煤矿瓦斯爆炸防治与减灾技术

目录 前言 第1章 煤矿瓦斯爆炸灾害研究现状 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 3 1.2.1 瓦斯爆炸反应机理研究现状 3 1.2.2 瓦斯爆炸火焰传播特性实验研究现状 4 1.2.3 瓦斯爆炸火焰传播特性数值模拟研究现状 6 1.2.4 瓦斯爆炸高效抑爆减灾技术及材料研究现状 7 1.2.5 高效抑爆减灾装备及工艺研究现状 9 1.2.6 目前研究存在的不足之处 9 1.3 煤矿瓦斯爆炸抑爆减灾技术的关键问题 11 1.4 研究内容及技术路线 12 1.4.1 研究内容 12 1.4.2 研究技术路线 14 第2章 多尺度强湍流瓦斯爆炸动态传播理论 16 2.1 瓦斯爆炸的多尺度强湍流特征 16 2.1.1 多尺度特征 16 2.1.2 强湍流特征 17 2.2 多尺度强湍流瓦斯爆炸数学模型 18 2.2.1 基本思想及要点 18 2.2.2 基本控制方程 19 2.2.3 大涡和亚网格尺度及过滤方法 20 2.2.4 亚网格尺度模型 22 2.2.5 湍流与火焰耦合模型 23 2.3 多尺度强湍流瓦斯爆炸数学模型的验证 25 2.3.1 实验尺度验证 25 2.3.2 中试尺度验证 30 2.3.3 大尺度预测 31 2.4 湍流与火焰的耦合作用 33 2.4.1 湍流对火焰的影响 33 2.4.2 火焰对湍流的反馈作用 35 2.4.3 火焰模态的演变 37 2.5 火焰与超压的内在对应关系 38 2.5.1 火焰结构演变与超压的相关性 39 2.5.2 火焰面积变化与超压的内在对应关系 40 2.6 小结 43 第3章 基于超细复合干粉的瓦斯抑爆实验与机理研究 45 3.1 基于超细复合干粉的瓦斯抑爆实验平台 45 3.1.1 实验平台的组成及功能 46 3.1.2 实验工况的选取依据与确定 47 3.2 超细复合干粉制备及表征 47 3.2.1 超细复合干粉制备 48 3.2.2 超细复合干粉表征 49 3.3 基于超细复合干粉的瓦斯抑爆实验研究 56 3.3.1 实验方案 56 3.3.2 超细复合干粉对爆炸火焰的影响 57 3.3.3 超细复合干粉对爆炸超压的影响 65 3.4 基于超细复合干粉的瓦斯抑爆机理分析 70 3.5 小结 73 第4章 基于含添加剂细水雾的瓦斯抑爆实验与机理研究 75 4.1 细水雾喷嘴设计、雾场参数优化与添加剂优选 75 4.1.1 细水雾喷嘴设计 75 4.1.2 细水雾雾场表征参数 84 4.1.3 细水雾雾场参数优化 86 4.1.4 添加剂对细水雾雾场参数影响 91 4.2 细水雾瓦斯抑爆实验 96 4.2.1 实验系统的组成及功能 96 4.2.2 细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响 97 4.2.3 细水雾对管道瓦斯爆炸火焰传播的影响 99 4.3 基于含添加剂细水雾的瓦斯抑爆实验平台 100 4.3.1 实验系统的组成及功能 100 4.3.2 含添加剂细水雾瓦斯抑爆实验及结果分析 104 4.3.3 含添加剂细水雾瓦斯抑爆有效性分析 108 4.4 基于含添加剂细水雾的瓦斯抑爆机理分析 109 4.4.1 含添加剂细水雾灭火的物理作用 109 4.4.2 含添加剂细水雾抑爆的化学反应机理 110 4.5 小结 111 第5章 超细复合干粉瓦斯抽放管网抑爆减灾技术及装备 113 5.1 超细复合干粉瓦斯抽放管网抑爆减灾技术原理及组成 114 5.1.1 超细复合干粉瓦斯抽放管网抑爆减灾技术原理 114 5.1.2 超细复合干粉瓦斯抽放管网抑爆减灾装备组成 114 5.2 瓦斯抽采管网爆炸快速探测技术 116 5.2.1 瓦斯抽采管网爆炸快速探测技术指标 116 5.2.2 双紫外高速火焰探测技术研究 117 5.2.3 双紫外高速火焰传感器研制 123 5.2.4 双紫外高速火焰传感器可靠性试验 125 5.3 瓦斯抽放管网抑爆器和控制器 126 5.3.1 抑爆器和控制器研制依据 126 5.3.2 控制器过程控制电路板原理图 126 5.3.3 抑爆反应时间理论分析 127 5.3.4 技术参数 127 5.4 管道瓦斯抑爆系统性能检验 129 5.5 管道瓦斯抑爆系统抑爆实验 132 5.6 管道瓦斯抑爆系统防爆性能及安标取证 133 5.7 现场工业性试验 134 5.8 小结 135 第6章 细水雾瓦斯输送管道抑爆减灾技术及装备 137 6.1 细水雾在全尺度输送管道中的雾场特征参数 137 6.1.1 管道中的雾场特征参数 137 6.1.2 瓦斯-细水雾流场的数学模型 139 6.2 管道水-气两相流下细水雾凝结沉降特性 141 6.2.1 细水雾颗粒沉降分析 141 6.2.2 细水雾颗粒沉降试验 144 6.3 低浓度瓦斯安全输送管道抑爆装备研制 147 6.4 瓦斯-细水雾混合物分离技术与装置 149 6.4.1 旋风分离器设计思路与原理 149 6.4.2 旋风分离器的参数设计 150 6.4.3 瓦斯-细水雾分离效果实验测试 157 6.5 低浓度瓦斯安全输送管道抑爆装备系统集成 161 6.5.1 水雾发生子系统设计 161 6.5.2 除细水雾子系统设计 163 6.5.3 瓦斯浓度检测与喷雾控制子系统 163 6.6 工业性试验与效果分析 164 6.7 小结 166 第7章 细水雾的工作面上隅角瓦斯抑爆技术及装备 167 7.1 上隅角流场特性及瓦斯燃爆危险区域辨识 167 7.2 上隅角瓦斯燃爆中尺度实验 170 7.3 上隅角瓦斯抑爆系统研制 174 7.4 工业性试验效果与分析 175 7.5 小结 177 第8章 煤矿井下瓦斯爆炸防爆门泄压减灾系统及装备 179 8.1 防爆门整体功能研制 180 8.1.1 整体要求 180 8.1.2 系统方案选择 180 8.1.3 防爆门整体设计方案分析 181 8.2 防爆门快速复位结构研究 183 8.2.1 快速复位系统设计方案 183 8.2.2 快速复位系统构成 184 8.2.3 运行机构分析 185 8.3 防爆门快速开启结构研究 187 8.3.1 整体结构 187 8.3.2 工作原理 188 8.3.3 加强筋设计 192 8.4 防爆门集成系统可靠性模拟分析 196 8.4.1 防爆门系统可靠性要求 196 8.4.2 可靠性分析方法 196 8.4.3 可靠性分析过程 197 8.4.4 模拟分析结果 201 8.5 防爆门整体系统中试试验 202 8.5.1 中试任务 202 8.5.2 中试系统研制、施工及安装 202 8.5.3 安全防护中试试验 205 8.5.4 中试试验结论 210 8.6 现场工业性试验 211 8.6.1 备用防爆门现场基座设计 211 8.6.3 调试与操作 211 8.6.4 备用防爆门现场试验总结 213 8.7 小结 213 参考文献 215