【摘要】：瓦斯爆炸作為危害礦山安全的主要災(zāi)害之一,常伴隨著高溫火焰對巷道設(shè)備的灼燒以及高壓沖擊波對巷道內(nèi)存物的沖擊,造成人員傷亡的同時(shí)也帶來巨大的財(cái)產(chǎn)損失和不良的社會影響。如何較好地控制瓦斯爆炸,從根本上解決瓦斯爆炸對人員、設(shè)備造成的損害,是各國專家、學(xué)者不斷研究的重要課題。本文探索如何實(shí)現(xiàn)爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程的減速、乃至撲滅,從而更有效地解決瓦斯爆炸危害問題。本文在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上,自主搭建小型爆炸平臺。該平臺由七大系統(tǒng)組成,包含管道系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、壓力與光電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速攝像儀、點(diǎn)火系統(tǒng)、抑制劑充入系統(tǒng)以及擋板系統(tǒng)。按照實(shí)驗(yàn)過程中的工況要求對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),采集記錄實(shí)驗(yàn)所涉及的火焰?zhèn)鞑ミ^程、壓力變化過程等有關(guān)數(shù)據(jù)。對平直管道內(nèi)的瓦斯爆炸噴入N_2、R125(五氟乙烷)的實(shí)驗(yàn)中,與無抑制劑噴入的瓦斯爆炸過程相對比,噴入0-0.1MPa壓力的N_2后,傳播時(shí)間由352ms延長至365ms,最大火焰?zhèn)鞑ニ俣纫灿?.40467降低為8.23454m/s,降幅為2.02%。在N_2噴入壓力上升至0.2-0.3MPa后,傳播時(shí)間達(dá)到395ms,此時(shí)管內(nèi)最大火焰?zhèn)鞑ニ俣冉抵?.6515m/s,降幅為8.96%。將R125噴入壓力調(diào)大至0.3MPa后,火焰?zhèn)鞑s需432ms,此時(shí)管內(nèi)最大火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?.98151m/s,降幅達(dá)16.93%,即N_2、R125的噴入均能在一定程度上減緩?fù)咚贡ɑ鹧鎮(zhèn)鞑?且R125效果略優(yōu)于N_2效果。通過研究有、無側(cè)向泄壓對瓦斯爆炸傳播影響發(fā)現(xiàn),在爆炸火焰到達(dá)側(cè)向泄壓口前,兩種工況下的爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗖畈淮?且側(cè)向泄壓口處的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲�。火焰穿過側(cè)向泄壓口位置后,側(cè)向泄壓下的火焰?zhèn)鞑ニ俣扔勺畲笾?.12651m/s降低至0.51064m/s,降幅達(dá)87.63%,并在之后過程中始終保持低速傳播,致使從側(cè)向泄壓口至管道左端距離,有側(cè)向泄壓的火焰?zhèn)鞑ビ脮r(shí)是無側(cè)向泄壓條件下火焰?zhèn)鞑ビ脮r(shí)的7.81倍之多。除此之外,側(cè)向泄壓口的設(shè)置能在不影響各峰值形成時(shí)間的基礎(chǔ)上,使第二超壓峰值大小從5.83kPa降低至2.06kPa,降幅達(dá)64.33%,第三峰值壓力大小從5.73kPa降低至1.338kPa,減少了76.65%,其效果遠(yuǎn)好于平直管道內(nèi)N_2、R125的噴入效果,即側(cè)向泄壓能夠大幅減速瓦斯爆炸傳播。在研究側(cè)向泄壓下?lián)醢鍖ν咚贡ㄓ绊懞蟮贸?與無擋板時(shí)火焰?zhèn)鞑サ?42ms相對比,60°擋板時(shí)火焰?zhèn)鞑バ?73ms,30°條件下需839ms,即擋板設(shè)置加速了管內(nèi)火焰?zhèn)鞑?角度越大擋板的加速效果越明顯,但以擋板和管壁連接點(diǎn)(距點(diǎn)火源1.2m處)為界限,在此之前的火焰?zhèn)鞑ニ俣葹殚L板中板小板,在此之后變更為小板中板長板。不僅如此,擋板的設(shè)置與平直管道形成凹凸壁面,在其影響下對壓力變化產(chǎn)生干擾出現(xiàn)第四超壓峰值,該峰值隨著擋板角度的增大而增大,而到達(dá)時(shí)間縮短。但無論擋板角度如何改變,都無法阻止瓦斯爆炸沿管道繼續(xù)傳播。爆炸發(fā)生后,在側(cè)向泄壓口下游設(shè)置雙噴頭噴入N_2,當(dāng)N_2噴入壓力為0-0.1MPa時(shí),瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑r(shí)間為532ms,與無N_2噴入的842ms相比,少量氣體的噴入反而加速了管道后方爆炸的傳播。隨著N_2噴入壓力的逐漸增大,N_2對整個(gè)斷面預(yù)混氣的充分稀釋速度加快,在0.1-0.2MPa的N_2噴入壓力下,瓦斯爆炸火焰沿管道的傳播已經(jīng)被阻止,被擋于右端噴頭位置,繼續(xù)加大N_2噴入壓力至0.2-0.3MPa,爆炸火焰?zhèn)鞑ナ茏栊Ч用黠@,從側(cè)向泄壓口開始便不能觀測到明顯火焰,瓦斯爆炸沿管道的傳播被阻止,后方瓦斯爆炸傳播被撲滅。但在無側(cè)向泄壓條件下,即使N_2噴入壓力為0.2-0.3MPa,瓦斯爆炸火焰依舊沿管道快速傳播,完成管內(nèi)傳播僅需395ms。因此,只有對瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ゴ蠓鶞p速后,在合適的噴入壓力下,才能在足夠時(shí)間內(nèi)形成“斷面”,實(shí)現(xiàn)瓦斯爆炸的撲滅。
【圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

質(zhì)量流量計(jì)和空壓機(jī)Fig.2-3Massflowcontrollerandaircompressor
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD712.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮陽;施龍青;牛超;許磊;潘超;宋永文;;2001-2013年中國煤礦瓦斯事故分析[J];煤礦安全;2015年06期

2 李鵬;劉劍;高科;;管道內(nèi)瓦斯爆炸溫度與壓力峰值試驗(yàn)研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2015年02期

3 劉建勝;王曉蕾;;2001—2013年我國煤礦瓦斯爆炸事故基本特征與發(fā)生規(guī)律探討[J];中州煤炭;2014年09期

4 劉志超;李果;紀(jì)文濤;溫小萍;;對開式泄爆條件下預(yù)混甲烷/空氣爆燃試驗(yàn)研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2014年03期

5 任少峰;陳先鋒;王玉杰;李登科;劉杰;;無約束泄爆對甲烷/空氣火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙脑囼?yàn)研究[J];中國安全科學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

6 徐進(jìn)生;陳先鋒;李登科;劉杰;胡軍然;;甲烷/空氣預(yù)混氣體泄爆過程的動力學(xué)研究[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2013年04期

7 喻源;張慶武;蔣軍成;;球形容器在彎管條件下的泄爆收容[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年03期

8 王海賓;尉存娟;譚迎新;;水平管道內(nèi)障礙物對氣體爆炸壓力影響的研究[J];廣州化工;2011年24期

9 周曉猛;周彪;陳濤;傅學(xué)成;王榮基;;六氟丙烷的熱解過程及其動力學(xué)滅火機(jī)理[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2011年05期

10 任少峰;陳先鋒;王玉杰;陶明;陳明;;泄壓口比率對氣體泄爆過程中的動力學(xué)行為的影響[J];煤炭學(xué)報(bào);2011年05期

相關(guān)會議論文 前1條

1 陶觀楚;唐祝華;;中國氣體消防技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和未來瞻望[A];中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會第四屆理事會第一次會議論文集[C];2002年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 任少峰;可燃性氣體泄爆動力學(xué)機(jī)理研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 曹勇;點(diǎn)火位置對氫氣—空氣泄爆特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

2 段佳;泄爆過程的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[D];南京理工大學(xué);2004年

，

本文編號：2601131