不同通风方式采煤工作面瓦斯爆炸冲击波传播规律模拟研究

作     者：陈守奇 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘佳佳;李海芳

授予年度：2021年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：采煤工作面 瓦斯爆炸 冲击波 超压峰值 数值模拟 

摘      要：论文结合前人瓦斯爆炸实验及陕西陈家山11.28瓦斯爆炸事故案例,利用数值模拟软件Fluent开展了不同通风方式采煤工作面瓦斯爆炸冲击波传播规律研究。研究成果对提高矿井生产安全性具有一定的理论指导意义。论文结合管道瓦斯爆炸实验,从实验和理论计算两方面验证了瓦斯爆炸模拟时选择LES+ED计算模型的可靠性;其次,研究网格尺寸、迭代步长和点火温度等关键参数对超压峰值和爆炸时间的影响,确定最合理的网格尺寸、迭代步长和点火温度分别为0.5m、0.0005s和1600k;通过衰减系数及相邻测点超压差值分析,得出巷道中瓦斯爆炸冲击波从40m处开始以单一冲击波形式稳定衰减传播,确定U型、Y型和W型通风方式工作面瓦斯爆炸模拟研究时的进/回风巷道有效长度为40m。在前期基础上建立U型(不同截面)、Y型和W型通风方式采煤工作面全尺寸三维物理模型,开展不同通风方式工作面瓦斯爆炸模拟研究,对比分析爆炸冲击波传播云图,超压峰值及峰值衰减速率随距离的变化曲线可知:U型通风方式进风巷道超压峰值衰减速速率由低到高再到低,而回风巷道超压峰值衰减速度是由高到低再到高的过程,工作面超压峰值及其衰减趋势均符合幂函数形式,且当巷道截面形状为梯形时,巷道及工作面中超压峰值及其衰减速率均最大,其次是矩形和半圆拱;Y型通风方式进风巷道1#和工作面超压峰值衰减趋势均符合幂函数形式,进风巷道2#和回风巷道超压峰值衰减趋势相同,但回风巷道中超压峰值普遍比进风巷道2#中高出10.6%,其衰减速度是由低到高再到低的过程;W型通风方式进风巷道1#和2#中超压峰值衰减趋势均符合幂函数形式,回风巷道超压峰值衰减趋势符合指数函数形式,工作面超压峰值随距离爆源距离增大而减小,其衰减速率逐渐降低。