井下巷道瓦斯爆炸冲击波传播规律及影响因素研究

【摘要】我国大多数煤矿都含有不同程度的瓦斯量，在煤炭开采中，瓦斯爆炸成为制约煤矿安全的最大隐患之一。新中国成立以来，煤矿安全事故频繁发生，特别是瓦斯爆炸灾害，造成了巨大的财产损失和人员伤亡，严重威胁着我国煤炭产业的发展。因此，研究井下巷道瓦斯爆炸特征和瓦斯爆炸影响因素具有十分重要的意义。本文以气体热爆炸理论和爆炸流体动力学理论为基础，分析了瓦斯浓度、障碍物和管道结构对瓦斯爆炸传播特征的影响。根据瓦斯爆炸冲击波传播理论分析，本文建立了合适的物理和数学模型，运用显示动力分析软件LS-DYNA对巷道内瓦斯爆炸冲击波传播过程进行了数值模拟。根据LS-DYNA软件的功能特点，我们把瓦斯爆炸在巷道内的传播可以看作是流固耦合问题。结合井下巷道复杂环境，本文对简化的巷道拐弯、巷道分岔、巷道截面积变化和巷道内设置障碍物模型进行了数值模拟，分析了几种模型下巷道内不同位置处爆炸压力和爆炸流场变化。根据理论分析和数值模拟，本文得到如下结论：巷道内设置障碍物时，障碍物对瓦斯爆炸传播过程具有明显的激励效应，在障碍物附近形成瓦斯爆炸高压区，在障碍物后方由于阻挡和绕射作用形成了瓦斯爆炸低压区，障碍物的存在减缓了瓦斯爆炸衰减速度；巷道内有拐弯存在时，瓦斯爆炸传播到拐弯处，会在拐弯上壁面形成高压区，在下壁面形成低压区，拐弯处和拐弯巷道内特征点爆炸压力明显高于直巷道内特征点压力；巷道内分岔对瓦斯爆炸压力具有明显的排泄作用，分岔巷道内特征点压力比直巷道内特征点压力有明显降低；巷道截面积突然扩大加速了爆炸冲击波速度，降低瓦斯爆炸压力，巷道截面积突然缩小降低了冲击波传播速度，增加瓦斯爆炸压力。在本文研究结果的基础上，作者提出了减少瓦斯爆炸伤害的措施和方法，希望能够对煤矿安全生产提供一定的理论指导。
【作者】蔺照东；
【导师】李如江；刘炜；
【作者基本信息】中北大学，安全工程，2014，硕士
【关键词】瓦斯爆炸；LS-DYNA；流固耦合；数值模拟；冲击波；

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