[发明专利]一种腔体结构对瓦斯爆轰消波效应的测试方法

说明书

本发明公开了一种腔体结构对瓦斯爆轰消波效应的测试方法。其将管道、法兰盘、螺栓螺母、腔体、压力传感器、火焰传感器、电极、交流电源、真空泵、数字真空表、高纯甲烷气瓶、空压机、循环泵、压气阀、吸气阀、进气阀、第一循环阀、第二循环阀、加速片、膜片、钢片、动态数据采集器、高速摄像仪、上位机连接成试验系统开展试验；其中，腔体的材料为高强度透明有机玻璃，腔体一端为夹角120°～160°的锥角构造，加速片在预混加速段内设置3～6片，高速摄像仪每秒至少10⁵帧。本发明可研究瓦斯爆轰在经过腔体结构前后冲击波传播速度、火焰传播速度和冲击强度衰减规律，探索腔体结构对瓦斯爆轰的消波效应。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其是涉及一种腔体结构对瓦斯爆轰消波效应的测试方法。

背景技术

据预测，到2050年，煤炭为我国能源消费的比重仍不低于50％，然而，随着煤炭开采深度的不断增加，煤炭开采过程中出现了一系列的问题，其中比较典型的就是瓦斯压力不断增加。在我国历年来的重特大煤矿事故中，瓦斯爆炸事故占比一直居高不下，例如最近一次的百人以上重特大事故就在2009年11月21日发生在黑龙江省鹤岗市新兴煤矿，其造成了108名矿工遇难，给国家和社会带来了重大损失和严重影响。煤矿瓦斯爆炸是煤矿井下瓦斯富集至瓦斯爆炸浓度范围内，在遇火后能引起的爆炸式链式氧化反应；后在其传播过程中，若局部遇到如煤矿井下的液压支架等支护设施、巷道分叉与转角、电气设备、矿车、风门等障碍物时，就会导致湍流度增加，火焰产生褶皱和卷吸促进燃烧表面积增大，火焰传播速度进一步增加，若障碍物等促进燃烧因素足够时，湍流度持续增加、火焰传播速度也不断增加，致使火焰阵面追至前驱压力波，火焰阵面和前驱压力波阵面重合形成爆轰波，最终产生巨大的破坏作用。所以，有必要开展对瓦斯爆炸形成爆轰后传播的抑制研究，这对降低煤矿瓦斯爆炸带来的巨大人员伤亡和财产损失具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种腔体结构对瓦斯爆轰消波效应的测试方法，可研究腔体结构对瓦斯爆轰的消波性能。

本发明的技术方案如下：

一种腔体结构对瓦斯爆轰消波效应的测试方法，其包括以下步骤：

(1)将管道、法兰盘、螺栓螺母、腔体、压力传感器、火焰传感器、电极、交流电源、真空泵、数字真空表、高纯甲烷气瓶、空压机、循环泵、压气阀、吸气阀、进气阀、第一循环阀、第二循环阀、加速片、钢片、动态数据采集器、高速摄像仪、上位机连接成试验系统，加入膜片将试验系统分成预混加速段和冲击传播段两部分；

其中，所述腔体的材料为高强度透明有机玻璃，腔体一端为夹角120°～160°的锥角构造以促进反射波吸收，腔体高度等于管道直径，腔体长度为管道直径的1.5～5倍，腔体与膜片之间的距离至少为2m；所述管道直径为200mm；所述加速片为圆环结构，内环直径为管道直径1/3～1/2，且加速片在预混加速段内设置3～6片以实现稳定的爆轰，每两个加速片之间的距离至少为50cm；所述膜片为聚乙烯材料，膜片厚度为0.5～2mm，膜片直径比管道直径大1～3cm；所述压力传感器和火焰传感器在腔体的前、后各设置两个，且此两个压力传感器之间距离为3～10cm、此两个火焰传感器之间距离为3～10cm；所述电极为两根金属棒，一端连接交流电源，另一端连接熔丝；所述交流电源为24～48V交流电；所述高速摄像仪位于腔体一侧，高速摄像仪与腔体的距离至少为1m，高速摄像仪每秒至少10⁵帧以便捕捉冲击演化和消减细节；

(2)按顺序先后开启压气阀和空压机，保持吸气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，检查预混加速段的气密性，在确定预混加速段不漏气后，按顺序先后关闭空压机和压气阀；

(3)开启数字真空表和吸气阀，保持压气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，开启真空泵进行抽真空；在达到试验需要真空度后关闭真空泵，开启进气阀和高纯甲烷气瓶进行甲烷气体配送，待充入试验所需体积分数甲烷气体后，按顺序先后关闭高纯甲烷气瓶和进气阀；