煤矿瓦斯爆炸参数的突变与混沌研究

煤矿发生瓦斯爆炸的过程实质是井下气体状态发生突变的过程，本文首先采用突变理论建立了瓦斯爆炸数学模型，然后利用混沌理论和方法分析计算了有关瓦斯爆炸安全参数及条件，得到了瓦斯感应期，引爆参数等随井下条件的不同具有一定的混沌性质，理论上证明一些新的结论并验证了一些实验结果，为理论分析和实践提供了理论依据。     

瓦斯爆炸的突变模型

应用灾变理论原理，建立了反映瓦斯爆炸过程的尖点模型，该模型将影响瓦斯爆炸的参数归结为瓦斯浓度和以点火能为特征量的不确定性因子两个控制参数和一个反映系统安全程度的状态参数；基于这种数学模型，提出了分析瓦斯爆炸的概率风险评价思路。     

半封闭受限空间瓦斯爆炸传播

针对掘进工作面不同强度瓦斯爆炸传播差异性的问题.用一端开口的半封闭爆炸试验装置,通过改变瓦斯聚集长度模拟爆炸点源和线源,研究瓦斯弱爆过程中超压的变化规律.实验结果表明:半封闭受限空间内瓦斯弱爆下,爆炸超压在燃烧区呈非线性变化,先上升后下降,并随传播距离增加而逐步衰减直至消失.爆炸实验结果与借助爆炸力学理论构建的弱爆理论模型相比,冲击波在一般空气区内的传播变化趋势与理论解吻合,理论模型不适用于瓦斯燃烧区.研究结果为防治瓦斯爆炸及事故勘验提供了技术和理论支持.     

瓦斯爆炸气相爆轰参数的数值计算与分析

结合所建立的掘进巷道瓦斯爆炸的物理模型，当已知瓦斯聚积位置、体积和浓度时，利用Hugoniot方程和Rayleigh方程推导出了瓦斯爆轰参数的公式。同时，给出了在瓦斯强爆轰、弱爆轰和瞬时爆轰三种情形下的气相爆轰参数的表达式。利用爆轰波理论和流体动力学理论对算例进行验证，并且对结果进行了讨论和分析后认为，爆轰产物组分与温度和压力密切相关，在对爆轰波参数进行精确计算时，需要考虑爆轰温度和压力条件。     

瓦斯爆炸的脆性理论层次分析

针对导致煤矿瓦斯爆炸事故发生的各种致因,运用脆性理论和模糊层次分析法对其进行脆性分析.从事件级别上考虑瓦斯爆炸的脆性过程,分析瓦斯系统内部各个事件之间的脆性联系,从中找出使整个系统崩溃(事故发生)的因素集合,利用模糊层次分析法建立计算煤矿瓦斯爆炸事故中各种致因权重的层次分析模型.根据模型计算所得结果,确定了在瓦斯积聚产生的前提下,火源的4个主要致因权重的重要度排序,由大到小依次为:放炮、机电管理混乱、明火、撞击摩擦火花.对它们进行重点监控,可以很大程度地避免事故发生.该模型及其结果为控制和预防瓦斯爆炸提供了理论依据.     

定向断裂控制爆破理论与技术应用

基于定向断裂控制爆破技术参数的选取有别于普通光面爆破，研究了定向断裂控制爆破理论及应用成果.分析了定向断裂控制爆破理论聚能装药结构和装药外壳切缝爆破技术定向导向缝成缝机理，提出了炸药爆炸能量随爆炸动静作用变化分配观点，指出定向断裂控制爆破实质是对炸药爆炸能量在介质中的作用加以控制的问题，研究新型装药结构，提高炸药爆炸的能量利用率和定向断裂方向的爆炸能流是改善定向断裂控制爆破效果的主要研究方向。     

采空区遗煤自燃产生的C_2H_4促进瓦斯爆炸特性

为研究C2H4体积分数对瓦斯爆炸过程的影响规律,利用化学反应动力学和燃烧爆炸理论,根据已建立的数学模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度变化,爆炸后主要致灾性气体CO、CO2浓度变化进行分析.研究结果表明:CO浓度的变化趋势是先增加再减少,CO2浓度的变化趋势是先增加,然后基本保持不变;找出了促进瓦斯爆炸的主要反应步.混合气中含有C2H4时,会一定程度降低CH4的消耗速率,促进CO的消耗和CO2的生成.     

基于三类危险源分析的瓦斯爆炸事故灰色-层次评价

在对瓦斯爆炸事故致因调查分析的基础上,依据三类危险源理论对各影响因素进行分类,构建了瓦斯爆炸事故评价指标体系;将层次分析法与灰色理论相结合,建立了瓦斯爆炸事故的灰色-层次评价(G-A)模型,并结合具体煤矿实例,确定评价指标的权重,运用G-A评价模型对该矿井瓦斯爆炸事故进行评价,确定了风险等级及重点防范问题,对我国矿井瓦斯爆炸事故预警具有一定的借鉴意义。     

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.     

同步混沌系统研究

运用动力学理论分析了混沌系统同步的条件，系统参数离散性对同步特性的影响及同步的收敛速率。     

应用FTA分析瓦斯隧道在建期瓦斯爆炸事故

 道路交通工程中的瓦斯隧道建设存在瓦斯爆炸的重大危险,其影响因素十分复杂.分析国内外典型隧道瓦斯爆炸事故,获得导致隧道瓦斯爆炸的危险源;运用事故树理论,建立隧道瓦斯爆炸事故树模型,计算事故发生的最小割集和最小径集,发现导致瓦斯爆炸有380种途径,预防瓦斯爆炸事故有2个集合;计算事故树结构重要度,认为防止隧道瓦斯爆炸事故的重点应放在机电管理缺陷和瓦斯管理缺陷上;最后制定了瓦斯隧道在建期瓦斯爆炸事故预防措施.分析结果表明,在防治瓦斯隧道瓦斯爆炸事故中应把防止瓦斯积聚放在首位,控制引爆火源其次,以瓦斯隧道安全施工管理为基础.     

瓦斯爆炸极限及其热力学分析计算

本文运用热力学第二定律,从单组分气体爆炸反应出发,借助于耗散结构理论,建立了熵产生与爆炸极限的关系,进一步推导出了单组分气体爆炸极限的计算公式并推广至计算多组分混合气体爆炸极限的计算公式.计算结果与实测值相近.本文旨在为瓦斯防治工作提供较全面的定量理论依据.     

引信隔爆试验内腔气体压力的工程计算

该文从真实气体状态方程出发,借鉴内弹道学中的密闭爆发器原理,在建立简化的引信雷管爆炸数学模型的基础上,得到了引信隔爆试验内腔气体压力的计算公式.针对雷管装药提出了炸药力的概念;考虑到雷管爆炸生成固体产物的影响,提出了生成气体质量系数的概念.通过分析计算,给出了引信雷管常用起爆药和猛炸药的炸药力,以及生成气体的质量系数,据此可进行引信雷管在隔爆位置爆炸时最大气体压力的工程计算.实例应用表明,该理论与实测结果符合较好,可用于解决引信隔爆强度的计算.该文研究可为引信隔爆安全性设计提供参考.     

瓦斯爆炸事故五因素控制系统模型研究

瓦斯爆炸事故的发生是一个复杂的过程,本文在安全系统论原理和应急预案的指导下,构建了瓦斯爆炸事故预防系统模型,并对大平矿瓦斯防治经验进行分析,提出了从人、机、环、管理和应急演练五方面采取控制措施达到降低瓦斯爆炸事故的目的。     

气体钻井井下燃爆界限计算模型

为明确气体钻井过程中引发井下燃爆的原因,确定井下混合气的燃爆界限,根据现行气体钻井施工规范及现场从业经验,归纳出气体钻井施工时环空不畅或封闭、钻具与地层岩石的摩擦生热、钻头破岩产生火花是引发燃爆的原因,并结合燃烧与爆炸学理论知识从引燃方式入手,建立了以热自燃、热板点火、热球点火和火花点火为引燃能量表现形式的燃爆界限计算模型。以A井施工为例,该模型可根据钻井参数变化动态计算不同井段的燃爆界限,为及时调整钻井方案,防控井下燃爆事故提供了依托。     

内,外破裂的特性研究及数值模拟分析

运用气－液两相流理论及改进的计算流体力学ＳＩＭＰＬＥ方法，将已有的内破裂数值模拟及计算模型扩展到内、外破裂的数值模拟分析，并对广泛的内、外破裂压力的组合进行了模拟分析，从而拓展了预报的范围。     

煤矿瓦斯爆炸危险性的ANP-SPA评价模型及应用

 为防控煤矿瓦斯爆炸危险,针对煤矿瓦斯爆炸影响因素之间相互作用的特点,在网络分析法和集对分析法等研究基础上,构建了煤矿瓦斯爆炸事故演化危险性的ANP-SPA评价模型。该模型从“人-机-环-管理”4个方面分析煤矿瓦斯爆炸的主要影响因素,采用网络分析法(ANP)构建评价指标的网络结构体系并计算指标权重分布,结合集对分析法(SPA)理论的联系熵对煤矿瓦斯爆炸危险性进行综合评价。以南方某煤矿为例,对其进行瓦斯爆炸危险性评价,结果表明该评价模型能够有效地发现其风险主控因素和处理它们之间的复杂影响关系,为煤矿瓦斯事故的风险控制和管理提供重要参考。     

煤矿瓦斯爆炸事故的脆性风险源分析

为了更好地预防煤矿瓦斯爆炸事故的发生,在复杂系统脆性理论的基础上,将煤矿瓦斯安全系统作为复杂系统进行脆性分析,建立了导致瓦斯事故发生的层次模型,并应用模糊层次分析法分别计算导致瓦斯积聚和引爆火源的各种因素的相对重要度.结果表明:导致瓦斯积聚的各种因素中通风系统设置的不合理和无计划停风的重要度较高,而导致火源引爆的各种因素中,违规操作、带电作业和明火作业等的重要度较高.这与当前瓦斯爆炸事故原因的统计结果相一致.因此,预防瓦斯爆炸事故应重点对这些因素进行监控.