【摘要】：煤炭作為我國儲(chǔ)量最豐富的能源,也是我國的主體能源。隨著煤炭的不斷開采,隨之而來出現(xiàn)的爆炸事故也越來越嚴(yán)重。在礦井災(zāi)害中,其中危害最嚴(yán)重之一的便是礦井瓦斯煤塵爆炸事故,而在發(fā)生瓦斯煤塵爆炸事故的國家中,我國的爆炸事故最為嚴(yán)重。沖擊波是主要的災(zāi)害效應(yīng),對(duì)沖擊波的傳播規(guī)律進(jìn)行研究,可為預(yù)防和控制爆炸事故提供數(shù)據(jù)參考,對(duì)降低爆炸事故危害、減少人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)課題的研究背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析總結(jié),在理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合井下礦井的實(shí)際情況,主要對(duì)煤塵粒徑、煤塵濃度以及巷道變化幾個(gè)因素的影響進(jìn)行了研究,建立了合適的物理模型和數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用FLUENT軟件對(duì)巷道內(nèi)瓦斯煤塵爆炸進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)理論分析和數(shù)值仿真研究,本文所得結(jié)果如下:(1)驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,模擬數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比,誤差范圍在可接受的范圍內(nèi),驗(yàn)證了模擬方法的可行性,為下文的研究奠定基礎(chǔ)。(2)研究了煤塵顆粒大小與煤塵濃度不同時(shí)瓦斯煤塵爆炸壓力的變化,其結(jié)果表明:大顆粒煤塵和小顆粒煤塵混合下的瓦斯煤塵爆炸中,在煤塵濃度相同的情況下,隨著大顆粒煤塵質(zhì)量百分比的增大,最大爆炸壓力呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),但不同質(zhì)量百分比值之間下降趨勢(shì)不同,大顆粒質(zhì)量百分比介于10%~50%時(shí),爆炸壓力下降幅度較大,而質(zhì)量百分比處于50%~90%時(shí),爆炸壓力下降幅度較小,并且混合煤塵的瓦斯煤塵爆炸壓力一直處于一個(gè)范圍之內(nèi);大顆粒煤塵所占質(zhì)量百分比相同的情況下,隨著煤塵濃度的增大,最大爆炸壓力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),并且最大爆炸壓力在煤塵濃度為400g/m~3時(shí)達(dá)到最大。(3)研究了回風(fēng)巷寬度與其分岔巷寬度在不同比例時(shí)瓦斯煤塵爆炸壓力的變化。其結(jié)果表明:在回風(fēng)巷與其分岔巷寬度比例相同時(shí),分岔后巷道內(nèi)的壓力都有所降低,分岔后直巷道的壓力比分岔巷道的壓力小。隨著寬度比例的增大,分岔后直巷道與分岔巷道的壓力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),當(dāng)回風(fēng)巷寬度與分岔巷寬度比例為1.5:1時(shí),分岔巷道對(duì)沖擊波的衰減作用較大。(4)研究了多分岔巷道對(duì)巷道內(nèi)爆炸壓力的影響,其結(jié)果表明:分岔的增多對(duì)直巷道內(nèi)的壓力變化影響較大,對(duì)拐彎巷道的壓力變化影響較小。巷道內(nèi)的壓力相對(duì)于初始?jí)毫Χ际墙档偷?在降低的總基礎(chǔ)上,分岔后的分岔巷道(點(diǎn)2處)的壓力隨著分岔巷道的增多而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),分岔后的直巷道(點(diǎn)3處)的壓力隨著分岔巷道的增多而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD712.7
【圖文】：

圖 2.1 煤塵爆炸過程示意圖煤塵的燃燒爆炸包括均相過程也包括非均相過程。煤塵爆炸的過程大致分為下列三個(gè)過程:(1) 煤塵顆粒表面與在空氣中的氧氣分子進(jìn)行接觸煤自身就是可燃的物質(zhì)，是一種復(fù)雜的固體化合物，開采時(shí)煤被破碎后不同的場(chǎng)地都有煤塵的存在，與氧氣接觸的總表面積增加，懸浮在空氣中的煤塵具有更強(qiáng)的氧吸收能力和被氧化的能力，更容易發(fā)生氧化反應(yīng)。(2) 高溫作用下析出可燃性氣體吸收能量與空氣混合，開始氧化反應(yīng)由于外界環(huán)境高溫作用，懸浮在空氣中的煤塵單位時(shí)間內(nèi)從外界中不斷吸收熱量升高煤塵本身的溫度，當(dāng)溫度升至大約 300℃至 400℃時(shí)，煤塵粒周圍會(huì)被從煤塵中析出的可燃性氣體所包裹，氣體吸收足夠的能量并集聚一定濃度，開始了鏈反應(yīng)過程，分子之間的鏈迅速斷開，有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的自由基（也稱為游離基）被分離出來，以這

中北大學(xué)學(xué)位論文傳播至未受擾動(dòng)的區(qū)域，形成沖擊波，如圖 2.2（c）。沖擊波和火焰在燃燒區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)正反饋?zhàn)饔�，沖擊波對(duì)未燃燒區(qū)域進(jìn)行擾動(dòng)，使得巷道未燃區(qū)域內(nèi)的燃燒物質(zhì)在較高的壓力和溫度中進(jìn)行燃燒，燃燒波的傳播速度加快，沖擊波強(qiáng)度隨著燃燒波傳播的加速被不斷的增大，煤塵云因沖擊波波陣面膨脹作用推動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)，火焰?zhèn)鞑サ木嚯x也因此比最初的傳播距離更遠(yuǎn)。沖擊波的強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，是在所有物質(zhì)燃燒完畢后，壓力和速度隨著沖擊波的向前傳播開始減小，沖擊波也開始衰減，直至聲波[61,62]。

e 比熱力學(xué)能； p 壓力； ρ 密度； u 氣體速度； c 音速圖 2.3 爆炸過程的兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)當(dāng)遇到障礙物時(shí)，沖擊波就會(huì)發(fā)生如圖 2.4 所示的反射、透（a）正反射 （b）斜反入射波 反射波沖擊α反射波1D2 D射波入射波反

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李鴻德,廖繼卿,夏自柱;瓦斯煤塵爆炸火焰溫度的測(cè)定[J];計(jì)量學(xué)報(bào);1988年04期

2 李鴻德,廖繼卿,夏自柱;瓦斯煤塵爆炸火焰光譜的實(shí)驗(yàn)研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);1988年04期

3 林兆水;程控電話下井[J];煤礦自動(dòng)化;1988年04期

4 楊保林,張奇銘;防治瓦斯煤塵爆炸事故途徑的探討[J];中州煤炭;1989年06期

5 李志憲，孫猛，魏利軍;東村煤礦“11·27”特大瓦斯煤塵爆炸事故調(diào)查報(bào)告[J];勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù);1997年02期

6 張奇銘;控制瓦斯煤塵爆炸事故實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)巷道安全裝備系列[J];河南煤炭;1985年02期

7 楊春麗;李祥春;;煤礦特別重大瓦斯煤塵爆炸事故發(fā)生原因及規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析[J];煤炭技術(shù);2015年10期

8 司榮軍;王春秋;張延松;李潤之;;瓦斯煤塵爆炸傳播研究綜述及展望[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2007年01期

9 舒芬,夏自柱;瓦斯煤塵爆炸參量前置放大器[J];煤炭工程師;1998年01期

10 文俊;下最大的決心杜絕瓦斯煤塵爆炸事故──高揚(yáng)文部長在全國煤礦安全生產(chǎn)表彰大會(huì)上發(fā)出號(hào)召[J];勞動(dòng)保護(hù);1981年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 陸守香;;爆炸成霧效果影響因素的研究[A];中國煤炭學(xué)會(huì)第六屆青年科技學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2000年

2 司榮軍;樊小濤;薛少謙;王磊;;礦井瓦斯煤塵爆炸火焰、沖擊波傳播規(guī)律研究[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

3 彭樂;;瓦斯煤塵爆炸沖擊波傷害率研究[A];第30屆全國高校安全科學(xué)與工程學(xué)術(shù)年會(huì)暨第12屆全國安全工程領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位研究生教育研討會(huì)論文集[C];2018年

4 曾德坤;;煤礦許用爆破器材與煤礦安全[A];2007年贛皖湘蘇閩五省煤炭學(xué)會(huì)聯(lián)合學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

5 孫繼平;錢曉紅;;煤礦重特大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)研究[A];煤礦自動(dòng)化與信息化——第26屆全國煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議暨第7屆中國煤礦信息化與自動(dòng)化高層論壇論文集[C];2017年

6 司榮軍;王磊;樊小濤;宋春香;;大型地下試驗(yàn)巷道中瓦斯煤塵爆炸傳播規(guī)律研究[A];第十二屆全國實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 郭東煤礦礦長 張貴;汲取事故教訓(xùn) 加強(qiáng)安全管理[N];中國煤炭報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 司榮軍;礦井瓦斯煤塵爆炸傳播規(guī)律研究[D];山東科技大學(xué);2007年

2 方海峰;煤礦井下救生艙及硐室防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 王博;煤礦瓦斯煤塵爆炸沖擊波傳播的影響因素研究[D];中北大學(xué);2019年

2 郗雪辰;障礙物對(duì)激波誘導(dǎo)沉積煤粉影響的數(shù)值模擬研究[D];中北大學(xué);2015年

3 魏嘉;煤礦瓦斯煤塵爆炸數(shù)值模擬研究[D];中北大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2803672