【摘要】：煤炭作為我國儲量最豐富的能源,也是我國的主體能源。隨著煤炭的不斷開采,隨之而來出現(xiàn)的爆炸事故也越來越嚴(yán)重。在礦井災(zāi)害中,其中危害最嚴(yán)重之一的便是礦井瓦斯煤塵爆炸事故,而在發(fā)生瓦斯煤塵爆炸事故的國家中,我國的爆炸事故最為嚴(yán)重。沖擊波是主要的災(zāi)害效應(yīng),對沖擊波的傳播規(guī)律進行研究,可為預(yù)防和控制爆炸事故提供數(shù)據(jù)參考,對降低爆炸事故危害、減少人員傷亡以及財產(chǎn)損失具有重要的現(xiàn)實意義。本文對課題的研究背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了分析總結(jié),在理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合井下礦井的實際情況,主要對煤塵粒徑、煤塵濃度以及巷道變化幾個因素的影響進行了研究,建立了合適的物理模型和數(shù)學(xué)模型,運用FLUENT軟件對巷道內(nèi)瓦斯煤塵爆炸進行了數(shù)值模擬。根據(jù)理論分析和數(shù)值仿真研究,本文所得結(jié)果如下:(1)驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,模擬數(shù)值與實驗結(jié)果相比,誤差范圍在可接受的范圍內(nèi),驗證了模擬方法的可行性,為下文的研究奠定基礎(chǔ)。(2)研究了煤塵顆粒大小與煤塵濃度不同時瓦斯煤塵爆炸壓力的變化,其結(jié)果表明:大顆粒煤塵和小顆粒煤塵混合下的瓦斯煤塵爆炸中,在煤塵濃度相同的情況下,隨著大顆粒煤塵質(zhì)量百分比的增大,最大爆炸壓力呈現(xiàn)下降的趨勢,但不同質(zhì)量百分比值之間下降趨勢不同,大顆粒質(zhì)量百分比介于10%~50%時,爆炸壓力下降幅度較大,而質(zhì)量百分比處于50%~90%時,爆炸壓力下降幅度較小,并且混合煤塵的瓦斯煤塵爆炸壓力一直處于一個范圍之內(nèi);大顆粒煤塵所占質(zhì)量百分比相同的情況下,隨著煤塵濃度的增大,最大爆炸壓力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,并且最大爆炸壓力在煤塵濃度為400g/m~3時達到最大。(3)研究了回風(fēng)巷寬度與其分岔巷寬度在不同比例時瓦斯煤塵爆炸壓力的變化。其結(jié)果表明:在回風(fēng)巷與其分岔巷寬度比例相同時,分岔后巷道內(nèi)的壓力都有所降低,分岔后直巷道的壓力比分岔巷道的壓力小。隨著寬度比例的增大,分岔后直巷道與分岔巷道的壓力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,當(dāng)回風(fēng)巷寬度與分岔巷寬度比例為1.5:1時,分岔巷道對沖擊波的衰減作用較大。(4)研究了多分岔巷道對巷道內(nèi)爆炸壓力的影響,其結(jié)果表明:分岔的增多對直巷道內(nèi)的壓力變化影響較大,對拐彎巷道的壓力變化影響較小。巷道內(nèi)的壓力相對于初始壓力都是降低的,在降低的總基礎(chǔ)上,分岔后的分岔巷道(點2處)的壓力隨著分岔巷道的增多而呈現(xiàn)下降的趨勢,分岔后的直巷道(點3處)的壓力隨著分岔巷道的增多而呈現(xiàn)上升的趨勢。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD712.7
【圖文】：

圖 2.1 煤塵爆炸過程示意圖煤塵的燃燒爆炸包括均相過程也包括非均相過程。煤塵爆炸的過程大致分為下列三個過程:(1) 煤塵顆粒表面與在空氣中的氧氣分子進行接觸煤自身就是可燃的物質(zhì)，是一種復(fù)雜的固體化合物，開采時煤被破碎后不同的場地都有煤塵的存在，與氧氣接觸的總表面積增加，懸浮在空氣中的煤塵具有更強的氧吸收能力和被氧化的能力，更容易發(fā)生氧化反應(yīng)。(2) 高溫作用下析出可燃性氣體吸收能量與空氣混合，開始氧化反應(yīng)由于外界環(huán)境高溫作用，懸浮在空氣中的煤塵單位時間內(nèi)從外界中不斷吸收熱量升高煤塵本身的溫度，當(dāng)溫度升至大約 300℃至 400℃時，煤塵粒周圍會被從煤塵中析出的可燃性氣體所包裹，氣體吸收足夠的能量并集聚一定濃度，開始了鏈反應(yīng)過程，分子之間的鏈迅速斷開，有兩個或者兩個以上的自由基（也稱為游離基）被分離出來，以這

中北大學(xué)學(xué)位論文傳播至未受擾動的區(qū)域，形成沖擊波，如圖 2.2（c）。沖擊波和火焰在燃燒區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)正反饋作用，沖擊波對未燃燒區(qū)域進行擾動，使得巷道未燃區(qū)域內(nèi)的燃燒物質(zhì)在較高的壓力和溫度中進行燃燒，燃燒波的傳播速度加快，沖擊波強度隨著燃燒波傳播的加速被不斷的增大，煤塵云因沖擊波波陣面膨脹作用推動向前運動，火焰?zhèn)鞑サ木嚯x也因此比最初的傳播距離更遠(yuǎn)。沖擊波的強度達到最大時，是在所有物質(zhì)燃燒完畢后，壓力和速度隨著沖擊波的向前傳播開始減小，沖擊波也開始衰減，直至聲波[61,62]。

e 比熱力學(xué)能； p 壓力； ρ 密度； u 氣體速度； c 音速圖 2.3 爆炸過程的兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)當(dāng)遇到障礙物時，沖擊波就會發(fā)生如圖 2.4 所示的反射、透（a）正反射 （b）斜反入射波 反射波沖擊α反射波1D2 D射波入射波反

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