高瓦斯矿井封闭火区瓦斯爆炸实验及数值模拟研究

摘要

瓦斯爆炸是危害最大的矿井灾害之一。高瓦斯矿井火区封闭过程中存在着很大的爆炸危险,研究矿井多元瓦斯气体爆炸特性以及封闭区域内的爆炸过程对防治瓦斯爆炸具有重要的现实意义。
　　本实验利用20L近球形爆炸实验装置,分别测试了CH4、CO、C2H6和H2的爆炸极限,与文献值进行对比,引入爆炸危险度的概念分析每种气体的爆炸危险性;在此基础上依据实际矿井气体成分检测结果,选取三组具有代表性的CO、C2H6、H2浓度配比,测得每种配比条件下CH4的爆炸极限及CH4浓度6-12%时的爆炸特性参数,研究其他可燃性气体对于CH4爆炸特性的影响;选取纯CH4和一组多元可燃性气体配比条件分别测试其临界氧浓度,为井下现场的防爆工作提供一定的理论基础。
　　利用专业气体爆炸模拟软件FLACS,对与实验相同条件下的密闭空间多元可燃性气体爆炸过程进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行对比,分析误差,验证FLACS模拟多元可燃性气体爆炸的可行性;通过分析不同时刻容器内压力场、爆炸产物浓度场、可燃性气体浓度场及速率场的变化,揭示了爆炸波的传播形态及小空间内爆炸过程的压力分布。
　　依托于实际矿井,建立了接近真实的U型通风工作面模型,利用FLACS软件对巷道内气体爆炸过程进行了数值模拟,并系统地研究了点火位置、可燃性气体填充长度、气体成分浓度、巷道内障碍物及不同密闭情况对爆炸过程的影响。
　　本文研究所得可为高瓦斯矿井封闭火区内的瓦斯爆炸控制提供一定借鉴。

目录

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 研究内容和技术路线

2 瓦斯爆炸相关理论分析

2.1 瓦斯爆炸机理分析

2.2 瓦斯爆炸传播特性

2.3 瓦斯爆炸后果及重要影响因素

2.4 本章小结

3 多元可燃性气体爆炸特性实验研究

3.1 实验装置系统概况

3.2 实验系统介绍

3.3 实验方案

3.4 实验结果及分析

3.5 本章小结

4 多元可燃性气体爆炸过程数值模拟

4.1 FLACS 软件简介

4.2 受限空间内瓦斯爆炸过程的数学物理模型

4.3 模型建立及参数设置

4.4 模拟结果及对比分析

4.5 本章小结

5 工作面瓦斯爆炸过程数值模拟

5.1 计算模型的建立

5.2 工作面多元可燃性气体爆炸过程数值模拟

5.3 可燃性气体成分对工作面气体爆炸过程影响的数值模拟

5.4 点火位置对工作面气体爆炸过程影响的数值模拟

5.5 可燃气体填充长度对工作面气体爆炸过程影响的数值模拟

5.6 障碍物对工作面气体爆炸过程影响的数值模拟

5.7 密闭墙情况对工作面气体爆炸过程影响的数值模拟

5.8 本章小结

6 结论

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录