电火源引爆瓦斯的规律和特征研究

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1、工程硕士专业学位论文电火源引爆瓦斯的规律和特征研究StudyontheLawandCharacteristicsofGasExplosionIgnitedbyElectricFireSource作者：赖芳芳校内导师：徐景德教授校外导师：王素锋教授级高工华北科技学院二零一五年六月中图分类号X9学校代码11104UDC密级公开华北科技学院工程硕士专业学位论文电火源引爆瓦斯的规律和特征研究StudyontheLawandCharacteristicsofGasExplosionIgnitedbyElectr

2、icFireSource作者赖芳芳校内导师徐景德校外导师王素锋申请学位工程硕士专业学位培养单位研究生处学科专业安全工程研究方向矿井瓦斯防治答辩委员会主席周心权评阅人周心权、林大超二○一五年六月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。校内导师签字：校外导师签字：年月日致谢研究生三年的努力终于完成了

3、硕士论文的研究。这期间几番波折几番辛苦，但是更多的是成功的喜悦。正如文章中所叙述的，瓦斯爆炸问题一直是涉及多个学科和领域的难题，而自己理论基础有限，在研究中遇到了爆轰理论、化学动力学理论等诸多方面的难题。在此，我要特别感谢徐景德教授、徐胜利教授、王素锋副司长的悉心指导。本文是在他们的全力指导下完成的，从理论到实践，从科研到做人，三位导师都给予了相当大的帮助。在他们的帮助下，我阅读了大量的相关文献，确定了本文的研究内容和技术路线。期间，我就论文的选题、实验方案的确定、论文结构安排等，与徐景德老师进行了深

4、入的讨论，徐老师从多个方面给我提供了悉心的指导，他的严谨治学、勤奋敬业的精神和为人师表的风范我将终身难忘。学习期间，清华大学的徐胜利教授对论文的实验部分提供了关键性的技术指导和理论支持。同时，中国科技大学的刘二伟博士，清华大学的崔巍博士都对本论文的实验数据采集部分提出了重要的指导意见。在论文的实验研究部分，我要特别感谢史晓亮硕士、杨鑫硕士、彭兴力硕士、齐睿琛硕士对我提供的无私的帮助和支持，在此，对他们的辛勤付出表示感谢。同时，也要感谢华北科技学院瓦斯爆炸实验室的胡杨老师、张莉聪老师，是他们的热情帮助实

5、验才得以顺利进行。另外，本论文是在国家自然科学基金项目《含浓度梯度的矿井瓦斯点火与爆燃传播现象的实验研究》和中央高校基本科研业务资助项目《强点火条件下甲烷气体爆炸过程数值模拟及应用》的资助下进行的。在此特别提出感谢。最后，对文中引用的文献中涉及的中外学者表示感谢，他们的研究成果对本论文的完成做成了重要的贡献。摘要随着煤矿开采电气化程度的提高，各类电火源在井下大量存在，电火源引发的瓦斯爆炸事故迅速增加。因此，本文重点研究电火源引燃煤矿瓦斯爆炸的机理和特性，为瓦斯爆炸事故防治、勘察和救援等工作提供了重要的

6、理论和技术支持。本文在理论分析的基础上，结合实验研究的方法，对电火源点火能量和瓦斯浓度对瓦斯爆炸特性之间的相互影响进行了研究分析。根据电容器放电原理构建了可变点火能的实验平台，用示波器法测得了电火花的点火能量，发现实际点火能量是远远大于瓦斯爆炸的最低点火能0.28mJ的。对充电电压、电极间隙对火花能量的影响效应进行了分析，得到：充电电压越大，点火能量越高。电极间隙有一个最佳值，在最佳间隙下的点火能量最低，超过最佳间隙，点火能量会随着电极间隙的增大而增大。最后，利用华北科技学院瓦斯爆炸实验室平台，对不同

7、点火能量和瓦斯浓度下的瓦斯爆炸特性进行了实验研究。实验结果分析如下：（1）瓦斯爆炸传播火焰速度随着测点与点火端距离的增加而逐渐增大，在靠近出口附近达到最大值。在管道长径比一定时，点火能量和瓦斯浓度与火焰传播速度均呈不同的二次函数关系变化。（2）在瓦斯爆炸过程中，压力冲击波在火焰前面，且其传播速度明显高于火焰速度。点火能量与瓦斯爆炸压力峰值和爆炸压力峰值上升速率呈对数函数关系，点火能量越大，爆炸强度越强，反应时间越短，则爆炸压力峰值越大，爆炸压力峰值上升速率越快。但是随着点火能量进一步增大，压力峰值和压

8、力峰值上升速率上升的幅度越来越慢。（3）瓦斯浓度与爆炸压力峰值和压力峰值上升速率呈二次函数关系，在浓度为9.5%时爆炸强度最高，爆炸的压力峰值和压力峰值上升速率都最大。该论文有图32幅，表15个，参考文献67篇。关键词：电火源；链式反应；点火能量；火焰速度；瓦斯爆炸压力IAbstractWiththeincreaseofcoalminingelectrification,therearealotofelectricfiresourceinthecoalm