变直径管及弯管对瓦斯爆炸的影响研究

我国煤炭生产中，灾害事故频繁发生，其中瓦斯爆炸事故最为严重，给人民的生命和财产造成了巨大损失。为了预防瓦斯爆炸事故的发生，一方面要加强安全管理，另一方面必须掌握瓦斯爆炸传播规律。目前关于瓦斯爆炸的研究多数都是在等直径管道中进行的，但实际井下巷道中，变截面和弯道随处可见，针对此条件下进行瓦斯爆炸特性进行研究，具有十分重要的社会和经济意义。本文以中北大学防火防爆安全工程技术研究中心自行研制的水平管道式气体爆炸装置为基础，设计并加工变直径管和弯管，模拟了巷道的变截面和弯道，研究了变直径管的直径、长度和位置以及弯管的角度和位置对甲烷-空气混合气体爆炸传播规律的影响，得出如下结论：（1）与等直径管道相比，变直径管对甲烷-空气混合气体爆炸传播规律具有显著影响，改变了最大爆炸压力和火焰传播速度的变化趋势。最大爆炸压力曲线呈现单峰三区形状，峰值为0.4041MPa。在变直径管前，火焰传播速度变化不大；在变直径管后，火焰传播速度从25.8m/s减小到3.5m/s，变化明显。（2）其它条件相同，变直径管直径从88mm增加到108mm，最大爆炸压力和火焰传播速度增大。变直径管长度从0.28m增加到0.56m，最大爆炸压力和火焰传播速度增大。直径和长度同时变化时，最大爆炸压力和火焰传播速度变化方向与直径的变化方向相同。（3）弯管对甲烷-空气混合气体爆炸传播规律具有显著影响，使得最大爆炸压力增大，火焰传播速度加速。在转弯前，最大爆炸压力和火焰传播速度变化趋势与等直径管道基本相同。在弯管两端，最大爆炸压力从0.2931MPa增大到0.4717MPa，发生突变；火焰传播速度从25.8m/s增大到101.2m/s。（4）其它条件相同，在转弯后同一位置，弯管角度不同，最大爆炸压力和火焰传播速度增大幅度不同，其中45°弯管影响最小，最大爆炸压力为0.4834MPa，火焰传播速度为84.4m/s；90°弯管影响最大，最大爆炸压力为0.5461MPa，火焰传播速度为101.2m/s。（5）其它条件相同，变直径管或弯管的位置距离点火源越远，最大爆炸压力发生突变，火焰传播速度发生加速的位置距离点火源越远。