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中国科学技术大学
硕士学位论文
超细水雾抑制含障碍物甲烷爆炸的实验研究
姓名:秦文茜
申请学位级别:硕士
专业:安全技术及工程
指导教师:王喜世
2011-05-07
摘要
摘  要 
目前,国家主要通过煤矿井下开采来获得所需的煤炭资源,而在煤炭开采
过程中经常发生瓦斯爆炸事故,造成巨大的人员伤亡和经济损失。此类爆炸环
境中几乎都存在机器、设备和建筑体等障碍物。因此,研究管道内的不同障碍
物对气体爆炸的影响以及超细水雾抑制此类爆炸的效果与机理具有十分重要的
科学意义和应用价值。
本文通过调研大量资料和文献,较全面的综述了近年来瓦斯煤尘爆炸和气
体爆炸抑制技术方面的国内外研究现状。从管道内气体爆炸的发生、发展出发,
阐述了管道内可燃气体爆炸的形式和机理、爆炸的特征参数、火焰传播规律等。
在对细水雾技术系统进行介绍的基础上,提出了进行超细水雾抑制含有障碍物
甲烷爆炸研究的实验方法和实验目标,并从各功能单元入手对已有的气体爆炸
实验装置进行改进和完善,建立了适用于实验室尺度下研究障碍物对甲烷爆炸
以及超细水雾抑制甲烷爆炸影响的模拟实验装置。
根据煤矿井下巷道内存在的障碍物情况以及工业环境下甲烷储存点的障碍
物情况,本实验研究中考虑设计了四种类型的障碍物。通过测量爆炸传播管内
存在不同类型障碍物时的压力、温度参数的变化,确定了障碍物对不同浓度甲
烷气体爆炸的影响。实验研究表明:障碍物类型并不影响甲烷爆炸最大压力和
最高温度随甲烷浓度的变化的整体趋势,二者都是随着甲烷浓度的增加先增大
后减小,并在最佳爆炸浓度处达到最大值;障碍物距离点火电极较远时对爆炸
的强化作用较强,如果距离点火电极太近,障碍物的阻隔作用会增强甚至大于
强化作用;障碍物体的数目越多,对爆炸的强化作用越强;方环型障碍物对爆
炸的强化作用略强于圆柱型障碍物。
试验中在爆炸传播管内加入障碍物,通过施加不同体积量的超细水雾来研
究其抑制含障碍物的瓦斯爆炸的效果与机理。试验中发现:甲烷爆炸最大压力、
压力上升速率、最高温度和温升速率都随着超细水雾施加量的增加而降低,并
且当超细水雾量达到某一值时,其抑爆效率会显著提高,说明超细水雾能够有
效地抑制甲烷爆炸。通过分析高速摄影仪拍摄的超细水雾抑制甲烷爆炸的动态
过程,可以得知:爆炸延迟时间随着超细水雾施加量的增加而延长,超细水雾
量达到某临界值后爆炸不会发生,即爆炸延迟时间无限长。超细水雾抑制甲烷
爆炸的主要机理是吸热与隔氧,此外,悬浮的超细水雾对压力波强度的衰减也
起到一定作用。
本文的研究工作可为超细水雾抑爆模型的建立与发展提供了实验数据支撑
I
摘要
和理论参考,并将对预防和控制管道气体爆炸、矿井瓦斯爆炸事故有一定的借
鉴作用。
关键词:超细水雾障碍物甲烷爆炸爆炸延迟时间
 









II
Abstract
Abstract
At present, the state obtains the coal resources mainly through coal mine
underground mining, and gas explosion occurs frequently in the coal mining process,
causing great casualties and economic loss. Obstacles such as machinery, equipment
and structure almost exist in all explosive environment. Therefore, it has very
important scientific significance and application value for studying the influence of
obstacles on gas explosion in pipeline and the effect and mechanism for ultra-fine
water mist mitigating such explosions.
This paper prehensively the current research status about gas
and coal-dust explosion and gas explosion mitigation technology through
investigating extensive information and li