瓦斯爆炸事故是煤矿上频发的严重事故之一。国内外在爆炸冲击波、隔爆方面以及瓦斯爆炸性实验、爆炸特性研究等方面进行了前期研究,而有关受限空间非瓦斯燃烧区复杂条件下瓦斯爆炸传播规律及事故模拟研究尚未见到相关文献。因而,本课题研究将从瓦斯爆炸特性入手,基于试验研究、理论分析、数值模拟,研究非瓦斯燃烧区瓦斯爆炸冲击波、火焰、有害气体传播的衰减规律,尤其是要研究在受限空间不同巷道形状、断面、倾角、以及巷道分岔、拐弯、网络等复杂条件下瓦斯爆炸事故的传播规律及灾害的区域,模拟瓦斯爆炸以及事故过程,建立事故风险评价模型,并将爆炸事故损失进行量化分析与计算,课题研究不仅具有较大的理论研究意义,而且具有重要的实际应用价值,尤其对于抢险救灾、事故调查取证分析、减少因爆炸灾害带来的人员伤亡以及采取安全对策等方面更显重要。
gas explosion;propagation characteristics;general air zone;shock wave;numerical simulation
随着煤矿开采深度的不断增加,煤层中的瓦斯含量和压力以及瓦斯涌出量越来越大,随之而来的瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出问题将越来越严重。本项目针对复杂网络巷道受限空间条件下瓦斯爆炸冲击波、火焰波、有毒有害气体的传播规律、事故伤害三区及事故救援等问题进行研究,为预防和控制煤矿井下瓦斯爆炸事故提供理论基础和实验依据,对争取最佳的救灾决策时机、控制灾后的事故范围以及减少人员伤亡和财产损失都有十分重要的作用。 本项目主要采用实验研究和数值模拟对比分析的研究方法,对一般空气区瓦斯爆炸冲击波、火焰、有毒有害气体的传播规律及事故应急救援展开研究。数值模拟结果和实验结果吻合,验证了实验结果的可靠性。利用中国矿业大学的瓦斯爆炸实验装置进行了小尺寸管道爆炸试验研究,分别从不同的角度对一般空气区瓦斯爆炸冲击波在管道拐弯、截面突变情况下的传播规律进行了分析,得出了一般空气区瓦斯爆炸冲击波在管道拐弯、截面积突变情况下的传播规律; 通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸冲击波在管道单向分叉情况下的传播规律,分析管道分叉角度对直管和支管内冲击波衰减系数及分流系数的影响。同等条件下,初始压力越大,直线管道衰减系数K1和支线管道衰减系数K2越大。冲击波衰减系数在管道分叉、管道拐弯、直管道情况下随初始压力的增大而增大的特性是一样的。 通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸火焰波在管道内的传播规律,得出了火焰波传播速度与压力的关系式。 通过实验研究和数值模拟对比分析研究瓦斯爆炸产生的CO随风流在管道内的传播规律,分析参与爆炸瓦斯量对有毒有害气体在管道内浓度分布的影响。在风流作用下CO在管道内扩散的过程中浓度峰值逐步降低,并且CO浓度在管道内的分布基本呈正态分布。 本项目对瓦斯爆炸事故伤害三区及应急救援措施进行了研究,为瓦斯爆炸事故的应急救援提供了决策依据。