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煤与瓦斯突出冲击波传播规律的实验研究

作　者: 陈永超
导　师: 魏建平；刘明举
学　校: 河南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 煤与瓦斯突出突出冲击波冲击波传播规律冲击波超压
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 104次
引　用: 5次
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内容摘要

本文以管状空间内气体爆炸冲击波传播理论为基础,采用理论分析与实验研究相结合的方法,系统地研究了模拟煤与瓦斯突出后实验管道内突出冲击波的传播规律。本文研究由实验系统的搭建、理论分析和实验测试三个部分组成。首先,采用相似理论自行设计加工了一套带模拟巷道的煤与瓦斯突出实验系统;通过突出装置向模拟巷道内突出,由动态数据采集系统将压力传感器采集电信号转为数字信号,测试发生突出后管道内产生冲击波的压力变化特征。其次,根据气体动力学原理,分析了冲击波在传播过程中的影响因素(参与突出煤量、参与的瓦斯量及瓦斯压力、实验管道粗糙程度等);基于冲击波间断关系式,引入气体状态方程,推导出冲击波传播的超压公式和冲击气流的速度表达式。再次,在实验研究部分,验证了理论分析关于煤与瓦斯突出冲击波传播过程的结论;通过不同瓦斯压力及微型风机开启与否情况下的突出模拟实验,分析了参与突出的瓦斯量、瓦斯压力对突出冲击波传播的影响关系。最后,结合焦煤集团九里山矿15采区煤与瓦斯突出的具体实例进行分析,验证了理论推导公式的准确性。实验结果表明,自行设计的煤与瓦斯突出模拟实验系统能较好地模拟出发生突出这一复杂的动力现象,成功地模拟了突出发生过程中冲击波在巷道中的传播过程;冲击波传播过程中的影响因素很多,其中最为重要的是煤体内贮存的瓦斯膨胀能(煤与瓦斯突出的强度),而瓦斯膨胀能与煤体吸附的瓦斯量及瓦斯压力关系密切。通过冲击波超压公式和冲击气流速度公式也可以验证这一点。本文的研究成果对煤与瓦斯突出事故防治和调查、分析提供较为重要的理论和技术支持。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-18
    1.2.1 煤与瓦斯突出机理及能量来源的研究  11-13
    1.2.2 关于冲击波传播传播过程的物理机制的研究  13-16
    1.2.3 关于煤与瓦斯突出及产生冲击波传播的相似模拟研究  16-17
    1.2.4 存在的问题  17-18
  1.3 本文的研究内容、技术路线和研究方法  18-20
    1.3.1 本文的研究内容  18-19
    1.3.2 本文的技术路线和研究方法  19
    1.3.3 本文的创新之处  19-20
  1.4 本章小结  20-21
2 突出冲击波传播规律的理论分析  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 矿井突出事故的统计分析  21-22
    2.2.1 突出地点  21-22
    2.2.2 突出强度及原因  22
  2.3 突出的能量分析  22-24
  2.4 冲击波的传播规律分析  24-35
    2.4.1 冲击波的形成  24-25
    2.4.2 冲击波的传播  25-27
    2.4.3 管道内突出冲击波传播影响因素  27-28
    2.4.4 冲击波传播关系式  28-35
  2.5 矿井突出事故时突出冲击波传播规律  35-36
  2.6 本章小结  36-37
3 实验系统的建立  37-52
  3.1 引言  37-38
  3.2 建立实验模型及数据采集系统  38-49
    3.2.1 设计模型实验的理论基础  38-40
    3.2.2 建立实验系统采用的相似准则  40-45
    3.2.3 实验设备的选择  45-49
  3.3 实验前的准备  49-50
    3.3.1 煤样的采集与处理  50
    3.3.2 实验系统的调试  50
  3.4 实验系统的工作原理及实验步骤  50-51
    3.4.1 工作原理  50-51
    3.4.2 实验步骤  51
  3.5 本章小结  51-52
4 实验结果及分析内容  52-70
  4.1 引言  52-53
  4.2 模拟突出冲击波传播的实验方法  53-55
    4.2.1 模拟突出的实验方法  53-54
    4.2.2 实验数据采集与处理  54-55
  4.3 模拟突出冲击波实验结果及分析  55-69
    4.3.1 微型风机关闭状态下突出冲击波的传播规律  55-66
    4.3.2 微型风机开启状态下管道内冲击波传播规律  66-68
    4.3.3 风机影响条件下冲击波传播过程中衰减规律分析  68
    4.3.4 实验结果的工程意义  68-69
  4.4 本章小结  69-70
5 现场分析  70-81
  5.1 引言  70
  5.2 焦煤集团九里山矿的基本概况  70-71
  5.3 焦作九里山矿15 采区通风系统稳定性分析  71-76
    5.3.1 九里山矿通风系统简介  71-72
    5.3.2 通风系统解网分析基础  72-75
    5.3.3 通风系统稳定性分析  75-76
  5.4 突出时抛出煤体波及范围分析  76-77
  5.5 煤与瓦斯突出冲击波波及范围分析  77-79
    5.5.1 煤与瓦斯突出冲击波能量计算  77-78
    5.5.2 煤与瓦斯突出冲击波在巷道中产生的超压  78-79
  5.6 本章小结  79-81
6 主要结论及展望  81-83
  6.1 主要结论  81-82
  6.2 展望  82-83
参考文献  83-87
作者简历  87-88
学位论文数据集  88

煤与瓦斯突出冲击波传播规律的实验研究

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