煤与瓦斯突出后的灾变损害及破坏特征

论文摘要

论文以冲击波理论为基础,对煤与瓦斯突出后巷道的破坏程度和对通风系统的影响进行分析研究。并在FM反向防突风门相似试验的基础上,综合运用理论分析、数值模拟、编制解算程序及实验室实验等研究方法,着重研究了煤与瓦斯突出后的灾变损害及破坏特征:(1)通过对煤与瓦斯突出后模型简化条件的假设、突出后瓦斯的涌出状态和巷道压力变化的分析,确定了粉煤——瓦斯混合物运动和空气压缩波形成冲击波传播的时间和路程的关系,为确定冲击波的灾变损害及其波阵面后面气流的能量奠定了基础;(2)依据煤与瓦斯突出的强度建立冲击波模型并对其进行分析,确定了煤与瓦斯突出产生冲击波的波阵面速度;并依据冲击波波阵面的速度与入射压、入射压与反射超压的关系,得出了煤与瓦斯突出时作用在门上的反射超压,最终确定了作用在风门的等效载荷是由反射超压决定;(3)按照压缩流体的一维流动对煤与瓦斯突出后的各种混合气体进行分析研究,将其视为标准空气处理,并将突出瓦斯造成的自然风压都归结到风机静压之中统一考虑,建立数学模型,采用时间间隔法对模型求解;(4)通过爆炸形成冲击波对FM防突风门破坏的实验数据分析,确定实测结果与运用冲击波理论计算结果比较接近;通过对两种载荷形式数值模拟的比较,我们可以得出门垛左侧风筒内部的圆柱面并不受冲击波的影响;门垛最薄弱的地方就是风筒所在的地方,这与实验结果一致;(5)为了解决模型方程求解复杂的问题,应用VB编写了瓦斯逆流程序,结合某次突出事例,绘出了有代表性的进风巷道内气体压力随时间变化的曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 研究的内容和创新点
• 2 煤与瓦斯突出形成冲击波规律的研究
• 2.1 煤与瓦斯突出事故的调查分析
• 2.2 突出后瓦斯的涌出状态
• 2.3 瓦斯在煤体中的赋存和流动状态
• 2.4 煤与瓦斯突出冲击波的形成
• 2.5 煤与瓦斯突出冲击波的数学模型
• 2.6 本章小结
• 3 煤与瓦斯突出气流在巷道中的流动规律
• 3.1 突出气流在巷道中的流动规律模型
• 3.2 突出气流在巷道的运动方程
• 3.3 突出气流流动模型的数值解
• 3.4 瓦斯逆流程序
• 3.5 本章小结
• 4 冲击波对防突风门破坏的试验
• 4.1 反向防突风门的试验概况
• 4.2 试验研究
• 4.3 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 冲击波对防突风门破坏的数值模拟
• 5.1 防突风门的破坏模式与破坏准则
• 5.2 防突风门的动力学响应分析
• 5.3 数值分析与模型构造
• 5.4 数值模拟结果
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要成果
• 附录