突出诱发瓦斯爆炸数值模拟及实证研究

论文摘要

本文采用计算流体力学软件AutoReaGas对实验室管道和井下实际巷道瓦斯爆炸进行数值模拟分析,结合理论计算方法,研究了时瓦斯涌出和喷出速度随时间的变化规律,分析了井下实际巷道瓦斯爆炸冲击波和火焰传播的规律以及涌出和突出后不同时刻发生瓦斯爆炸时的规律和破坏效应。研究结果表明瓦斯涌出和喷出速度变化符合幂函数变化规律,瓦斯爆炸数值模拟得出的超压与火焰之间的关系与实验结果具有较好的一致性。最后对大平煤矿“10·20”事故瓦斯突出后巷道内瓦斯浓度随时间的变化规律进行了模拟研究,并采用建立的瓦斯爆炸几何模型对突出后的瓦斯爆炸事故进行了模拟研究,模拟获得的爆炸超压与通过事故调查估算的超压具有较好的一致性。论文的研究结果对揭示煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸致灾机理、井下瓦斯爆炸阻隔爆设施的设置以及瓦斯爆炸事故调查等具有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究现状
• 1.2.2 煤与瓦斯突出后瓦斯和煤在巷道空间运动规律研究现状
• 1.2.3 气体爆炸规律研究现状
• 1.2.4 气体爆炸数值计算研究现状
• 1.3 需要进一步解决的问题
• 1.4 研究内容方法和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法和技术路线
• 2 煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸致灾因素分析
• 2.1 引言
• 2.2 煤与瓦斯突出过程
• 2.2.1 突出的准备
• 2.2.2 突出的发动
• 2.2.3 突出的发展
• 2.2.4 突出的结束
• 2.3 煤与瓦斯突出危害分析
• 2.3.1 瓦斯及粉煤流的冲击效应
• 2.3.2 瓦斯窒息
• 2.3.3 突出煤的堆积
• 2.4 巷道瓦斯爆炸致灾因素分析
• 2.4.1 火焰锋面
• 2.4.2 爆炸冲击波
• 2.4.3 爆炸后井巷大气成分变化
• 2.5 巷道瓦斯爆炸影响因素分析
• 2.5.1 瓦斯浓度
• 2.5.2 氧浓度
• 2.5.3 点火能量
• 2.5.4 障碍物
• 2.5.5 巷道管壁粗糙度
• 2.5.6 巷道分岔和拐弯
• 2.5.7 巷道截面积的突变
• 2.6 本章小结
• 3 煤与瓦斯突出后巷道瓦斯浓度变化规律数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 瓦斯涌出和煤与瓦斯时瓦斯喷出速度变化规律
• 3.2.1 煤壁瓦斯涌出强度
• 3.2.2 煤与瓦斯突出后瓦斯浓度变化规律
• 3.2.3 煤与瓦斯突出瓦斯初始喷出速度随时间的变化规律
• 3.3 FLUENT数值模拟软件介绍
• 3.4 独头巷道瓦斯异常涌出后瓦斯浓度分布规律
• 3.4.1 计算模型
• 3.4.2 模型网格划分及边界条件
• 3.4.3 瓦斯涌出不同时刻瓦斯浓度变化曲线
• 3.5 煤与瓦斯突出后巷道瓦斯浓度分布规律
• 3.5.1 巷道模型及初始条件
• 3.5.2 监测点瓦斯浓度变化规律研究
• 3.5.3 突出过程中瓦斯浓度分布图
• 3.5.4 突出过程中巷道横断面瓦斯浓度分布图
• 3.6 煤与瓦斯突出后动力效应分析
• 3.6.1 突出瓦斯流的冲击效应
• 3.6.2 煤体抛掷距离及堆积效应
• 3.7 本章小节
• 4 巷道瓦斯爆炸物理模型选择分析
• 4.1 引言
• 4.2 巷道（管道）瓦斯爆炸遵循的基本定律
• 4.2.1 Reynolds输运定理
• 4.2.2 质量守恒方程
• 4.2.3 动量守恒方程
• 4.2.4 能量守恒方程
• 4.2.5 组分守恒方程
• 4.3 AutoReaGas软件介绍
• 4.4 Autoreagas软件湍流燃烧模型
• 4.4.1 基本湍流模型
• 4.4.2 燃烧模型
• 4.5 管道（巷道）瓦斯爆炸数值模拟与实验对比分析
• 4.5.1 散热小管道瓦斯爆炸模拟和实验结果对比及差异原因分析
• 4.5.2 绝热短管道爆炸模拟最大超压比较
• 4.5.3 巷道瓦斯爆炸物理模型的选取
• 4.6 本章小结
• 5 基于突出后瓦斯浓度分布的瓦斯爆炸数值模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 不同瓦斯浓度条件下巷道瓦斯爆炸规律
• 5.2.1 不同瓦斯浓度条件下爆炸最大超压
• 5.2.2 不同瓦斯浓度条件下火焰传播速度
• 5.2.3 不同瓦斯浓度条件下火焰面和压力波阵面关系
• 5.3 点火位置对瓦斯爆炸的影响分析
• 5.3.1 模型设置
• 5.3.2 不同点火位置最大超压
• 5.4 独头巷道瓦斯异常涌出后爆炸规律及破坏效应研究
• 5.4.1 瓦斯浓度分布和模拟基本设置
• 5.4.2 涌出后不同时刻爆炸最大超压及破坏效应分析
• 5.4.3 涌出后10min爆炸各参数随时间变化规律
• 5.4.4 火焰面与压力波阵面关系研究
• 5.4.5 巷道等瓦斯量分布规律不同爆炸规律研究
• 5.5 突出后爆炸规律及破坏效应研究
• 5.5.1 瓦斯浓度分布及模型设置
• 5.5.2 瓦斯爆炸模拟分析
• 5.6 煤矿井下巷道拐弯和分叉对瓦斯爆炸冲击波影响规律研究
• 5.6.1 巷道模型及边界条件
• 5.6.2 计算结果及分析
• 5.7 瓦斯爆炸模拟应用前景分析
• 5.7.1 隔爆棚的设置
• 5.7.2 个人防护
• 5.8 本章小结
• 6 大平煤矿"10·20"突出引发瓦斯爆炸事故模拟分析
• 6.1 矿井概况
• 6.2 事故概况
• 6.3 大平煤矿"10.20"事故煤与瓦斯突出后瓦斯在巷道中运移规律研究
• 6.3.1 瓦斯突出概况及突出初始条件的确定
• 6.3.2 巷道模型简化及模型基本设置
• 6.3.3 大平煤矿"10.20"事故瓦斯突出模拟结果对比分析
• 6.4 大平煤矿"10.20"事故瓦斯爆炸冲击波传播规律
• 6.4.1 大平煤矿"10.20"事故瓦斯爆炸最大超压估计
• 6.4.2 大平煤矿"10.20"事故瓦斯爆炸超压变化规律模拟研究
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在校期间发表的论文
• 在校期间参加的科研课题