注惰对封闭火区气体运移规律的影响研究

论文摘要

煤矿井下发生火灾后,封闭火区并向火区充注惰性气体是比较常见的一种综合救灾方法,但在救灾实践中却诱发了爆炸。论文综合应用理论分析、数值模拟、实验测试、实例验证等手段,分析了封闭火区内可燃气体的来源、组分、气体层形成及运移规律,推导出气体层中可燃气体浓度计算公式；研究了注惰对封闭火区气体的抑爆作用,并分析了注惰对封闭火区内气体运移规律的影响,得出破坏气体层成层稳定性的临界风速公式,得出注惰对可燃气体的稀释作用、活塞推动作用规律,提出了注惰诱发可燃气体爆炸的条件；设计、实施了封闭巷道内进充注惰气全尺寸模拟实验,通过对实验结果的分析验证了理论分析的正确性；针对实验条件进行了数值模拟,模拟结果和理论分析、实验结果较为吻合；最后应用富华煤矿注惰救灾案例分析了注惰过程中可燃性气体浓度的变化过程,并对合理注惰量进行了求解。研究结果对于煤矿火灾救灾过程中防止次生灾害的发生具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文提出的目的和意义
• 1.1.1 论文研究的背景
• 1.1.2 研究问题的提出
• 1.1.3 论文研究的意义
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.2.1 矿井火灾防治技术简介
• 1.2.2 注惰技术的研究现状
• 1.2.3 火区气体运移研究现状
• 1.2.4 数值模拟技术的发展
• 1.3 论文研究内容
• 2 封闭火区内气体运移规律
• 2.1 封闭火区内气体组分
• 2.1.1 气体来源
• 2.1.2 封闭火区内的化学反应和气体组分
• 2.2 矿井火灾燃烧特性
• 2.2.1 矿井火灾的分类
• 2.2.2 火区内可燃物燃烧速率
• 2.2.3 火源燃烧热释放速率
• 2.2.4 烟气量的计算
• 2.3 封闭区内气体运移规律
• 2.3.1 烟气层的形成与运移规律
• 2.3.2 涌出瓦斯的运移
• 2.3.3 漏风的运移
• 2.3.4 可燃气体浓度
• 2.3.5 综合分析
• 2.4 影响区内气体运移规律的因素及其作用
• 2.4.1 火区封闭的影响
• 2.4.2 外部压力变化对气体运移的影响
• 2.4.3 热力作用及其对气体运移的影响
• 2.5 小结
• 3 注惰对封闭火区气体运移规律影响
• 3.1 引言
• 3.2 注惰灭火概述
• 3.2.1 惰气优缺点比较
• 3.2.2 注惰的方式及分类
• 3.2.3 注惰用量
• 3.3 注惰的抑爆作用
• 3.3.1 矿井可燃气体爆炸条件
• 3.3.2 注惰对可燃气体爆炸极限的影响
• 3.3.3 注惰对最小助燃氧浓度的影响
• 3.3.4 注惰的稀释作用
• 3.3.5 注惰的降温灭火作用
• 3.4 注惰对封闭火区气体运移规律的影响
• 3.4.1 惰气注入对漏风的影响
• 3.4.2 注惰对封闭火区气体的影响
• 3.4.3 注惰后气体浓度的计算
• 3.5 封闭火区注惰的数学模型
• 3.5.1 物理模型
• 3.5.2 基本守恒方程
• 3.5.3 注惰流动模型的控制方程
• 3.5.4 定解条件的确定
• 3.6 小结
• 4 注惰实验与数值模拟研究
• 4.1 火灾条件下的注惰实验
• 4.1.1 实验工艺、测试系统布置
• 4.1.2 实验实施过程及相关参数
• 4.1.3 实验现象分析
• 4.1.4 实验数据分析
• 4.1.5 实验结论
• 4.1.6 实验的数值模拟验证
• 4.1.7 实验与理论分析的对比
• 4.2 瓦斯涌出条件下的注惰实验
• 4.2.1 实验概述
• 4.2.2 瓦斯实验的数值模拟验证
• 4.3 小结
• 5 注惰实例验证
• 5.1 矿井概况
• 5.2 事故救灾经过
• 5.3 相关数据
• 5.4 数据分析
• 5.5 实例与理论分析的对比
• 5.6 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要研究工作和结论
• 6.2 论文的创新之处
• 6.3 论文的不足及今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文与参加的科研获奖情况