端口封闭型管道瓦斯火焰传播与压力实验研究

2018-11-14

福建质量管理 2018年20期

(华北科技学院安全学院北京 101601)

引言

近年来，我国煤炭生产方式中井工开采占全国煤炭生产的95%以上，且其开采的煤层大部分属于石炭二叠纪成煤煤层，煤质及赋存条件好，煤层中瓦斯赋存状态未受到大的地层运动的破坏和煤矿开采的影响，因此开采过程中会有一定体积的瓦斯气体涌出，易发生瓦斯爆炸、瓦斯燃烧和煤与瓦斯突出事故。

瓦斯爆炸过程中，被引燃的瓦斯气体受到约束时，经过一定距离的传播，其传播过程呈现出连续加速状态，在传播距离足够长、瓦斯气体足够多时就能形成爆轰波，高压冲击波和高温火焰锋面同时作用，对井下人员、设备及巷道的摧毁作用是毁灭性的。

所以，本文采用在截面为200mm×200mm，长为35m的方截面管道内通过实验探究瓦斯爆炸特性变化进行分析。

一、实验工况

本实验从距离管道前端开6.2米的位置开始，沿管道左侧中轴线每2.5米设置一个压力传感器，设置的压力传感器共计8个；同时，在每个压力传感器对应的管道右侧位置设置火焰传感器。

本实验的具体条件为:点火延迟时间22.5μs，点火电极放电电压为5000V，实验均在以下实验条件下进行：预混气CH4为9.5%、真空度200Pa、预混气初压101.3KPa，点火电压5000V，点火能量5.475J。

二、结果分析

PCB传感器采集的爆轰管道内的八组压力曲线如图所示：

各测点压力时间曲线

从图中可以看出第一道波随着往前传播，斜率越来越大，即由原来的小扰动压缩波逐渐变成冲击波，随后又经过盲板端的壁面反射。PCB1和PCB8的压力曲线随时间变化，可以清楚的看到压力曲线斜率从PCB1到PCB8明显增大，可以判断到PCB8的过程中一系列的小扰动波逐渐变成了冲击波。

在实验瓦斯浓度为9.7%的情况下，随着爆炸逐渐向前方传播，对应在15.5m，21.5m，27.5m处测点的火焰面与前驱冲击波的时间间隔分别是67m/s，91m/s，117m/s，随着时间间隔的增长，整个爆炸的传播速度也不断增加，所以压力波与火焰面之间的空间间隔也在不断增大，对用与15.5m，21.5m，27.5m处测点的空间距离分别是0.64m，0.85m，1.18m。伴随着火焰传播的不断加速，火焰阵面有了逐渐赶超前驱冲击波的趋势，因此当位于管道后半段的时候，火焰面与冲击波的时间间隔又会逐渐减小，对应于27.5m，33.5m，36.5m测点处的时间间隔分别是117m/s，103m/s，94m/s。但是因为火焰和压力波的传播速度还是在不断增加的，所以两者之间的空间距离函数呈现出曲线上升。