[發明專利]一種判斷煤礦掘進工作面瓦斯爆炸超壓的分析方法

有效

• 申請號: 201711022351.2
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107575265B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 段玉龍;劉洪;王文和;姚新友;廖浩;劉克輝;巫尚蔚
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21F17/18;G06Q50/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種判斷煤礦掘進工作面瓦斯爆炸超壓的分析方法屬于煤礦瓦斯分析技術領域，包含如下步驟：S1：計算不同初始狀態下瓦斯爆炸的總能量；S2：結合爆炸氣體動力學知識建立掘進工作面瓦斯爆炸超壓預測模型并進行預測計算；S3：結合實驗數據和氣體壓縮方程對超壓預測模型進行修正；S4：利用大尺寸巷道的實測爆炸超壓數據和超壓預測數據進行對比，得出瓦斯爆炸的超壓修正預測模型。本發明用于結合每個礦井的歷史情況和實際情況，進行瓦斯爆炸的可能性分析和程度分析預測，為防止由于瓦斯爆炸沖擊造成傷害，而提前提出針對性防治措施。

技術領域

本發明屬于煤礦瓦斯分析技術領域，涉及一種判斷煤礦掘進工作面瓦斯爆炸超壓的分析方法。

背景技術

目前關于煤礦瓦斯爆炸超壓后果的研究較多。大部分集中在研究爆炸后超壓的影響范圍及后果上。主要是由于爆炸時期的主要傷害來至于沖擊波的超壓力學性能破壞。

現有的與本發明相關的技術方案主要有以下幾類：

a.通過大尺寸巷道爆炸實驗，進行爆炸后的超壓實測，此類方法真實可靠，數據穩定，但是成本很高，數據采集有難度，不具備推廣性；

b.通過小尺寸管道爆炸實驗，進行爆炸后的超壓測量，目前采取此類方法的研究相對較多。但是由于在尺寸上存在差異，通過相似原則進行計算會存在一定的誤差，同時也存在成本較高的問題；

c.通過CFD數值模擬手段進行任意尺寸巷道建模和瓦斯爆炸模擬，并可對爆炸后的超壓進行取值分析。此類方法的成本最低，但是由于進行模型建立、初始邊界條件加載等環節操作時和現場存在一定誤差，會導致結果有偏差。同時，由于進行CFD數值模擬需要有較好的工程背景和熟練的模擬技術作為支撐，否則計算出的結果偏差很大。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種判斷煤礦掘進工作面瓦斯爆炸超壓的分析方法，用于結合每個礦井的歷史情況和實際情況，進行瓦斯爆炸的可能性分析和程度分析預測，為防止由于瓦斯爆炸沖擊造成傷害，而提前提出針對性防治措施。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種判斷煤礦掘進工作面瓦斯爆炸超壓的分析方法，包含如下步驟：

S1：計算不同初始狀態下瓦斯爆炸的總能量；

S2：結合爆炸氣體動力學知識建立掘進工作面瓦斯爆炸超壓預測模型并進行預測計算；

S3：結合實驗數據和氣體壓縮方程對超壓預測模型進行修正；

S4：利用大尺寸巷道的實測爆炸超壓數據和超壓預測數據進行對比，得出瓦斯爆炸的超壓修正預測模型。

進一步，步驟S1中初始狀態下瓦斯爆炸的總能量為：

其中：E為初始狀態下瓦斯爆炸的總能量，E_N為爆炸沖擊波波面內氣體的動能，E_K為爆炸沖擊波波面內氣體的內能，k為氣體壓縮系數，β為常數，P₁為沖擊波壓縮區域壓強，M為沖擊波衰減馬赫數，u₁為沖擊波壓縮區域介質速度，S為工作面的截面積，ρ₁沖擊波壓縮區域密度，x為距離點火源的距離。

進一步，步驟S2中所述瓦斯爆炸超壓預測模型為：

其中，ΔP為沖擊波超壓隨點火距離的衰減表示，c₁為沖擊波壓縮區域音速。

進一步，所述步驟S3具體為：

S31：引入空氣壓縮因子對超壓預測模型進行分析，空氣壓縮因子表示為：