gas flow mitigation of variable cross-section area and the outburst intensity, and the relations between cross-section area, velocity, and density; the relations between overpressures and outburst intensity were deduced. Furthermore, shock waves resulting from coal and gas outburst and outburst intensity were measured by experimental setup, the overpressure and outburst intensity of different gas pressures were obtained, and the similar conditions of the experiment were numerically simulated. The averaged overpressure and gas flow velocity of variable cross-section under different gas pressures were numerically derived. The results show that the averaged overpressure and outburst intensity obtained from simulation are in good agreement with the experimental results. Moreover, the gas flow velocity of variable cross-sections approximates to the theoretical analysis.     

采区动态压差对采空区瓦斯和氧气分布影响的模拟研究

为了研究通风动态性对采空区瓦斯分布和氧气分布的影响,运用GAMBIT建立了采空区物理模型,利用FLUENT软件模拟了不同工作面压差下的采空区瓦斯体积分数和氧气体积分数分布,并得到采空区交界面漏风速度分布。结果表明:随着压差增大,漏风量增加,瓦斯和氧气临界体积分数出现位置均向采空区深部移动;增大的压差对临界氧气百分数出现位置的影响程度大于对临界瓦斯体积分数的影响;随着压差增大,进风巷端头来流冲击效应越趋明显。研究结论对防治采空区遗煤自燃和瓦斯积聚及涌出具有参考意义。     

瓦斯爆炸冲击波在采煤工作面巷网中传播特性的数值模拟

为了探索冲击波在首尾相连巷网中的传播特性,运用AutoReaGas软件模拟了瓦斯爆炸冲击波沿着进风巷和回风巷传播的超压和温度的变化规律。研究结果表明：冲击波在采煤工作面首尾相连巷网中传播时,超压峰值和最高温度不断减小;相向传播的两个冲击波发生叠加效应,使超压峰值增大,相向传播的火焰锋面产生抑制作用,使最高温度降低;在联络巷的中点之前,最高温度沿着巷网的变化规律与冲击波超压峰值的变化规律基本一致;进回风巷对应测点的超压峰值和最高温度基本相同,冲击波经过两条巷道的传播特性基本一致。在煤矿井下瓦斯爆炸发生叠加的位置附近是爆炸破坏较严重的区域,应采取相应的预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。     

激波诱导预混瓦斯燃烧的数值模拟

利用Chemkin软件模拟了不同速度的激波诱导不同浓度的甲烷、空气混合气体燃烧的过程,得到：入射激波速度高于1 300 m/s时,瓦斯能发生燃烧,此时高压室压力大于11.004 MPa ,与实验结果基本吻合;初始压力越大,激波速度越快,瓦斯点火延迟时间时间显著减短,燃烧越容易发生;下游管道的直径大于3.8 mm时,对瓦斯燃烧的影响不大,但是下游管道直径过小,火焰容易熄灭,说明激波能诱导瓦斯燃烧。     

抑制瓦斯煤尘爆炸传播的主动喷粉抑爆技术

通过阐述主动喷粉抑爆技术的技术原理,分析总结瓦斯煤尘爆炸传播规律,认为主动喷粉抑爆技术的应用效果主要与抑爆粉剂浓度、主动喷粉抑爆技术装备动作时间及瓦斯煤尘爆炸传播规律有关;并通过大型地下试验巷道,模拟实际应用主动喷粉抑爆技术及装备抑制实际发生的瓦斯煤尘爆炸传播试验,分析了主动喷粉抑爆技术对爆炸火焰及冲击波压力的抑爆效果,验证了主动喷粉抑爆技术能够在爆炸初期抑制瓦斯煤尘爆炸传播。     

煤与瓦斯突出沿井巷传播规律研究

煤与瓦斯突出整个过程包括空气冲击波的传播、瓦斯的涌出过程、以及瓦斯沿巷道网络的扩散传播。通过对上述过程的研究,摸清煤与瓦斯突出过程沿井巷网络的传播破坏规律,对于我国煤与瓦斯突出灾害的防治都有着积极的作用。     

瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响研究

为研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,自主研制了一套突出煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展了不同瓦斯压力条件下的煤—瓦斯两相流运移规律模拟实验,实现了对突出过程巷道内突出煤—瓦斯两相流运移的可视化监测。实验结果表明:煤与瓦斯突出是一个从突出口开始迅速向煤体内部发展的动力过程,期间瓦斯压力存在多次上下波动;突出过程中巷道内的冲击波超压呈现正压相与负压相交替变化的局面,同时冲击波超压特征值随初始瓦斯压力的增大而呈对数函数递增趋势;冲击波超压在巷道中传播是一个不断衰减的过程,前期衰减较慢,后期衰减加快。