瓦斯自燃模拟与实验研究

瓦斯燃烧已成为我国煤矿重要的瓦斯灾害之一。通常情况下，引起瓦斯燃烧的火源主要有放炮、机电设备失爆、磨擦、撞击、静电等产生火花，以及煤炭自燃产生明火、吸烟等。然而在很多瓦斯燃烧事故调查中并不能发现上述引燃瓦斯的火源。因此，人们自然联想到瓦斯是否能发生自燃，进而引发瓦斯燃烧事故的发生？目前关于瓦斯自燃的机理国内外并没有统一的理论，主要形成了几个假定的理论：逆焦耳-汤姆逊效应、静电点火机理、扩散点火机理、瞬时绝热压缩起火机理和热表面点火机理。在这些假设的机理中，没有任何一个机理能够解释所有的泄漏自燃现象。综上所述，故而提出了本项目研究。本项目拟基于扩散点火机理的高压瓦斯泄漏自燃理论，通过开展高压瓦斯泄漏时的空气动力学规律，获得与瓦斯自燃有关的各种参数，同时开展计算机模拟，最终获得瓦斯自燃的临界条件。项目研究成果将对预防煤矿瓦斯燃烧事故提供理论依据，具有重要的理论及现实意义。

瓦斯燃烧已成为我国煤矿重要的瓦斯灾害之一。引起瓦斯燃烧的火源主要有放炮、机电设备失爆、磨擦、撞击、静电等产生火花，以及煤自燃等。然而在很多瓦斯燃烧事故调查中并不能发现上述引燃瓦斯的火源。因此，人们自然联想到瓦斯是否能发生自燃，进而引发瓦斯燃烧事故的发生？本项目基于扩散点火机理的高压瓦斯泄漏自燃理论，通过开展高压瓦斯泄漏时的空气动力学规律，获得与瓦斯自燃有关的各种参数，并定性、定量地确定各参数的范围，使高压瓦斯在这些参数范围内不发生或发生自燃。同时开展计算机模拟，最终获得瓦斯自燃的临界条件。. 通过研究获得了以下主要结论：(1)在一定泄漏条件下(泄漏初始压力和下游释放管道长度)，高压瓦斯泄漏到大气过程中会引发自燃现象。(2)在不同直径的下游释放管道条件下，都有一个相似的规律，即：当下游管道长度比较短时，瓦斯的自燃现象不容易发生，只有增大泄漏初始压力，瓦斯自燃才有可能发生；当增长下游管道长度时，瓦斯引发自燃所需的初始压力会相应的下降。管道长度增加，更有利于瓦斯自然现象的发生。(3)下游释放管道直径对自燃发生有重要的影响。在相同初始压力的条件下，使用直径较小的管道要比使用直径较大的管道更容易发生自燃现象。(4)高压瓦斯泄漏自燃时喷口射流火焰的传播过程是一个不可逆的能量耗散过程，导致了火焰及激波能量的不断衰减，因此随着火焰传播距离的增大，激波速度和超压值不断减小。(5)高压瓦斯泄漏自燃现象的发生具有一定的随机性，其原因是爆破片破裂方式的不可预测性导致冲击波强度产生很大的差异。爆破片的破裂方式对高压瓦斯泄漏自燃有着重要的影响。由此说明通过选择合理的泄压方式可以降低高压瓦斯泄漏过程中发生自燃的可能性。(6)数值模拟结果表明：①当入射激波速度高于1300m/s时，激波能诱导瓦斯发生燃烧。②入射激波速度越大，则点火延迟时间显著减短，有利于预混瓦斯燃烧的发生。③CH4浓度越大，着火时间越长，越难燃烧。当CH4浓度为20%时，CO浓度达到最大。. 同时，通过项目研究取得了以下的成果：申请国家发明专利1项、获得省部级科技进步二等奖励1项、发表SCI\EI论文10篇、培养博士1名和硕士18名、招收博士4名和硕士15名。. 项目研究成果将对现有理论进行补充、完善，可为预防煤矿瓦斯燃烧事故及事故调查分析等提供理论依据，具有重要的理论及现实意义