發(fā)布時(shí)間：2020-04-29 14:20

【摘要】：瓦斯爆炸是最嚴(yán)重的礦井災(zāi)害之一,其產(chǎn)生的高溫火焰、強(qiáng)烈沖擊波和有毒氣體嚴(yán)重威脅著井下工作人員的生命安全,不僅如此,由瓦斯爆炸引起的粉塵爆炸和坍塌等次生災(zāi)害還會(huì)使事故嚴(yán)重程度和波及范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。雖然對(duì)瓦斯爆炸的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)礦井災(zāi)害的研究重點(diǎn),但依然不能確保瓦斯爆炸事故不會(huì)發(fā)生。因此,研究削弱瓦斯爆炸帶來(lái)的危害,對(duì)于煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要意義。當(dāng)前對(duì)于瓦斯抑爆的實(shí)驗(yàn)研究中,多是利用固體粉末、惰性氣體、水霧等進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn),本論文結(jié)合理論研究和實(shí)驗(yàn)探究的方法,將薄水層與爆燃波相互作用,并對(duì)薄水層抑制爆燃波的傳播進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)研究,爆燃波和化學(xué)反應(yīng)的傳播是典型的非線性現(xiàn)象,不符合幾何相似性,因此小尺度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不一定能反映出真實(shí)的效果。而利用大型管道或模擬巷道進(jìn)行的爆炸,實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)波動(dòng)較大,更加難以得到有說(shuō)服力的分析結(jié)果。因此,本文選用截面為200mm*200mm的中尺度實(shí)驗(yàn)管道進(jìn)行瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn),從爆炸壓力和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊慕嵌冗M(jìn)行分析,即降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差,又具有更高的可靠性,同時(shí)對(duì)瓦斯爆炸研究的尺度效應(yīng)進(jìn)行了初步認(rèn)識(shí)。激波管系統(tǒng)、充配氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)構(gòu)成了本實(shí)驗(yàn)的研究平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)安裝過程中,對(duì)防誤觸發(fā)系統(tǒng)、光電傳感系統(tǒng)以及高速攝影系統(tǒng)等方面做了優(yōu)化升級(jí),從而解決了以往實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常存在的誤觸發(fā)操作、信號(hào)采集、延時(shí)同步控制和瞬態(tài)光譜等問題。通過對(duì)瓦斯爆燃波和薄水層的相互作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,從壓力和火焰方面入手進(jìn)行定量分析,探究了薄水層對(duì)瓦斯爆炸的影響。實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容和分析結(jié)論如下:(1)應(yīng)用并改進(jìn)了一套可以進(jìn)行甲烷空氣混合氣體爆炸及薄水層抑爆實(shí)驗(yàn)并可以對(duì)實(shí)驗(yàn)中的壓力數(shù)據(jù)和火焰光電信息進(jìn)行收集處理的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。(2)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),壓力高值區(qū)的爆炸具有不規(guī)則性,且在壓力上升過程中出現(xiàn)震蕩疊加效應(yīng)。(3)火焰在爆燃波之后經(jīng)過管道的同時(shí)壓力下降的速率最大;討論了火焰?zhèn)鞑ニ俣�、爆炸壓力及壓力上升速率與不同位置的沖擊波反射作用效果。(4)火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒒鹧婷鎸挾�、爆炸壓力及壓力上升速率與薄水層的水量成反比,且當(dāng)水量較小時(shí)對(duì)于爆炸前驅(qū)沖擊波的壓力上升速率均有促進(jìn)作用。
【圖文】：

波管、切割摩擦火花系統(tǒng)和各種尺度的管網(wǎng)爆炸模擬系統(tǒng)。粉塵爆炸特性檢測(cè)包括：最低著火溫度和著火能量、爆炸下限濃度、最大爆炸壓力和壓力上升速率等。爆炸監(jiān)控和自動(dòng)隔爆技術(shù)包括：連續(xù)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度、空間粉塵濃度和沉積粉塵強(qiáng)度等參量，自動(dòng)超限報(bào)警和控制相關(guān)設(shè)備斷電功能。當(dāng)發(fā)生瓦斯、粉塵爆炸，可控制噴撒抑爆劑撲滅火焰并防止爆炸轉(zhuǎn)播。煤科總院重慶分院瓦斯煤塵爆炸實(shí)驗(yàn)室建設(shè)了瓦斯煤塵爆炸實(shí)驗(yàn)基地[56]（1976~1980，600 余萬(wàn)），后經(jīng)多次改造，可模擬煤礦井下實(shí)際尺度的瓦斯煤塵爆炸、可燃?xì)怏w（天然液化氣、油氣、硫化氫等）和粉塵（礦物、糧食、紡織物等）爆炸特性及傳播規(guī)律和隔抑爆技術(shù)等（圖 6）。主要包括：地下爆炸實(shí)驗(yàn)巷道（斷面 7.2m2、長(zhǎng) 896m，國(guó)際第二、亞太地區(qū)最大、中國(guó)唯一）和地面鋼制系列爆炸管道（斷面 10m2和長(zhǎng) 20m、Φ2m 和長(zhǎng) 29m、Φ720mm 和長(zhǎng) 93m、Φ500mm和長(zhǎng) 66m、Φ300mm 和長(zhǎng) 26m、Φ200mm 和長(zhǎng) 20m）。配套的測(cè)試系統(tǒng)包括 50Msps高速動(dòng)態(tài)爆炸參量、1000fps 高速攝像。此外還建有氣體粉塵、煤塵、氣體/粉塵和切割摩擦火花、防隔爆等相關(guān)設(shè)備。

圖 1-2 激波卷?yè)P(yáng)液體表面圖像Figure 1-2 Image of shock wave rolling liquid surfa擊后的壓力的沖擊載荷會(huì)在液體表面產(chǎn)生的不規(guī)則擾動(dòng)。在這些擾動(dòng)上的流動(dòng)產(chǎn)生)[58](1989)觀察到了非常薄的液體薄膜上的的風(fēng)洞被用來(lái)在平板上的油膜表面產(chǎn)生低速有不同波長(zhǎng)的橫向波痕，在過渡流下觀察，，模擬了開闊空間中水的抑爆效果，研究發(fā)倍時(shí)，可以將爆炸形成的沖擊波的強(qiáng)度降域中的作用效果，分別將水的分布條件設(shè)置形式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的質(zhì)量比和載荷一定的縮減。研究團(tuán)隊(duì)[61]在長(zhǎng)為 160cm，直徑 8.4cm 的石聲霧化技術(shù)將無(wú)機(jī)鹽溶液進(jìn)行霧化抑爆，無(wú)化鉀。利用高速攝像機(jī)對(duì)管道內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?
【學(xué)位授予單位】：華北科技學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD712.7

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本文編號(hào)：2644671