CN115098995A - 一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，包括以下步骤：(1)对待测材料在煤矿井下所处环境中影响爆炸过程的因素进行分析，(2)进行管路爆炸实验，确定爆炸火焰的温度分布、影响范围和持续时间；(3)根据实验值构建管路爆炸数值仿真模型并以此为基础构建实际矿井尺寸的数值仿真模型，分析待测材料位置处爆炸火焰温度和持续时间的对应关系；(4)对待测材料的引燃温度和时间进行测试；(5)找出使得爆炸火焰温度和持续时间满足待测材料引燃条件的工况及其参量取值；(6)计算导致待测材料被引燃发生的概率，并以此评估待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性，能够实现对不同爆炸条件下材料被引燃危险性的科学评估。
Description
技术领域
本发明涉及材料引燃危险性评估领域，具体涉及一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法。
背景技术
瓦斯/煤尘爆炸事故是煤矿安全生产所面临最严重的灾害之一，瓦斯/煤尘爆炸产生的高温、冲击波及毒害气体等均对作业人员造成重大威胁。黑龙江省鹤岗市向阳区煤矿“12·16”重大瓦斯爆炸事故表明爆炸火焰在传播过程中引燃井下可燃物，造成严重的火灾事故，扩大了灾变范围。因此，为降低爆炸事故引起后续多次爆炸/火灾事故的风险，应当对煤矿井下可燃物在爆炸环境下被引燃的危险性进行科学评估并根据评估结果制定相应的防治措施。而当前对于材料燃烧性能检测的装置和方法主要为锥形量热仪、灼热丝试验、针焰燃烧测试以及水平垂直燃烧测试方法，这些传统方法大多操作简单、实用性强，能够准确评估一般环境下材料的燃烧/阻燃性能。但在用于评估煤矿复杂爆炸环境下材料被引燃的危险性时仍存在不足，如灼热丝试验的灼烧区域较小、加热时间长，难以准确测定爆炸瞬时升温条件下待测材料的引燃危险性；针焰燃烧测试和水平垂直燃烧测试的测试结果不能定量化，无法准确确定爆炸环境下待测材料的引燃温度和引燃时间；同时，传统测试方法仅能确定固定条件下待测材料的燃烧/阻燃性能，而不同工况下爆炸火焰的温度和持续时间存在较大差异，传统方法难以根据实际应用环境的不同工况进行针对性测定。因此，有必要针对煤矿爆炸特点提出一种定量化评估煤矿爆炸环境下材料被引燃危险性的方法。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，能够实现对不同爆炸条件下材料被引燃危险性的科学评估。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，包括以下步骤：
(1)对待测材料在煤矿井下的所处环境进行分析，确定矿井内可燃性气体或粉尘的种类参量和浓度参量的变化范围、待测材料所处位置参量的变化范围、沿途障碍物的阻塞状态参量的变化范围；
(2)根据步骤(1)确定的各参量的变化范围进行可燃性气体或粉尘管路爆炸实验，确定不同参量下爆炸火焰的温度分布、影响范围和持续时间；
(3)根据步骤(2)的实验数据构建管路爆炸实验的数值仿真模型，并在数值仿真模型基础上以实际矿井尺寸参数作为依照构建实际尺寸数值仿真模型，确定在实际尺寸数值仿真模型中的不同参量下爆炸火焰温度分布、影响范围和持续时间并分析待测材料位置处爆炸火焰温度和持续时间的对应关系；
(4)利用材料引燃条件测试装置对待测材料的引燃温度和时间进行测试，记录瞬时升温条件下待测材料能够被引燃的温度范围和与之对应的最短加热时间；
(5)比对步骤(3)获得的待测材料位置处爆炸火焰温度和持续时间以及步骤(4)获得的待测材料的引燃温度、最短加热时间，找出使得爆炸火焰温度和持续时间满足待测材料引燃条件的参量取值；
(6)根据步骤(1)、(5)确定的各参量计算导致待测材料被引燃这一事件发生的概率，并以此评估待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性。
优选地，所述可燃性气体为瓦斯，所述可燃性粉尘为煤尘。
优选地，步骤(2)中进行管路爆炸实验的实验管路长度为3m，管路截面面积为0.2×0.2m2。
优选地，所述待测材料包括煤体、木材、阻燃输送皮带。
优选地，步骤(6)中计算待测材料被引燃概率采用如下计算公式：
式中：qij为在j工况下i参量导致引燃事件发生的取值概率，m为工况总数目，n为参量数目。
本发明的有益效果在于：。
本发明利用材料引燃条件测试装置能够定量化确定待测材料的引燃条件，通过与实验和仿真模拟获得的爆炸火焰传播规律进行对比，可以找出使得爆炸火焰温度和持续时间满足待测材料引燃条件的危险工况及其参量取值，为煤矿爆炸/火灾防治工作的展开提供理论指导；根据找出的危险工况及其参量取值，通过计算其发生概率，可对待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性进行科学评估。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的材料引燃危险性评估方法的流程图。
图2为本发明的爆炸实验管路系统示意图。
图3为本发明的煤样引燃条件测试装置示意图。
图4为本发明实施例提供的数据对比示意图。
其中：2-1、爆炸管路；2-2、高温热电偶；2-3、信号调理机箱；2-4、高能点火器；2-5、控制主机；2-6、高速摄影仪；2-7、预混气室；2-8、真空泵；3-1、控制主机二；3-2、高速摄影仪二；3-3、信号调理机箱二；3-4、控制器二；3-5、电机；3-6、滑动导轨；3-7、滑动夹持器；3-8、煤样；3-9、高温热电偶二；3-10、高温加热炉；3-11、高温导热板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本实施例一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，包括以下步骤：
步骤一：对待测材料在煤矿井下所处的环境进行分析，得到可燃性气体/粉尘种类参量和浓度参量变化范围、材料所处位置参量变化范围以及沿途障碍物阻塞状态参量变化范围，所述沿途障碍物阻塞状态参量包括沿途障碍物的类型参量、位置参量、高度参量、长度参量、形状参量；
步骤二：设计步骤一中可燃性气体/粉尘的管路爆炸实验，如图2所示，本实施例实验的爆炸管路2-1的长度为3m，截面面积为0.2×0.2m2，爆炸管路2-1内设置有高能点火器2-4，爆炸实验开始前，在预混气室2-7内配置实验所需浓度的甲烷-空气预混气体，利用真空泵2-8将爆炸管路2-1抽至真空，通过输送管路将预混气室2-7内的气体输送到爆炸管路2-1内，所述输送管路上设置有电磁阀，利用高温热电偶2-2和高速摄影仪2-6对爆炸实验时爆炸火焰的温度、持续时间以及传播范围进行记录，所述高温热电偶2-2连接有信号调理机箱2-3，所述信号调理机箱2-3、高速摄影仪2-6、高能点火器2-4、真空泵2-8、电磁阀与控制主机2-5电连接，研究步骤一中各参量变化对爆炸火焰传播规律的影响；
步骤三：构建与步骤二实验管路尺寸相同的数值仿真模型，按照与步骤二实验相同工况进行模拟并根据步骤二获得的实验数据修正模型参数使得模拟值贴合实验值，随后构建实际矿井采空区尺寸的实际数值仿真模型，研究可燃性气体/粉尘种类参量和浓度参量、材料所处位置参量以及沿途障碍物阻塞状态参量变化下爆炸火焰的温度分布、影响范围和持续时间，分析待测材料所处位置的爆炸火焰温度和持续时间；
步骤四：设置材料引燃条件测试装置，如图3所示，高速摄影仪二3-2、信号调理机箱二3-3和控制器二3-4与控制主机二3-1电联，电机3-5和高温热电偶二3-9分别与控制器二3-4、信号调理机箱二3-3电联，测试开始前将煤样3-8固定在滑动夹持器3-7上，移动滑动夹持器3-7至滑动导轨3-6顶部，启动高温加热炉3-10并设置好加热温度，按照测试要求在控制主机二3-1预设滑动夹持器3-7的移动时间、移动距离等指令，测试开始后，控制器二3-4按照控制主机二3-1预设指令控制电机3-5运转，滑动导轨3-6上安装有皮带以及驱动皮带的电机3-5，滑动夹持器3-7固定在皮带上，电机3-5驱动皮带带动滑动夹持器3-7在滑动导轨3-6上移动，使得煤样3-8与高温加热炉3-10上方的高温加热板3-11的接触时间满足测试要求，在此过程中，高速摄影仪二3-2和高温热电偶二3-9持续记录煤样3-8与高温加热板3-11接触前后的燃烧情况以及温度变化，高温热电偶二3-9所得温度数据经信号调理机箱3-3传输到控制主机二3-1中，测得待测材料在不同加热温度下被引燃的最短加热时间，即待测材料在爆炸环境下的引燃条件，本实施例控制主机二3-1采用的预设指令采用本领域技术人员所熟知的指令，皮带通过皮带轮安装在滑动导轨上，皮带轮通过电机3-5驱动，皮带、皮带轮、电机、滑动导轨的连接采用本领域技术人员所熟知的现有方式连接，在此不再作详细描述；
步骤五：以步骤三中的爆炸火焰数据将模拟所得爆炸火焰温度、持续时间以及测试所得引燃温度范围、最短加热时间绘制在同一图像中，本实施例以甲烷浓度9.5％工况下的爆炸火焰数据为例，绘制图像如图4所示，若爆炸火焰的温度和持续时间满足待测材料引燃条件即存在图4中阴影区域a，则认为该工况下为危险工况且出现的概率P(1)＝q1q2…qi，其中qi是指i参量在该工况下的取值概率，同理可得其他危险工况的概率P(j)；本实施例不同的参量值对应不同的工况；
步骤六：计算待测材料在实际爆炸环境下被引燃事件发生的概率P(T)，即各引燃危险条件概率P(j)之和，以此可对待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性进行评估，其中
式中：qij为在j工况下i参量导致引燃事件发生的取值概率，m为工况总数目，n为参量数目。
本实施例的爆炸管路2-1、高温热电偶2-2、信号调理机箱2-3、高能点火器2-4、控制主机2-5、高速摄影仪2-6、预混气室2-7、真空泵2-8、控制主机二3-1、高速摄影仪二3-2、信号调理机箱二3-3、控制器二3-4、电机3-5、皮带、滑动导轨3-6、滑动夹持器3-7、煤样3-8、高温热电偶二3-9、高温加热炉3-10、高温导热板3-11、皮带、皮带轮采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，其相互之间的连接也采用本领域技术人员所熟知的现有方式连接，在此不再作详细描述。
本实施例通过实验和模拟获得实际环境下不同参量爆炸火焰温度范围和持续时间，同时利用材料引燃条件测试装置测定待测材料在爆炸环境下被引燃的条件，通过对比两者找出使得爆炸火焰温度和持续时间满足待测材料被引燃条件的危险工况及其参量取值，并以此为依据计算导致待测材料被引燃这一事件发生的概率，进而评估待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性；本实施例利用材料引燃条件测试装置、爆炸实验管路系统和数值仿真模拟能够定量化确定煤矿爆炸环境下导致待测材料被引燃的危险工况及其参量取值，并对待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性进行科学评估，而找出的危险工况及其参数取值能够为煤矿爆炸/火灾防治工作的展开提供理论指导，具有广泛的实用性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对待测材料在煤矿井下的所处环境进行分析，确定矿井内可燃性气体或粉尘的种类参量和浓度参量的变化范围、待测材料所处位置参量的变化范围、沿途障碍物的阻塞状态参量的变化范围；
(2)根据步骤(1)确定的各参量的变化范围进行可燃性气体或粉尘管路爆炸实验，确定不同参量下爆炸火焰的温度分布、影响范围和持续时间；
(3)根据步骤(2)的实验数据构建管路爆炸实验的数值仿真模型，并在数值仿真模型基础上以实际矿井尺寸参数作为依照构建实际尺寸数值仿真模型，确定在实际尺寸数值仿真模型中的不同参量下爆炸火焰温度分布、影响范围和持续时间并分析待测材料位置处爆炸火焰温度和持续时间的对应关系；
(4)利用材料引燃条件测试装置对待测材料的引燃温度和时间进行测试，记录瞬时升温条件下待测材料能够被引燃的温度范围和与之对应的最短加热时间；
(5)比对步骤(3)获得的待测材料位置处爆炸火焰温度和持续时间以及步骤(4)获得的待测材料的引燃温度、最短加热时间，找出使得爆炸火焰温度和持续时间满足待测材料引燃条件的参量取值；
(6)根据步骤(1)、(5)确定的各参量计算导致待测材料被引燃这一事件发生的概率，并以此评估待测材料在实际爆炸环境下被引燃的危险性。
2.如权利要求1所述的一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，其特征在于，所述可燃性气体为瓦斯，所述可燃性粉尘为煤尘。
3.如权利要求1所述的一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，其特征在于，步骤(2)中进行管路爆炸实验的实验管路长度为3m，管路截面面积为0.2×0.2m2。
4.如权利要求1所述的一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，其特征在于，所述待测材料包括煤体、木材、阻燃输送皮带。
5.如权利要求1所述的一种用于煤矿爆炸环境下的材料引燃危险性评估方法，其特征在于，步骤(6)中计算待测材料被引燃概率采用如下计算公式：
式中：qij为在j工况下i参量导致引燃事件发生的取值概率，m为工况总数目，n为参量数目。
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Cited By (2)
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| CN116185095A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-05-30 | 科大智能物联技术股份有限公司 | 一种基于红外成像的喷淋冷却控制系统 |
| CN117391444A (zh) * | 2023-10-19 | 2024-01-12 | 应急管理部大数据中心 | 基于工业设备运行全过程监测的粉尘涉爆风险预警系统 |
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2022
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| CN116185095B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-28 | 科大智能物联技术股份有限公司 | 一种基于红外成像的喷淋冷却控制系统 |
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