煤与瓦斯突出冲击波实验研究

摘要

本文针对我国煤与瓦斯突出事故频发和复杂性强的特点,从理论分析、实验研究两方面对煤与瓦斯突出及其产生的冲击波进行研究,系统地模拟研究了煤与瓦斯突出后实验管道内突出冲击波传播规律。对巷道内煤与瓦斯突出冲击波的传播特性进行了研究和总结。
　　本文由理论分析、在理论指导下实验系统的搭建和实验测试以及实验结果与理论分析对比总结四个部分组成。首先,在相似理论的指导下自行设计加工一套煤与瓦斯突出实验系统,该系统有突出实现系统和数据采集系统两部分组成,由模拟突出实验系统实现煤与瓦斯的突出,然后通过动态数据采集系统将压力变送器采集的电信号转变成数字信号,测试突出发生后瓦斯产生的冲击波的压力变化特性,其次,根据空气动力学原理,分析了突出发生与发展对冲击波传播的影响因素(突出参与的煤量、参与的瓦斯量与瓦斯压力、实验管道的布置与粗糙程度等);基于冲击波间断关系式,引入气体状态方程,推导出冲击波传播的超压公式和冲击波阵面的速度表达式。实验研究部分,实验验证了理论分析关于煤与瓦斯突出冲击波传播的结论。通过不同参与煤量、不同瓦斯压力、不同瓦斯气体和不同的巷道布置情况下的突出模拟实验,分析了这几种情况下突出冲击波的影响关系。
　　实验结果表明,独立设计的整套实验系统能很好地模拟煤与瓦斯突出这一复杂的动力现象,成功地模拟出了突出在巷道中的发生发展过程;产生冲击波的大小的影响因素比较多,其中最为重要的是煤体内存储的瓦斯膨胀能(煤与瓦斯突出的强度),而突出产生的初始超压与瓦斯压力有着密切的关系。通过冲击波超压公式和冲击波气流的传播速度公式也可以验证这一点。本文的研究成果对煤与瓦斯突出事故的防治和调查、以及突出发生后防止灾害扩大提供了重要的理论和技术支持。

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1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 课题综述及国内外研究现状

1.3 本文的研究内容、技术路线和研究方法

1.4 本章小结

2 突出冲击波传播规律的理论分析

2.1 引言

2.2 矿井突出事故的统计分析

2.3 突出冲击波的传播规律分析

2.4 本章小结

3 实验装置设计及工作原理

3.1 引言

3.2 突出实验装置及实验管道系统设计

3.3 压力数据采集系统的设计

3.4 煤样的采集与处理

3.5 突出实验装置工作原理

3.6 实验系统的安装与调试

3.7 本章小结

4 管道突出冲击波传播实验结果及分析内容

4.1 引言

4.2 实验研究目的

4.3 本章小结

5 主要研究结论及展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

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