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煤矿瓦斯爆炸是影响煤矿安全生产最主要的灾害事故。根据事故统计数据[1],瓦斯爆炸事故主要发生在采煤工作面和掘进工作面附近。基于此,讨论积聚在独头巷道闭口端的瓦斯-空气爆炸性混合气体在点火源作用下的瓦斯爆炸传播,并不向爆轰转变,涉及瓦斯爆炸火焰波和前驱冲击波的传播及衰减规律。
l理论分析
冲击波和强爆轰波不能自持传播,要靠后方活塞驱动,才能维持一定的波速。一旦活塞减速甚至停止运动,从活塞界面发出的稀疏波赶上冲击波阵面,使它衰减下来。对于冲击波怎样衰减为声波的严格解析研究非常困难,但可以利用根据波强度变化方程推导出的冲击波波阵面上物理量衰减的渐近规律来分析波衰减过程的渐近性态。
波只有在时间趋于无穷大或距离趋于无穷远时才能衰减为声波。另外,在此处的分析仅仅考虑了稀疏波的弱化作用,对于煤矿井下瓦斯爆炸冲击波传播规律的研究还需要考虑流体的黏性和巷道边界作用等其他影响因素。
2实验分析
2.1火焰波传播规律分析
对煤矿瓦斯爆炸火焰波传播规律的理解是认识煤矿瓦斯爆炸的关键,因为火焰波传播规律直接影响着前驱冲击波的强度和传播规律,决定着瓦斯爆炸的破坏强度。
目前,对火焰波传播规律的认识主要有两种观点:一是火焰波加速传播达到某一临界速度,并最终以此速度向前传播直至耗尽瓦斯;另一种观点是火焰波在消失之前会经历加速和减速两个阶段。研究发现,对于火焰波传播规律的认识与实验本身条件有密切的关联,实验可分为两类:一类是采用真实煤矿巷道的全尺寸实验;另一类是小尺寸管道实验。对于实验所用瓦斯量也有区别,一种是将一定浓度瓦斯气体充满整个实验腔体,这种情况主要集中在小尺寸的管道实验;还有一种就是在局部充填瓦斯。现选取两组非常典型的实验数据,原始数据分别来源于参考文献[3]和[4],根据实验数据分别绘出图2和图3,2个图都显示火焰波经历先加速、再减速的传播过程。文献[3]实验采用真实的煤矿巷道,实验巷道长896 m,断面积为7.2m2,在闭口端局部充填定量瓦斯混合气体(100m3和200m3),火焰波因瓦斯耗尽而消失,火焰波的最终传播状态未能在图上体现;文献[4]实验采用小尺寸的实验管道,管道为长24m的方管,管内充满瓦斯混合气体,受实验管道长度的限制,火焰波的最终传播状态也未能在图上体现。结合2个实验,不管是全尺寸巷道实验还是小尺寸管道实验,实际参与反应的瓦斯量都是影响瓦斯爆炸火焰波传播规律认识的重要因素。
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