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煤礦瓦斯爆炸是影響煤礦安全生產最主要的災害事故。根據事故統計數據[1],瓦斯爆炸事故主要發生在采煤工作面和掘進工作面附近;诖,討論積聚在獨頭巷道閉口端的瓦斯-空氣爆炸性混合氣體在點火源作用下的瓦斯爆炸傳播,并不向爆轟轉變,涉及瓦斯爆炸火焰波和前驅沖擊波的傳播及衰減規律。
l理論分析
沖擊波和強爆轟波不能自持傳播,要靠后方活塞驅動,才能維持一定的波速。一旦活塞減速甚至停止運動,從活塞界面發出的稀疏波趕上沖擊波陣面,使它衰減下來。對于沖擊波怎樣衰減為聲波的嚴格解析研究非常困難,但可以利用根據波強度變化方程推導出的沖擊波波陣面上物理量衰減的漸近規律來分析波衰減過程的漸近性態。
波只有在時間趨于無窮大或距離趨于無窮遠時才能衰減為聲波。另外,在此處的分析僅僅考慮了稀疏波的弱化作用,對于煤礦井下瓦斯爆炸沖擊波傳播規律的研究還需要考慮流體的黏性和巷道邊界作用等其他影響因素。
2實驗分析
2.1火焰波傳播規律分析
對煤礦瓦斯爆炸火焰波傳播規律的理解是認識煤礦瓦斯爆炸的關鍵,因為火焰波傳播規律直接影響著前驅沖擊波的強度和傳播規律,決定著瓦斯爆炸的破壞強度。
目前,對火焰波傳播規律的認識主要有兩種觀點:一是火焰波加速傳播達到某一臨界速度,并最終以此速度向前傳播直至耗盡瓦斯;另一種觀點是火焰波在消失之前會經歷加速和減速兩個階段。研究發現,對于火焰波傳播規律的認識與實驗本身條件有密切的關聯,實驗可分為兩類:一類是采用真實煤礦巷道的全尺寸實驗;另一類是小尺寸管道實驗。對于實驗所用瓦斯量也有區別,一種是將一定濃度瓦斯氣體充滿整個實驗腔體,這種情況主要集中在小尺寸的管道實驗;還有一種就是在局部充填瓦斯,F選取兩組非常典型的實驗數據,原始數據分別來源于參考文獻[3]和[4],根據實驗數據分別繪出圖2和圖3,2個圖都顯示火焰波經歷先加速、再減速的傳播過程。文獻[3]實驗采用真實的煤礦巷道,實驗巷道長896 m,斷面積為7.2m2,在閉口端局部充填定量瓦斯混合氣體(100m3和200m3),火焰波因瓦斯耗盡而消失,火焰波的最終傳播狀態未能在圖上體現;文獻[4]實驗采用小尺寸的實驗管道,管道為長24m的方管,管內充滿瓦斯混合氣體,受實驗管道長度的限制,火焰波的最終傳播狀態也未能在圖上體現。結合2個實驗,不管是全尺寸巷道實驗還是小尺寸管道實驗,實際參與反應的瓦斯量都是影響瓦斯爆炸火焰波傳播規律認識的重要因素。
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