火焰速度与超压关系

在试验的基础上,探讨了瓦斯爆炸过程中火焰速度与超压之间的关系,研究结果表明：在瓦斯爆炸过程中,冲击波阵面的强度与火焰速度有关;无障碍物时,火焰速度小于１００ ｍ ／ｓ,产生的冲击波较弱,冲击波阵面上超压较小;随着障碍物的增多,火焰加速显著,一旦火焰速度加速超过２００ ｍ ／ｓ,冲击波阵面上的超压则显著提高,冲击波阵面强度增大,这种高速火焰的压力波所引起的爆炸波破坏效应与爆轰波产生的爆炸波破坏效应相当,对于煤矿井下来说,会严重破坏设备,导致人员的较大伤亡。     

基于地理信息系统和神经网络的煤与瓦斯突出预警

依据煤与瓦斯突出机理及突出过程物理特征,结合煤矿安全监测系统,提出以瓦斯浓度和煤体温度时间序列的煤与瓦斯突出预警指标,利用GIS技术和人工神经网络建立了煤与瓦斯突出预警模型.某矿17180工作面的预警结果表明:预警模型可以为煤与瓦斯突出预警提供技术支持.     

矿井煤与瓦斯突出规律及挡突装置数值模拟

为最大限度地减少煤与瓦斯突出造成的人员伤亡和经济损失,结合平煤六矿地质条件,揭示煤与瓦斯突出强度与开采深度、抛出物抛出速度及抛出物沿巷道传播规律之间的关系。研制一种挡突装置,采用数值模拟方法分析煤与瓦斯突出强度变化及突出后流体对挡突装置的冲击情况。结果表明:该矿煤与瓦斯突出强度、抛出物抛出速度及抛出物沿巷道传播规律与开采深度之间存在非线性关系;挡突装置安装在距突出地点12 m处较为合适,该装置可将煤与瓦斯突出封闭在一定范围内。该研究为煤与瓦斯突出灾害防治提供了新方法。     

陶瓷中失效波现象的实验研究

为确定陶瓷材料中是否存在表征失效波的再压缩信号这一实验现象,开展了一维应变条件下平板撞击实验,采用VISAR系统测得了不同厚度试件的自由面粒子速度时程曲线. 通过计算分析,曲线上的再压缩信号皆来自于飞片与试件碰撞面处的反射,而非来自于试件内部某处破坏阵面的反射. 此结果表明陶瓷中没有出现表征失效波现象的再压缩信号. 实验中采用抛光陶瓷试件表面作为激光反射面,以避免试件表面镀铝膜对实验结果的影响.     

煤与瓦斯突出后对防突风门破坏的数值模拟

采用数值模拟的方法对煤与瓦斯突出后对防突风门的破坏特性进行研究,阐明突出时作用在门上的反射超压,给出其计算式;并以相似模拟实验所获得的风门压力数据为基础,运用ANSYS软件对防突风门的破坏特性进行了模拟,模拟结果表明:门垛最薄弱的地方就是风筒所在位置;同时表明,最先到达防突风门的冲击波压力并不呈现最大值,由于反射超压作用的,几百毫秒后防突风门所受压力会突然上升达到最大值,这与实验结果相近.     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

密闭巷道内瓦斯爆炸超压场的数值模拟研究

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了截面为3 m×3 m、长25 m的一段密闭巷道中瓦斯爆炸超压场. 通过数值模拟手段分析了障碍物的形状和大小对密闭巷道中瓦斯爆炸超压的影响,确定了形成最大爆炸超压时巷道内的最佳阻塞比,并在最佳阻塞比的障碍物填装条件下,研究了不同瓦斯浓度对爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯空气混合物爆炸超压随着阻塞比的增大呈现先增大后减小的趋势,在7.5%、8.5%、9.5%、10.5%、11.5% 5种瓦斯浓度下,爆炸超压随着浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,当阻塞比为26.6%时,爆炸超压在9.5%时达到峰值.     

煤与瓦斯突出的时间效应与管理体系研究

随着煤矿开采深度和机械化程度的加大,煤与瓦斯突出的威胁日益突出,为了更加清楚的研究煤与瓦斯突出的机理和过程,对煤与瓦斯突出过程中的主要影响因素进行了分析,认为瓦斯内能是突出的主要能量来源,而瓦斯内能是由瓦斯含量决定的。通过对煤与瓦斯突出过程的孕育、突出发展、突出发生及再发展和突出衰退等阶段的分析,建立了煤与瓦斯突出发展时间矢、预测预警时间矢和应急响应时间矢,并进行了煤与瓦斯突出的时间效应的分析,建立了基于时间效应分析的煤与瓦斯突出管理体系,以提高矿井的抗灾减灾能力。     

煤与瓦斯突出和地球固体潮的关系

从淮南谢一矿煤与瓦斯突出与地球固体潮关系的新角度,阐述了固体潮产生的基本原理,同时对煤与瓦斯突出的发生时间进行了统计分析 ,结果表明:固体潮在一定程度上影响着区内应力场和重力场的分布,从而导致在固体潮的大潮时期发生的地质动力异常现象之一——煤与瓦斯突出和固体潮周期变化具有相互吻合的对应关系,并得到了一些重要的规律与结论,从而为煤与瓦斯突出的预测和防治提供了一个崭新的途径。     

高孔低胶结砂岩储层饱和度和压力变化的时移地震AVO响应

研究了X油田高孔低胶结砂岩储层在含油饱和度和压力变化时纵、横波速度计算方法,并将计算数据与实际测井资料进行了对比。岩石物理参数计算和时移地震振幅随偏移距变化(AVO)正演模拟表明,X油田油藏含油饱和度变化时,地震纵波速度变化十分明显,而横波速度变化较小;储层顶反射P-P波AVO曲线变化明显,而P-S转换波AVO曲线变化很小。油藏有效压力变化对地震纵、横波速度有近似程度的影响,储层顶反射P-P波AVO曲线在入射角较小(θ<20°)时变化明显,而P-S转换波AVO曲线在入射角中等(30°<θ<50°)时变化明显。模拟结果对分析X油田时移地震可行性,确定油藏变化范围,区分油藏含油饱和度和压力变化,乃至真正实现时移地震定量解释都具有重要意义。     

双层泡沫陶瓷抑制瓦斯爆炸研究

为有效抑制煤矿瓦斯爆炸产生的冲击波,自行设计、搭建了瓦斯爆炸圆形大尺度管道实验系统,对8%浓度的瓦斯预混爆炸过程中多孔泡沫陶瓷对冲击波的抑制特性进行了研究.研究结果表明：泡沫陶瓷的多孔结构通过弹性形变和塑性形变吸收瓦斯预混爆燃的冲击波能量,实现抑制、衰减冲击波的效果.泡沫陶瓷层数、厚度和位置对抑制瓦斯爆炸传播均有一定的影响,其中层数影响尤为显著,双层布置时爆炸冲击最大超压下降速度更快、梯度更大;设置位置距点火端的距离3 m至4 m的范围内可以成功抑制爆炸的发展和演化;泡沫陶瓷厚度对爆炸冲击波趋势影响并不明显,而对最大超压数值有影响,相比50 mm厚,30 mm厚的泡沫陶瓷最大超压衰减率更大,抑爆效果更好.     

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。     

瓦斯爆炸对巷道壁面损伤破坏的数值模拟研究

为了研究巷道内瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤破坏,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道瓦斯爆炸物理模型和数学模型,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特性进行数值模拟研究。结果表明:在巷道壁面边缘位置和中心位置超压测值较大,其壁面损伤相对更为严重;冲击波在巷道轴向壁面也会出现反射和叠加,导致整体超压峰值上下振荡波动;瓦斯爆炸后冲击波向开口方向传播,瓦斯区壁面受到的载荷最大,并逐渐向空气区加载扩散;随着爆炸冲击波能量衰减,而应力持续加载在壁面结构,压力集中对壁面结构施加静态破坏,最后超过其承受能力,导致巷道失稳破坏。研究结果可为优化巷道结构的设计提供理论参考。     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

半封闭空间瓦斯爆炸冲击波传播距离研究

为揭示瓦斯在强爆和弱爆情况下冲击波超压变化规律,利用一维爆炸物理模型和爆炸理论,构建了冲击波超压随距离变化的数学模型,并用一端开口的半封闭爆炸试验装置,在保持瓦斯浓度和其他条件不变,仅改变点火能量大小实现了瓦斯爆燃和爆轰,验证理论求解.结果表明:半封闭受限空间内,爆燃情况下火焰传播速度要远小于爆轰条件下火焰传播速度,爆燃火焰传播速度为亚音速,爆轰为超音速;爆轰与爆燃的冲击波超压的理论解都小于实验值,但整个传播变化趋势基本一致;极强冲击波最大超压值与传播距离成反比,极弱冲击波最大超压值与传播距离的平方根成反比;爆燃和爆轰冲击波在燃烧区内的传播变化趋势与理论解基本吻合.研究结果为防治瓦斯爆炸破坏及爆炸事故灾害勘验提供了技术和理论支持.     

煤与瓦斯延期突出模拟试验及机理

利用自行研发的"大型煤与瓦斯突出模拟试验台",进行了非均衡荷载的无扰动和钢球捶击扰动情况下的煤与瓦斯延期突出试验.结果表明:延期突出过程可划分为准备、发生、发展和结束4个阶段,突出煤粒表现出很好的分选性,突出后的煤岩体可分为突出孔洞、松动区和未动区3个部分;在外力诱导作用下,延期突出门槛值降低,发生突出的可能性增大;发生延期突出的临界瓦斯压力和水平应力呈线性关系,临界瓦斯压力和突出强度呈非线性关系.重新定义了煤与瓦斯延期突出概念:在主要破煤岩作业结束形成新的采掘空间一段时间后或人员在从事辅助作业时,发生的煤与瓦斯突出;并根据试验结果初步分析了延期突出机理.     

巷道截面积突变处瓦斯爆炸冲击波传播规律理论研究

煤矿瓦斯爆炸事故往往会造成大量人员伤亡和财产损失,针对煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生的现状,研究瓦斯爆炸冲击波传播规律,对于预防和控制冲击波的破坏和伤害效应有重要的意义。利用爆炸动力学理论,对巷道截面积突变情况下瓦斯爆炸冲击波传播规律进行理论分析,并建立巷道截面积突变情况下冲击波传播的数学模型,得到冲击波波阵面压力经过巷道截面积突变面时的变化规律。     

一维煤与瓦斯突出波模型

郑哲敏等人1993年发表了考虑渗流破坏、两相流动和空气压缩波的一维瓦斯突出恒稳推进模型,俞善炳等人1997年发表了考虑气固混相流动的强间断模型.本文在这两个模型的基础上,综合考虑渗流破坏、混相流动强间断和空气压缩波,提出了一个关于一维煤与瓦斯突出恒稳推进的模型.根据模型进行数值计算,与实验结果大致相符,利于看清煤与瓦斯突出的基本机理.