【摘要】：瓦斯爆炸事故是我國煤礦井下最嚴重的災(zāi)害事故之一，容易造成大量的人身傷亡和巨大的國家財產(chǎn)損失。為了從源頭上防止瓦斯積聚，越來越多的煤礦加大了瓦斯抽采的投入，但是我國低濃度瓦斯的抽采量占有較大比重，在通過管道長距離輸送至瓦斯利用端的過程中也存在著嚴重的安全隱患�？紤]到瓦斯爆炸特征參數(shù)眾多，其發(fā)展過程中可能會呈現(xiàn)特殊性和復(fù)雜性，因此需要研究巷道（或瓦斯輸送管道）內(nèi)瓦斯爆炸的多參數(shù)時空演化特征，繼而開發(fā)新型抑爆設(shè)備，把瓦斯爆炸災(zāi)害控制在小的范圍內(nèi)。 本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究等方法，研究了瓦斯爆炸超壓及火焰瞬時速度與傳播距離的耦合關(guān)系、瓦斯爆炸多參數(shù)的加速發(fā)展特征、瓦斯爆炸多參數(shù)的衰減特征、瓦斯爆炸防爆安全距離及防火距離等，以此為指導(dǎo)，開發(fā)了高壓氣固兩相射流幕抑爆惰化技術(shù)及裝置，并測試了抑爆裝置的響應(yīng)時間和抑爆效果。取得的主要創(chuàng)新性成果如下： 基于一定假設(shè)條件建立了瓦斯爆炸強沖擊波衰減后的超壓、氣流速度、沖擊波傳播速度與傳播距離的耦合關(guān)系式，，發(fā)現(xiàn)超壓與傳播距離和巷道斷面積成反比，與瓦斯爆炸釋放總能量成正比，而氣流速度、沖擊波傳播速度均與傳播距離和巷道斷面積的平方根成反比，均與瓦斯爆炸總能量的平方根成正比。在一定實驗條件下得到了充滿燃料平直鋼管內(nèi)瓦斯爆炸火焰瞬時傳播速度與傳播距離的耦合關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)火焰瞬時速度隨著傳播距離的增大而增大，但增大幅度逐漸減小。 計算了各種初始溫度、初始壓力、初始球形火焰半徑和瓦斯積聚體積量等條件下的瓦斯爆炸防爆安全距離及防火距離。揭示了這些因素對爆炸多參數(shù)衰減特征及防爆距離的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)初始溫度的增大導(dǎo)致最大超壓、最大密度、最大氣流速度和最大燃燒速率呈線性關(guān)系減小，最高溫度和防火距離呈線性關(guān)系增大，防爆安全距離逐漸增大；初始壓力的增大可使最大超壓、最大密度和最大燃燒速率線性增大，對防爆安全距離的影響不存在明顯規(guī)律性，對防火距離的影響可以忽略；初始球形火焰半徑的變化對最大超壓、最大密度、最高溫度、最大氣流速度和最大燃燒速率的影響小，對防爆安全距離的影響不存在明顯規(guī)律性，對防火距離的影響可以忽略；瓦斯積聚體積量的增大導(dǎo)致最大超壓、最大密度、最大氣流速度、最高溫度和防爆安全距離呈增大趨勢變化，防火距離呈明顯線性關(guān)系增大。 采用氮氣與ABC干粉滅火劑的混合物作為抑爆劑，開發(fā)了高壓氣固兩相射流幕抑爆惰化技術(shù)及裝置。裝置的噴撒效率比國家標準AQ1079-2009規(guī)定的參考值提高了24.73%，ABC干粉噴撒完成時間縮短了20%，從傳感器接受火焰信號到噴撒出最大質(zhì)量干粉滅火劑的總時間縮短了24.86%，只要抑爆劑噴射口前方某一火焰?zhèn)鞲衅髋c觸發(fā)火焰?zhèn)鞲衅鞯玫降幕鹧娴竭_時間差介于117~919ms之間，則抑爆成功。通過抑爆試驗發(fā)現(xiàn)，噴撒氮氣與ABC干粉對爆炸超壓及火焰速度的抑制作用比較明顯，超壓降幅最高為76.7%，火焰速度降幅最高為100%；火焰熄滅的位置基本處于抑爆劑噴射口前后3m范圍內(nèi)，小于標準規(guī)定的6m；噴撒一次高壓氮氣與普通ABC干粉抑爆后，剩余抑爆劑的存在還可以抑制至少5次瓦斯爆炸的傳播。氣固兩相射流幕抑爆技術(shù)的研發(fā)成功可以為煤礦井下巷道或瓦斯輸送管道內(nèi)的瓦斯爆炸隔爆抑爆提供一種新的技術(shù)途徑，研究成果對防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故的擴大具有十分重要的科學(xué)價值和實際意義。
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【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712.7

【參考文獻】

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本文編號：2253542