Исследование волновых эффектов, возникающих при распространении ударных волн по разветвленной сети горных выработок

• Автор: Лукашов, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ф ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ взрывов метана и пыли в угольных шахтах и особенности распространения воздушных ударных волн
в горных выработках
1.2. Существующие методы расчёта взрывобезопасных расстояний
1.2.1. Методика А.М. Чеховских
1.2.2. Методика В.М. Плотникова
1.3. Цель и задачи исследования
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ УДАРНЫХ ВОЛН
* ПРИ ВЗРЫВАХ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
2.1. Математическая модель распространения ударных волн
по сети горных выработок
2.2. Алгоритм расчёта потокораспределения газа по сети
горных выработок
2.3. Линеаризация численного метода решения в областях
гладкого течения
2.4. Влияние неравномерности распределения давления в зоне
взрыва на интенсивность ударной волны
<► 2.5. Сравнительный анализ интенсивности ударных волн в
горных выработках при различных типах взрывов
Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ УДАРНЫХ ВОЛН ПРИ ВЗРЫВАХ
В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
3.1. Затухание ударной волны на прямолинейных участках горных
■щ выработок
3.2. Сравнительный анализ затухания ударных волн при проходе ими сопряжений горных выработок

3.3. Сравнение с методикой В.М. Плотникова
3.4. Сравнение с методикой А.М. Чеховских
3.5. Методика газодинамического расчёта параметров
воздушных ударных волн
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ЭФФЕКТОВ,
ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ УДАРНЫХ ВОЛН ПО СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
4.1. Влияние места взрыва метановоздушной смеси на интенсивность ударной волны в горной выработке
4.2. Формирование догоняющих ударных волн при взрывах
в тупиковых выработках
4.3. Исследование влияния примыкающей тупиковой выработки
на интенсивность ударной волны
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Наибольшую опасность в угольных шахтах представляют аварии, вызванные взрывом метана и угольной пыли, которые составляют 18,9% от общего количества, а несчастные случаи со смертельным исходом при этих авариях - 86%. При взрывах шансы на выживание в 112 раз меньше, чем при других авариях.
Особую опасность представляют взрывы, возникающие в ходе ведения горноспасательных работ, когда нарушено проветривание и существует реальная угроза быстрого формирования зон с высокой концентрацией метана вблизи источников высокой температуры. В этих условиях требуются оперативность и точность прогнозирования параметров и области распространения ударной волны в горных выработках, а также знание того, насколько близко можно подойти к аварийному участку, оставаясь при этом в безопасной для жизни и здоровья зоне.
В настоящее время для расчёта взрывобезопасных расстояний горноспасатели пользуются полуэмпирической методикой, которая даёт ответ только на один вопрос - какое будет давление в переднем фронте ударной волны при её распространении только по одному маршруту. Однако при взрыве по горным выработкам всегда распространяются не одна, а несколько т ударных волн, которые, взаимодействуя друг с другом, испытывают много-
кратные отражения при поворотах. На людей воздействует целый ряд поражающих факторов, в числе которых динамическое воздействие набегающего потока, концентрация и высокая температура ядовитых продуктов взрыва. По этой причине точность существующих методов расчёта в сложных ситуациях перестала удовлетворять горноспасателей, а возможности их уточнения исчерпаны.
Для корректного расчёта распространения воздушных ударных волн в сложной разветвлённой сети горных выработок необходима разработка

Значения параметров на новом временном слое определяются по фор-
мулам:
Я+1 / _ я + 1 / п-
и. = ри ). / рі

(реї: -
/і+1 £>- иі
(к-1)
где к - показатель адиабаты.
Зону сопряжения будем полагать кубом со стороной И, тогда уравнения
(2.8)-(2.13) в разностной форме запишутся в виде:
р"-^[(Киї~(ки+(КЛ -(яу +(л^)6-(л^)5],

рТ=Р}-І[(Е;ЛЛЕги)АЯЛЛЯгУ)АКгЛ-{^\
Сои)"+| =(ри)"-^[(яи2+р)г(яи2+Р +(яиу-(яцу +{яиш-(яш).
(Р*)'" =(ру У-у[(лс/г)3~(яиу +(яу2+р)4-(яу2 + р +{яш-(яш],
{рм>)'*' ={рм>)" ~(ЕШ + (Я Ш ~{ЯШ + (ДГ2 + р)б-(яшг + р)5]
(РЕГ-(рЕ)"-^[((ЯЕ + Р)и)г((РЕ + Р)и)1+((РЕ + Р)У-((ЯЕ + Р)У)2 +
+((ЯЕ + Р)1Г-{{ЯЕ + Р)1Г],
где Я, Я;, и, У, IV, Р, Е - значения плотности, скорости, давления и полной энергии на границах ячеек после распада произвольного разрыва; индексы при них соответствуют номеру грани куба.
Значения параметров газа на новом временном слое определяются по формулам:
и"*' = (ри)"*' / р"*', у"+| =(рг)"+'/р',+|, V”1 = (рм>)"*'1р"+
(.РЕТ'-Р

,2+у"*,2+м/ы