煤矿水平巷道火区瓦斯爆炸易爆区域判定研究

摘要

随着煤炭开采逐步向深部发展，矿井火灾与瓦斯问题日益严重，成为了制约煤矿安全开采两大难题。火灾发生后，直接封闭火区时发生瓦斯爆炸的可能性较大。尤其在高瓦斯矿井火区极易发生瓦斯爆炸，多次爆炸的惨痛实例证明目前火区瓦斯爆炸的致因机理及变化规律一直没有得到根本的解决。
　　本文采用理论分析、实验研究和数值分析相结合的方法，理论推导了火区燃烧速度、CO、CO2、温度计算公式，实验研究了瓦斯爆炸界限影响因素，数值模拟了水平巷道火区风速不同时流场、温度场和CO、CO2、 CH4气体浓度场分布规律。通过以上研究得出，瓦斯爆炸界限随着温度、压力、CO浓度和点火能量升高均扩大;CO2的惰化效果优于N2;火区瓦斯爆炸与瓦斯爆炸在流场、瓦斯爆炸界限、瓦斯积聚规律有着其特殊性;火区易爆区域形成受温度影响较大，CO浓度对易爆区域影响相对较小;随着封闭工作进行，当火区封闭至入口风速为0.1 m·s-1时，瓦斯易爆区域形成位于火源上风侧10.45 m巷道顶板附近，通过对两场模拟数据分析出最易爆炸点随着火区逐步封闭逐渐向爆炸三角形内部移动，当风速为0.1 m·s-1时，易爆点位于三角形内。研究结果对于提升我国煤矿火区瓦斯爆炸的预防技术和水平、有效遏制煤矿重特大事故的发生具有极其重要的理论指导意义和实际应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文选题背景及研究意义

1．1．1 论文研究的背景

1．1．2 研究问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 火区气体运移研究现状

1．2．2 高瓦斯矿井火区封闭技术研究现状

1．2．3 瓦斯爆炸研究现状

1．2．4 封闭火区爆炸危险性判断研究现状

1．3 目前存在的问题

1．4 主要研究方法、研究内容和技术路线

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 论文研究方法和技术路线

1．5 论文研究理论意义与实用价值

1．5．1 理论意义

1．5．2 实用价值

2 火区湍流传热传质分析

2．1 火区燃烧速度

2．2 火区气体来源

2．3 火区气体浓度变化数学模型

2．3．1 火区氧气浓度微分方程

2．3．2 火区二氧化碳浓度分布

2．3．3 火区一氧化碳浓度分布

2．4 火区温度分布

2．5 本章小结

3 火区瓦斯爆炸影响因素实验

3．1 实验装置

3．2 瓦斯爆炸危险性影响因素实验

3．2．1 温度对瓦斯爆炸危险性的影响

3．2．2 初始压力对瓦斯爆炸界限影响

3．2．3 CO对瓦斯爆炸危险性的影响

3．2．4 点火能量对瓦斯爆炸危险性的影响

3．2．5 惰性气体对瓦斯爆炸危险性的影响

3．3 火区内多种混合气体爆炸危险性判定

3．4 本章小结

4 火区瓦斯爆炸灾害耦合致因机理

4．1 火区瓦斯爆炸机理和爆炸条件

4．2 火区瓦斯爆炸类型和原因

4．3 火区瓦斯爆炸特性

4．4 火区瓦斯爆炸时间数学模型

4．4．1 最低供风量计算

4．4．2 火区爆炸时间计算

4．5 本章小结

5 火区瓦斯爆炸易爆区域数值模拟

5．1 煤矿火区瓦斯易爆区域理论分析

5．2 火区瓦斯爆炸数学物理模型

5．2．1 火区风流流动基本守恒方程

5．2．2 火区风流热量传递形式

5．3 火区封闭过程中易爆区域数值模拟

5．3．1 COMSOL Multiphysics软件简介

5．3．2 数学模型的建立

5．4 模拟结果及其分析

5．4．1 火区气体流场分布

5．4．2 火区气体浓度场与温度场分布

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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