爆炸效果（精选十篇）
爆炸效果 篇1
1 基本原理及实现步骤
1.1 基本原理。
基于物理建模的爆炸效果仿真技术的基本内容是计算流体力学中的流体控制方程。其中最具代表性的是纳维-斯托克斯 (N-S) 方程, 三维可压缩粘性N-S方程的守恒形式表示如下:
(1) 式称连续性方程, (2) ~ (4) 式分别为x、y、z方向上的动量方程, 能量方程不做描述。其中ρ为密度、t为时间、f为外力;u、v、w代表x、y、z三个方向。如果把参数看做常数, 则方程简化为三维不可压缩N-S方程;如果忽略方程中有关热传导和摩擦的项, 方程则简化为无粘性流欧拉方程。
1.2 实现步骤。
爆炸效果仿真中采用计算流体力学成功实现物理建模基础上的爆炸效果, 一般分为四个步骤:问题的界定和流动区域的几何描述、选择主要控制方程和边界条件、确定网格划分策略和数值方法、数值解的评价和解释。以下针对几个个技术关键进行简单分析:第一, 主要控制方程。指在数值计算过程中要求解的方程。有动量方程、连续性方程、能量方程, 分别对应牛顿第二定律、质量守恒定律和能量守恒定律。在基于物理建模的爆炸效果仿真中主要选择N-S方程, 并且为了提高计算速度, 一般会对方程做必要的简化。第二, 数值方法。指利用计算机对控制方程进行离散化计算, 从而求得流动区域中离散点上数值解的方法。通过数值方法可以得到某个时刻流体流动状态下的相关参数, 根据这些信息可以在计算机上模拟绘制出相应的流体效果。第三, 后处理。在虚拟现实中, 表现技术是指将数字空间内的各种虚拟景物模型通过不同的虚拟现实表现方法、算法渲染在表现设备上, 以沉浸方式呈现给用户。在计算流体力学领域, 称这一过程为后处理即数值解的分析, 包括计算感兴趣的力, 力矩和对流场的可视化的实现。
2 关键技术
2.1 选择控制方程。
现有的基于物理的爆炸效果仿真中, 主要是针对N-S方程的。根据模拟爆炸效果的侧重点不同, 对流体做不可压缩和无粘性的简化。具体分为不可压缩的N-S方程和可压缩无粘性的N-S方程。两种控制方程的比较:表1给出了两种控制方程的优缺点, 随着计算机硬件和相关技术的发展, 能模拟更多爆炸效果的可压缩N-S方程具有更大优势。
2.2 数值方法。
2.2.1可压缩N-S方程。该方程主要包括有限差分法、有限体积法和半隐式法。有限差分方法是把求解域分化为差分网格, 这样就把求解域用有限个连续的网格节点进行代替, 再用差商代替控制方程的导数, 从而推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。有限体积法是把计算区域分化为网格, 使每个网格点附近有一个不相重复的控制体积。再把待解的控制方程对每一个控制体积分, 然后得到一组离散方程。半隐式法很好地解决了冲击波, 稀薄气体对冲击波的速度有很好的修正作用, 可用于不可压缩和可压缩流体间的结合和完全隐式固体与流体的结合。2.2.2不可压缩N-S方程。不可压缩的N-S方程主要包括三种数值方法:前后向误差补偿修正法、半拉格朗日法和麦考马克法。前后向补偿修正法是水平集接计算的方法。Kim在此基础上把BFECC方法运用到流体仿真中, 对于实际编码来说只是一个很小的修改, 但却极大的完善了数值离散问题, 可以提供在空间域和时间域上的二阶准确性, 而且还可以用在水平集方法上, 进而完善。半拉格朗日法是通过水平对流N-S方程的隐式求解平流传输方程的无条件稳定解。主要的优点在于解决了以往只能使用时步较小才能求解平流传输方程近似解的范围, 而使用时步较大的求解并未引起不稳定现象, 也就是说增加了求解的准确性也提高了运算速度。其不足之处在与数值耗散较大。麦考马克法与BFECC差别在于对可以修正已经计算的对流数据前面部分的错误。该方法不需要第三对流层, 也就减少了开销。
3 应用与展望
3.1 应用现状。
影视制作领域, 好的爆炸效果, 能给观众强烈的视觉冲击。最早的《星球大战》是由Reeves引入粒子系统模拟了星球爆炸效果, 使得电影获得1978年奥斯卡最佳效果奖。继而使得多部电影获得奥斯卡最佳视觉效果奖的影片中, 其中都有爆炸效果的逼真模拟。计算机游戏领域, 一个重要元素就是高效且真实的爆炸效果。例如战地、使命召唤、黑色行动、星际争霸II等在使用武器时都采用爆炸效果, 如过没有该效果, 游戏画面就枯燥乏味了。虚拟战场领域, 2005年, 美国利用该技术成功完成全美范围内的虚拟军事演练, 建筑物、导弹及海面等爆炸效果的逼真模拟, 大大提高了虚拟演练的效果。
3.2 难点。
首先, 多种爆炸效果的交互。现有的爆炸效果仿真大多只限制在某一特定媒介中, 如空中爆炸, 地面爆炸或水中爆炸等, 如何很好地表现几种爆炸同时发生时的交互效果, 是一大难点。其次, 大规模爆炸的实时绘制。近年来, 可压缩N-S方程被广泛应用到爆炸效果仿真中, 添加了爆炸冲击波等相关效果, 但该公式计算较复杂。对大规模爆炸的实时绘制仍旧是一个难点。第三, 物理模型优化。虽然N-S方程是对流体现象最好的描述方程, 但该方程求解复杂且没有精确解。如何进一步优化该方程的求解方法或简化方法仍旧存在很多难点。
3.3 展望。
第一, 基于图形处理器 (GPU) 加速。随着GPU性能的大幅度提升和相应的可编程特性, 研究人员已经开始将一些图形计算从CPU上转移到GPU上, 优势是具有一定的并行性, 高密集的运算减少了GPU与CPU之间的数据通信。第二, 基于B lender平台开发。B lender采用开放构架, 拥有跨平台的协同工作和扩展能力, 工作流程紧密集成。可用于创建图片、3D影像、广播和影院级视频。集成包括建模、纹理、皮肤、动画、粒子等工具。减少大量底层工作有助于研究人员投入更多时间在模型的优化上。第三, 工程应用。该技术在广告设计、影视制作、游戏及虚拟战场等方面有所应用, 以后会在科学可视化与工程应用中具有巨大的价值。基于物理建模的爆炸效果仿真的工程应用会是一个必然的发展趋势。
结语:本文对基于物理建模的爆炸效果仿真技术进行简单分析, 介绍了主控方程与相应的数值方法。通过对该技术的了解, 可以看出该技术有巨大的市场前景和需求, 虽然在算法上还不是很成熟, 还需要进行深入研究, 但每一阶段技术上的突破, 都给带给爆炸效果在实时性和逼真度上的提高。
参考文献
[1]郑涛, 徐晓刚, 欧立铭.基于物理建模的爆炸效果仿真技术[J].舰船科学技术, 2011 (7) .
[2]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学 (F辑:信息科学) , 2009 (1) .
[3]吴恩华, 柳有权.基于图形处理器 (GPU) 的通用计算[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2004 (5) .
[4]王树杰, 等.流体真实性仿真的国内外研究进展[J].系统仿真学报, 2010 (2) .
爆炸效果 篇2
最终效果
1.创建一个新文档(Cmd + N)。
2.现在,让我们做一些3 d文本。在本教程中,你可以使用你会的任何3 D程序,来制作3 D文本。
打开Illustrator,创建一个新的文档，选择“字体工具”，选择字体输入文字，这里不要设置字体颜色为黑色，要不然显示不出3D效果，我使用“# E2E2E2”。
点击菜单中的“效果>3D>凸出与斜角”，并如下设置
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4.来给文字设置颜色，使用“渐变叠加”并如下设置
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去混合选项，使用渐变叠加。这里我给线设置的是黑色
重复线框层，并放大，如下图所示
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调出“混合选项”设置“渐变叠加”
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机动队，要的就是“爆炸性效果” 篇3
如何突破这种竞争胶着甚至敌众我寡的困局呢?让机动队来爆破你的市场吧!所谓机动队，是指一些企业为铺货、压货、生动化陈列、节日特别活动、市场开拓等而特别成立的销售队伍。在竞争特别激烈、新产品上市及区域市场开拓时，机动队彰显了巨大的威力。这里，我们抛砖引玉，就机动队的几个运作模式和组建方式作一个深入的探讨。
四种运作模式
一、运动战模式
通过该模式的运作，来快速进行铺货与补货、进行郊区县或者空白市场开发等，既能加快企业的市场反应速度，又能聚集资源突破市场僵局。车销是这种模式的一个典型方法，实际上是将铺货、销售、陈列与生动化、客情沟通、区域开拓、经销商与企业合作、收款、货物配送、促销活动开展等营销功能整合到一起。
这种方式也被经销商大量采用，不过由于没有对产品、线路、区域、促销活动开展、客情维护进行统筹而上升不到模式高度，纯粹是一种被逼的市场快速反应手段。
现在，经销商的车销行动越来越被国内企业所借用。企业经过分析、设计、规划、安排与统筹，自己或者联合经销商，用这一招快速应对市场。
模式主要特点：
1．销售、配送、收款、陈列、客情维护一体化，一次完成销售的所有功能；
2．一个区域成功开发达到稳定状态后，转向另一个区域，将原区域交回给经销商，实现灵活机动的运作；
3．可在企业内长期运作，区分利用车辆、人员等资源；
4．培养经销商的专业车销能力；
5．经销商大都表示支持，后期往往能跟进该方法；
6．一个区域成功后，极易在其他区域产生良好影响；
7．在区域销量压力大，公司又无政策投人或其他方法时，车销可能产生意想不到的销量提升；
8．偏远区域通过车销方式开拓成功后，竞争对手很难进入，能取得市场先机。
二、短期聚集模式
节日销售、新产品上市、生动化陈列及检查，都需要企业在短时间内聚集大量的人力与物力，很多企业本身业务力量短缺，更不可能在短时间内招募大量人员进行补充，所以机动队成了首选的营销队伍组织方式。通过各部门协同、大量人员参与组建机动队，在对手毫无反应的条件下完成任务，攻占市场堡垒。
模式主要特点：
1．企业业务部门和市场部门共同讨论并策划出机动队行动方案；
2．有专门的聚集地，以便“会师”、 “誓师”，并且可以进行培训；
3．“全员营销”，生产、技术、储运、采购、财务、办公室等部门的领导也被列入机动队名单，全程参与；
4．按活动所属功能搭配，合理进行分组；
5．活动开展有条不紊，公司留守人员事先准备好机动队伍行动手册，随时处理突发事件；
6．通过过程中及结束后的评比竞赛，机动队行动被“炒热”，队员情绪饱满激昂；
7．活动结束，及时总结与奖励。
三、递进模式
每个企业或区域在不同的发展阶段，对资源、人力、物力等要求都不一样，这就决定了机动队形式的多样化。
机动队的实质是“机动灵活”，所以可以根据市场的变化，按需而设、层层递进。
某知名啤酒企业，在进入某一区域过程中，采取了三种不同的机动队形式，在非常困难的条件下，不但打开了市场，而且取得了较大的市场份额，最终达到了公司设定的目标。
成立“敢死队”区域市场开发组。经过对市场的充分调研，找到愿意小额度进货的经销商后，原4个人组成的“敢死队”只留下一个能力强的业务员看守市场，队长及其他两位成员撤出。经过一段时间的运作，该公司采取了固定的地域型销售组织。之后，KA渠道开发成功，该公司又采取了KA渠道机动队形式。见图1。
随着此区域业务的发展壮大，总部没有将其设立为分公司，而是大胆进行机动队的销售组织运作。在全年销售的不同时段，针对每个时段的重点工作，形成不同的客户资料调查机动队、铺货机动队、车销机动队、生动化机动队、促销执行机动队等。见图2。
模式主要特点：
1．依资源及进展进行机动队转型；
2．从不规范地利用一切资源到规范地整合资源；
3．积极了解与分析市场，市场导向决定机动队工作内容；
4．培养队伍，进行队伍裂变后，转战其他市场；
5．业务员在不同功能的机动队中工作，极易得到锻炼与提高；
6．公司内部配合越来越紧密；
7．薪酬、工作职责、与经销商关系的改变与适应；
8．一线业务人员工作充实、有新鲜感。
四、联合体模式
“一招鲜”的时代已经终结，如果以上的三种模式被竞争对手克隆，那就要整合业务队伍、促销队伍、经销商队伍，打造机动队联合体，从而取得竞争优势。
某大型企业在广东市场处于弱势地位，但是通过打造机动队联合体，使其迅速取得市场优势。
他们的主要手段是：
1．确定“三位一体”策略和“狡兔三窟”战术，最大限度地利用人力资源。
2．公司内部成立业务精英机动队，抽调各部门终端开拓能力强的业务精英，进行一车两人式的地毯式终端开发。
3．公司内部成立机动促销队伍，除固定终端固定促销人员外，其他区域促销人员在黄金段集中促销、游戏、抽奖，占据每个终端的黄金时间，从而将竞争对手完全与终端和消费者隔离。
4．组织有服务意识和开拓意识的部分经销商，进行区域“定点爆破”，集中资源进行重点终端开发。经销商的业务队伍，成立街道小分队，按任务进行终端扫荡。
5．每周周末，集中资源在某一关键区域实施轰炸，将广告车、样品、产品、促销品等进行展示与传播。
当然，随着企业营销能力的提升及营销方法的成熟，还会有很多的模式出现。如果现在还对机动队不了解，对其运作还很模糊的话，以上四种模式不妨一试。
机动队组建方式
如何针对性地组建一支或多支战斗力强的机动队呢?
一、来点儿实际的
机动队的组建要基于一些重要营销问题如新产品铺货、市场拓展、打击竞争对手等现实。 “来点儿实际的”营销思想需要始终贯穿在机动队设计体系中，这样才能使机动队成立取得一致认同，最终收
到良好的应用效果。
对于机动队，可以这样理解：“在销售任务艰巨、销售任务特别重要、抢占时机等困扰企业的难题下，原来的固定的营销组织或队伍，已经不能在这种时间限制或者市场机会面前满足企业的目标，从而抽取或者选取部分优秀或特别人员成立机动队，完成任务。”基于这样的认识，现实中，机动队成立要基于：
1．某个任务久久不能达成，市场堡垒久攻不破。
2．经销商的销售力量和人员薄弱，不能满足企业发展速度，市场拓展需要助力。
3．新产品铺货不力，需要给予大力支持，否则可能夭折。
4．市场表现差，温吞水市场需要加热、提升。
5．节日促销等活动的开展，需要短时间内聚集人力、物力、财力，而公司的人力等不可能短时间内增加。
二、动点儿真格的
每个区域都有多多少少的销售队伍，他们按部就班地走访市场、拜访客户。由于每人都被固化在自己的客户与区域上面，对同事或其他区域的情况并不太了解，所以，“动点儿真格的”，进行一次市场信息收集就成了机动队实施的第一步。
表1是某企业在机动队成立之前，对区域进行的一次摸底。
通过将调查表结果汇总，就可针对数据进行分析，为将来的机动队工作内容作好铺垫。如有多少镇和乡，就决定了机动队的实施规模；对餐饮渠道和零售渠道的了解便于针对性制定机动队实施政策；对人员配置的了解便于进行人员统筹；对二批等渠道的了解，便于联合二批进行合作车销；知道区域的零售、餐饮终端等终端数量，有利于制订车销目标以及总体计划。
三、想得周密些
绝大部分企业在本部之外都是一个区域设置一个业务主管或业务员，他们主要负责联络经销商，实际上只是联络员而不是业务员。机动队的成立就可将平常的“联络员”变成真正的业务员。由于和机动队的同伴一起工作，还会极大地促进他们工作的积极性。
表2是某企业的详细铺货方案，经过机动队员与当地主管的共同讨论，形成了一份可操作的方案。
从表2可以看出，人员与组别数相加与合计有出入，实际上这就是“机动”的结果。人员与组别通过合理的统筹安排，在不同的乡镇流动，从而解决了公司人力不足的难题。每组成员中，公司只提供两个人，另一人则由经销商提供，当然，车辆司机基本上也由经销商提供。通过将车辆、横幅、促销品、海报等进行预先安排，也避免了资源的浪费。
有些企业的铺货方案相对复杂，他们将各项功能都进行了分解，最重要的是还特别加入了KPI考核，将机动队的管理规范化和体系化。详见表3。
该公司根据这一年需要实施的市场任务，提前对机动队的“出动”进行了年底规划，这样，就给了机动队一份行动“时间表”。
四、资源多搞点儿
机动队对企业来讲，可以是临时性的，也可以是长期性的，但对可实施机动任务的各个区域来讲，一般是临时性的，不可能像固定组织那样在一个区域长期驻扎。所以，聚合资源成了机动队不得不面对的问题。
表4是某企业实施机动队时的资源投入，虽然不多，但比平常的市场开拓的费用投入还是多了不少，所以，资源多搞点儿，是相当必要的。
五、培训大家庭
机动队，要的就是“爆炸性的效果”，在短时间内投入更多的资源完成一件原本无法完成的事情。由于任务不同于惯常工作流程，这就需要对其人员进行培训。培训人员包括：机动队成员，内部相关人员，参与车销的经销(二批)商人员。培训过程中，要对他们进行详细的讲解及演示，必要时进行角色扮演。
煤矿瓦斯爆炸水幕隔爆效果实验研究 篇4
国内现有的被动隔 (抑) 爆设施设备, 虽然在煤矿井下得到了广泛的应用, 但历次的瓦斯煤尘爆炸事故证明, 其隔 (抑) 爆效果有限, 存在一些缺点;而主动隔 (抑) 爆设施设备, 则由于没有形成系统标准的安装技术规范等原因, 至今并没有在井下得到普遍的应用。细水雾对抑制瓦斯爆炸事故具有较好的效果, 为此, 笔者对新研制的水幕隔爆设施的隔爆性能进行了实验研究, 为研制新型的水幕隔爆系统提供重要的理论基础。
1 水抑爆机理研究
1.1 细水雾抑制燃烧爆炸机理
研究表明, 在相同水量条件下, 细水雾的表面积大。当细水雾直接喷射或被卷入火焰内部时, 其迅速吸热并汽化, 体积扩大约1 700倍。较大的汽化潜热降低了燃烧区的温度, 使反应迅速下降, 燃烧爆炸被抑制;细水雾大量的汽化潜热降低了火焰区的温度, 同时也会降低反应区O2浓度, O2稀释作用抑制了燃烧爆炸反应的速度;水的比热容大, 细水雾吸收的热量多, 这种热容效应也会抑制燃烧爆炸反应的进行;细水雾及其蒸汽吸收了部分热辐射, 降低了对燃料的热反馈, 减少了激发反应区化学反应所需要的热量;细水雾接触燃料表面, 因吸热降低了表面温度, 减少了燃料的汽化蒸发, 从而降低了反应区的可燃气体的体积分量。
1.2 水抑制瓦斯爆炸机理
水分子可以与瓦斯爆炸支链反应的一些自由基或自由原子作用[5], 如式 (1) — (3) 所示。
尽管这些作用的活化能较高, 但当体系中存在大量的水分子时, 这些反应是存在的, 可降低体系中的H, O等链载体的浓度, 使系统反应活性下降。
更主要的是, 大量的水分子是一种很好的第三体, 在空气—瓦斯混合物中加入水, 就是在瓦斯爆炸反应中加强了三体反应, 如式 (4) — (6) 所示。
在较大的爆炸压力下, 这些三元碰撞频率高于二元碰撞频率, 大量的自由基或自由原子的能量转移到水分子上, 使支链反应的活性中心浓度大大降低, 系统反应能力下降。另外, 大量水分子积聚成小液滴悬浮于空气中, 链载体 (自由基或自由原子) 易与水滴发生碰撞而消毁, 也会中断链反应, 降低反应能力, 自由基 (自由原子) +水滴→消毁。由此可见, 在瓦斯爆炸链反应中, 水可以抑制瓦斯爆炸链反应过程。
2 水幕设施结构
为了能够有效地隔断瓦斯爆炸, 新研制了一种水幕隔爆设施, 其结构如图1所示。水幕设施是由一系列喷雾环组成的, 若干相同性能参数的喷嘴以一定的连接方式成为1个喷雾环, 喷雾环在喷雾时形成1道水幕, 多组喷雾环在喷雾时形成1条水幕带, 在爆炸燃烧发生时用来隔断爆炸燃烧的传播。根据细水雾抑制爆炸燃烧传播机理和瓦斯爆炸传播规律, 确定喷雾的形式、喷嘴的结构;根据瓦斯爆炸传播规律, 爆炸后产生的压力波和火焰状况, 计算喷雾压力、每个喷雾环喷嘴的数量、排列方式及水幕之间的间距。
3 隔爆效果实验研究
3.1 实验目的
通过水幕抑爆试验, 确定能抑制爆炸传播的最小喷雾强度和最短水幕带长度, 判断其隔爆效果, 为研制新型的水幕隔爆系统提供理论依据。
3.2 实验方法
实验在煤炭科学研究总院重庆研究院大型实验巷道内进行, 采用PXI-50612高速多通道数据采集分析系统进行数据采集, 采集系统如图2所示。在地下试验巷道从防爆门开始封闭一定浓度、一定体积的瓦斯—空气混合气体, 将不同组数的喷雾环安装于地下试验巷道一定位置, 喷雾环的安装如图3所示。每次试验后测试水幕设施形成的水幕带对瓦斯爆炸的隔爆效果。
3.3 实验内容
在井下试验巷道内, 从封闭端密闭200 m3的瓦斯—空气混合气体, 进行瓦斯爆炸传播试验。每次试验, 瓦斯浓度都控制在当量浓度附近。
通过试验研究发现, 200 m3瓦斯—空气混合气体爆炸时, 距防爆门40~60 m处火焰传播速度最快、冲击波压力最大, 所以水幕设施第1道喷雾环从距防爆门40 m处开始安装, 前后喷雾环相距1.5 m。采用2台D46-30×7水泵供水, 5道喷雾环使用1台水泵。具体实验内容如下:
1) 在不同喷雾压力 (1.5, 2.0, 2.5 MPa) 下, 测试8个喷雾环形成水幕带的隔爆效果, 每种喷雾压力下试验3次。
2) 上组试验若不能隔断爆炸火焰的传播, 测试10个喷雾环喷雾形成的水幕带, 在1.5, 2.0, 2.5 MPa不同压力下的喷雾效果, 每种喷雾压力下试验3次。
3.4 实验结果
通过对多组水幕设施的隔爆试验发现, 8个喷雾环组成的水幕带在不同喷雾压力下, 以及10个喷雾环组成的水幕带在1.5 MPa和2.0 MPa的喷雾压力下, 都不能较好地隔断瓦斯爆炸火焰的传播。而10个喷雾环组成的水幕带在2.5 MPa的喷雾压力下, 较好地隔断了瓦斯爆炸的传播, 具体试验数据见表1—2。
3.5 结果分析
通过以上试验可以看出, 水雾对隔断瓦斯爆炸火焰的传播和衰减冲击波有显著的作用, 喷雾压力越大 (喷雾强度越大) , 水幕带越长, 火焰传播速度和冲击波压力峰值下降幅度越大。当喷雾压力为2.5 MPa, 10道喷雾环喷雾形成的水幕带长度为13.5 m时, 爆炸火焰在经过水幕带后已被扑灭, 隔断了瓦斯爆炸火焰的传播, 冲击波压力也很快衰减下去。
喷雾压力2.5 MPa时, 每个喷雾环在巷道断面上的喷雾强度可用式 (7) 计算:
a=mq/S (7) 式中:a为喷雾强度, L/ (min·m2) ;m为每个喷雾环喷嘴个数, 取5个;q为喷嘴的流量, 在2.5 MPa的喷雾压力下喷嘴流量为25.10 L/min;S为巷道横截面积, S=7.2 m2。
经计算, 喷雾强度为17.43 L/ (min·m2) 。
通过以上试验与计算可知, 水幕设施由10个喷雾环组成, 形成水幕带最短长度为13.5 m, 喷雾强度最小为17.43 L/ (min·m2) 。
4 结论
1) 通过对水抑制瓦斯爆炸的机理分析以及实验研究表明, 细水雾对隔断瓦斯爆炸火焰的传播和衰减冲击波有显著的作用。
2) 研制了水幕抑爆设施, 并通过试验与计算得到, 要想充分隔断瓦斯爆炸火焰的传播, 水幕设施最少由10个喷雾环组成, 形成水幕带最短长度为13.5 m, 喷雾强度最小为17.43 L/ (min·m2) 。
3) 水幕抑爆设施的研制以及对水幕隔爆效果的实验研究成果, 可为开发更佳的水幕抑爆系统提供重要的理论基础。
参考文献
[1]蔡周全, 张引合.干粉灭火剂粒度对抑爆性能的影响[J].矿业安全与环保, 200, 121 (4) :14-16.
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[3]刘永明.采用喷雾技术防止爆破引起瓦斯爆炸研究[J].煤矿爆破, 2004 (2) :1-4.
[4]李润之, 司荣军, 薛少谦.煤矿瓦斯爆炸水幕抑爆实验研究[J].煤炭技术, 2010, 29 (3) :102-104.
制粉系统爆炸和煤尘爆炸事故的预防 篇5
1.2根据煤种控制磨煤机的出口温度，制粉系统停止运行后，对输输粉管道要充分进行抽粉；有条件的，停用时宜对煤粉仓实行充氮或二氧化碳保护。
1.3加强燃用煤种的煤质分析和配煤管理，对燃用易自燃的煤种应及早通知运行人员，以便加强监视和巡查，发现异常及时处理。
1.4当发现粉仓内温度异常升高或确认粉仓内有自燃现象时，应及时投入灭火系统，防止因自燃引起粉仓爆炸。
1.5根据粉仓的结构特点，应设置足够的粉仓温度测点和温度报警装置，并定期进行校验。
1.6设计制粉系统时，要尽量减少制粉系统的水平管段，煤粉仓要做到严密、内壁光滑、无积粉死角，抗爆能力应符合规程要求。
1.7热风道与制粉系统连接部位，以及排粉机出入口风箱的连接，应达到防爆规程规定的抗爆强度。
1.8加强防爆门的检查和管理工作，防爆薄膜应有足够的防爆面积和规定的强度。防爆门动作后喷出的火焰和高温气体，要改变排放方向或采取其他隔离措施。以避免危及人身安全、损坏设备和烧损电缆。
1.9定期检查仓壁内衬钢板，严防补板磨漏、夹层积粉自燃。每次大修煤粉仓应清仓，并检查粉仓的严密性及有无死角，特别要注意仓顶板KK大梁搁置部位有无积粉死角。
1.10粉仓、绞龙的吸潮管应完好，管内通畅无阻，运行中粉仓要保持适当负压。
1.11制粉系统煤粉爆炸事故后，要找到积粉着火点，采取针对性措施消除和积粉。必要时可改造管路。
2防止煤尘爆炸
2.1消除制粉系统和输煤系统的粉尘泄漏点，降低煤粉浓度。大量放粉或清理煤粉时，应杜绝明火，防止煤尘爆炸。
2.2煤粉仓、制粉系统和输煤系统附近应有消防设施，并备有专用的灭火器材，消防系统水源应充足、水压符合要求。消防灭火设施应保持完好，按期进行试验（试验时灭火剂不进入粉仓）。
爆炸效果 篇6
1 基本情况
该木屑加工厂位于郊区一大院内,加工场所系搭建的简易棚,该简易棚西侧借用废弃厂房墙体,东侧、南侧借用大院围墙,北侧敞开,面积约500 m2。简易棚用钢管作立柱,角铁作支梁,顶部铺设“人”字形彩钢板。工场内设有筛选机、输送机、粉碎机等简单设备。简易棚西南角有一木粉储存室,木粉储存室的尺寸为5.5 m×2.6 m×3.5 m(长×宽×高),其南侧、西侧、北侧为实体砖墙,东侧为一铁门,顶部为一钢质盖板,砖墙外侧使用角铁与顶盖电焊连接加以固定。木粉储存室北侧为一凹槽,由东向西并行排放三台下沉式粉碎机,粉碎机分别通过负压铁皮管道与木粉储存室连通。
其生产工艺就是将普通木屑经筛选、再粉碎,加工成粒度为590 μm的木粉,用于制造蚊香。工作流程为木屑原料经筛选机筛选后,倒入粉碎机加料斗,经输料管内刀片粗磨后进入粉碎机内腔,再次细磨,经滤网通过负压铁皮管道吸入木粉储存室。木屑加工厂平面示意图见图1,起火部位见图2。
2 事故调查经过
2.1 爆炸中心点确认
经对爆炸事故现场勘验,并依据事故生还者笔录描述,确认木粉储存室为爆炸中心点。主要依据如下:一是木粉储存室南、西、北三面砖墙向内倒塌,三侧用于保护储存室墙体的角铁在中间偏上部位向外凸出;二是木粉储存室东侧铁门向外侧倾倒,且木粉储存室门栓受外力作用而严重变形并脱落;三是木粉储存室钢质顶盖中部突起;四是木粉储存室内大量木粉被抛出,并撒向东侧门外;五是爆炸冲击波将距木粉储存室北侧30.6 m处的窗户玻璃击碎,并将该仓库堆放的木屑编织袋包装击烂;六是根据生还者笔录:“在距木粉储存室东北角约20 m处的卡车上装木粉时听到一声‘轰’响,同时有一火球从木粉储存室向东北滚来”。
2.2 爆炸性质
经现场勘验及工场负责人、事故生还者等笔录描述,加工场未曾使用工业气体、易燃易爆液体及其他化学危险物品,现场仅有加工原料木屑和深加工产物木屑粉,勘验中未发现其他可疑物,无明显的炸坑,故可以排除人为或者使用其他危险品引起的爆炸,确定为木屑粉尘爆炸所致。
2.3 引爆能量
据事故生还者反映,5月26日进棚工作时木粉储存室的门是关闭的,并确定工作时一定关闭,即木粉储存室内部为密闭的空间。加工场内明确规定禁止吸烟、动用明火,仅储存室上部设置排风机。但据其他工作人员陈述,在木粉储存室上部安装排风机是为了吸除灰尘,但使用的效果不好,故在5天前就停用并切断了电源,也告知了操作工人。同时,木粉储存室内无其他电气设备。那么,引爆木粉储存室内粉尘爆炸的能量从何而来?现场勘验的情况分析如下。
(1)粉碎机内部痕迹情况。
该加工场木粉储存室北侧共有3台粉碎机,由东向西平行排放,依次为1、2、3号机,爆炸前处于工作状态。打开粉碎机侧盖,发现1、2号机内侧壳体、残留木粉无变色痕迹,3号机内侧壳体、残留木粉有明显变色痕迹(侧盖内侧及内腔壳体呈深蓝色光亮状,残留木屑粉呈炭黑状),其他部位无上述痕迹。
(2)粉碎机内异物情况。
经对三台粉碎机检查,发现设置在粉碎机入口处的磁铁上吸有大量又细又亮的废铁丝,同时,在粉碎机内部滤网上发现有少量废铁丝,其中3号粉碎机内废铁丝多于1、2号机。另外,在3号机输料管内发现钥匙等其他异物。
3 事故原因认定
木质粉尘的爆炸下限为20~70 g/m3,木粉储存室与外界隔离,其体积约为50 m3,该木粉储存室内仅需1~3.5 kg的木粉尘悬浮于空间即可达到粉尘爆炸的下限。通过比对,该粉碎机每小时可生产30~80 kg的木粉,在储存室顶部排风机未使用的情况下,根据当时的工况,以及地面残存的木粉数量,木粉储存室内悬浮的木粉粉尘已达到爆炸下限。
对三台粉碎机的细项勘验发现3号机腔体内部有明显的局部过热痕迹,该机及其管道内部存有废铁丝等杂质。腔体内过热痕迹系木屑原料中金属异物与粉碎机刀片摩擦所致,其温度可达上千度,而木粉尘的最低着火温度仅三百多度,故摩擦高温可引燃被粉碎的木屑粉,被引燃的木屑粉尘经负压铁皮管道进入木粉储存室而引起爆炸。
至此,认定该起事故系粉碎机在工作中遇异物摩擦产生高温,引起粉碎机内的木粉燃烧,燃烧的木粉被吸入木粉储存室内遇悬浮的木粉粉尘与空气形成的混合物发生爆炸并引起火灾。根据爆炸相似法则以及距爆炸中心30.6 m处的窗户玻璃被爆炸冲击波击碎和人员伤亡情况的事实,估算本次粉尘爆炸所产生的破坏程度与3 kg左右的TNT爆炸相当。
4 粉尘爆炸的预防
尽管人们对可燃粉尘爆炸的认识已有较长时间,预防措施也制订了很多,但粉尘爆炸的事故还是时有发生。说明对粉尘爆炸还需要进一步研究,就目前了解的800多种可燃粉尘而言,涉及的领域广,物化性能差别大,火灾危险性也不同。但只要从粉尘爆炸的机理上加以分析并预防就能最大限度地防止事故的发生。
4.1 粉尘爆炸的机理及影响因素
粉尘爆炸是粉尘粒子表面和氧作用的结果,此时有可燃气体产生,基本分为四个阶段:一是可燃粉尘粒子表面受热,温度逐步上升;二是可燃粉尘粒子表面分子热分解或产生干馏作用,在粒子周围产生气体;三是产生的气体与空气混合,产生爆炸性混合气体同时发生燃烧;四是燃烧产生的能量使粉尘的分解进一步加快,不断放出可燃气体和空气混合使燃烧火焰传播。由此可见,粉尘爆炸实质上就是气体爆炸,可以把它看作可燃气体隐藏在粉尘中。影响粉尘爆炸的因素如下:
(1)与粉尘所含的挥发性成分有关,挥发性成分越多越容易爆炸,当煤粉中挥发物低于10%时就不会发生爆炸,如焦炭就不会发生爆炸;粉尘的燃烧热大小与爆炸难易有关,燃烧热越大的物质越容易爆炸,如煤尘、碳、硫等;与粉尘的氧化速度有关,氧化速度越快越容易引起爆炸,如镁、氧化亚铁等。
(2)与粉尘是否容易带电有关,容易带电的粉尘更容易引起爆炸。粉尘带电以后,将改变其一些物理性质,如凝聚性、附着性等,粉尘的荷电量随着温度升高而增大,随表面积增大和含水量减小而增大。
(3)与粉尘的颗粒度有关,粉尘颗粒越细氧就吸附得越多,就越容易发生爆炸。一般颗粒大小在0.000 1~0.1 mm之间的粉尘具有爆炸危险,粉尘越细,燃点越低,粉尘的爆炸下限越小。
(4)与粉尘在空气中停留时间长短有关,停留时间越长,危险性就越大;而停留时间的长短与粉尘的粒径、密度、温度有关。
(5)与粉尘的浓度有关,必须处于爆炸极限浓度范围内才能发生爆炸,而且随着浓度的变化,最大爆炸压力和压力上升速率随之变化。一般情况下,只考虑粉尘爆炸的爆炸下限,因为粉尘的爆炸上限都较高,通常情况下不易达到。
(6)与粉尘与空气的混合物中含有可燃气体或惰性气体量有关,含有一定量的可燃气体时,粉尘爆炸的危险性明显增大;含有惰性气体时,粉尘爆炸的危险性会显著减小。
(7)与粉尘所处的环境条件有关,如湿度、温度、压力等;还与点火源方式和强度、容器的容积等有关。
4.2 粉尘爆炸的预防措施
4.2.1 掌握粉尘的火灾爆炸危险性
掌握粉尘的火灾爆炸危险性有利于弄清各种危险因素之间的联系和它们之间的变化规律,从而采取措施防止事故发生。如对某种粉尘的火灾爆炸危险性,除应了解该物质的熔点、燃点、自燃点、比表面积和热分解性等基本物化性能外,还应了解如粉尘中径、粉尘云的着火温度、最小点火能、爆炸下限、最大爆炸压力、可燃性分类等参数。
只有这样,才能充分认识粉尘的火灾爆炸危险性,同时结合生产工艺流程、设备特点、管线分布、电气仪表配置、物料配比、投料速度等,真正把爆炸的可能性降到最低。
4.2.2 控制可燃粉尘的浓度
可燃粉尘发生爆炸的原因是其与空气形成了爆炸混合物,作为预防措施,降低其浓度是关键。只要把可燃粉尘的浓度降至爆炸下限以下,就能防止粉尘爆炸。降低浓度主要可采取以下措施:
(1)可燃粉尘应尽量在密闭装置或容器内处理,如在开敞状态下处理时,对悬浮和飞散在空气中的粉尘,应采取强制通风或其他除尘系统排出。本案中,木粉储存室顶部的排风机因除尘效果不佳而停止使用,致使粉碎机工作时生成的木屑粉尘进入木粉储存室,与空气混合达到爆炸的浓度下限引起爆炸。
(2)增加可燃粉尘环境中的水分,根据工艺要求尽量采用水湿式作业或油湿式作业,这样既能粘吸小颗粒粉尘,降低分散度和漂浮时间,又能起吸热作用,阻止粉尘的燃烧反应。
在降低粉尘浓度方面应注意一个问题,即造成粉尘爆炸并不一定要在整个场所空间都形成有爆炸危险的浓度,在局部形成也可能引起爆炸。
4.2.3 采用惰性气体保护
可燃固体的粉碎、研磨及可燃粉尘的筛分、混合和输送等设备,可用惰性气体保护,如氮气、二氧化碳、水蒸气等,这主要是降低粉尘环境的含氧量和粉尘浓度,使粉尘爆炸的可能性降低甚至完全消失。
4.2.4 控制可能存在的点火源
引起粉尘爆炸的点火源形式多种多样,各不相同,如明火、引火物、电弧、热灯丝、摩擦火花、撞击火花、静电火花、电火花、热表面、焊割火焰等,表1为常见点火源的温度。而粉尘的点火能量一般在几毫焦到几十毫焦,表2为部分可燃粉尘的最小点火能量。因此,严格控制可燃粉尘环境中的点火源十分重要。
(1)明火控制。
对于可燃粉尘悬浮的场所,应当采取必要的防火、防爆措施,杜绝一切明火源,如加热用火、维修用火、焊割作业、车辆排气管火星等。
(2)摩擦与撞击控制。
设备转动摩擦、金属碎片和螺钉等异物被吸入与管道或粉碎机等碰撞产生火花、工人穿带铁钉的鞋而产生摩擦火花等都要严格控制。
(3)高热物和高温表面控制。
在生产过程中,对可能产生高温高热的物体或表面应采取有效措施远离可燃粉尘空间或采取隔热措施。
(4)电气火花控制。
场所内的电气设备均应采用防爆型设备,对电缆接口处要有可靠的密封措施,防爆电气的表面温度也要注意,在可能产生粉尘爆炸环境下,不应超过125 ℃。
(5)静电控制。
静电在可燃粉尘环境中的危害很大,必须严格控制。防止静电引起粉尘爆炸的方法:一是工艺上控制,从工艺设计、材料选取、设备结构和操作管理等采取措施,用导电性材料制作管道、输送管道直径尽量大一些、输送速度要慢、减少粉料堆积等;二是采用泄漏导除静电法,如空气增湿、静电接地等;三是采用相反极性电荷中和危险性静电;四是人体静电消除法,如穿着防静电的工作服等。
4.2.5 其他防护技术或预防措施
(1)可燃粉尘的处理应尽量在常温常压下进行。根据生产工艺要求,加温、加压和减压等应控制在必要的最小限度,以降低爆炸的可能性。
(2)在处理可燃粉尘时,应尽量避免混入可燃气、可燃蒸气和可燃液体,以防止降低爆炸浓度下限及小点火能量而使爆炸性混合物易于引爆。
(3)三是根据装置及工艺条件增加装置的强度,万一发生爆炸,装置能承受一定的爆炸破坏力。
(4)设计施工时就应考虑泄压的问题,因粉尘爆炸产生的最高压力在几十到上百千帕,厂房或装置容器如果设计有泄压口,一旦发生爆炸时首先从薄弱处泄出大量气体和热量,一定程度上保护了大部分建筑或装置设备;另外对存在粉尘爆炸可能的厂房内表面应光滑平整,易于清扫,不宜设置地沟,防止粉尘集聚在期间而引起意外。
4.2.6加强消防安全管理
消防工作的实践证明,加强消防安全管理是减少故发生行之有效的预防措施。对于可能发生粉尘爆的场所,应当强化管理,以确保安全。
(1)强化安全培训教育,提高操作人员、特别是重点部位操作人员的消防安全意识。通过消防安全技能培训、消防科普知识教育、案例教育等,使操作人员掌握消防安全基础知识,了解作业场所存在的粉尘爆炸的危险性,从事故案例中吸取教训,从而提高自身的消防安全意识。
(2)制定完善切实可行的消防安全规章制度。明确本单位的消防安全重点部位,制定重点部位的防火安全制度;全面梳理各个岗位的火灾危险因素,制定岗位防火责任制,规范操作流程,明确应急措施。各类制度的条文宜简明扼要、清楚明了、具有操作性。
(3)落实消防安全规章制度。大部分事故的发生与消防安全制度流于形式有直接关系,所以,能否落实规章制度是预防事故发生的关键。要通过各种有力的行政管理措施,检查、督促规章制度的落实,要与奖惩措施挂钩,实行防火安全责任制,使之成为预防事故的防火墙。
(4)组织开展经常性的消防安全检查和应急预案演练。通过检查及时发现问题和管理中存在的缺陷,并积极主动地整改,将火灾爆炸隐患消灭在萌芽状态。
参考文献
[1]田兰.化工安全技术[M].北京:化学工业出版社,1984.
[2]郭铁男.中国消防手册[M].上海:上海科学技术出版社,2006.
爆炸效果 篇7
1 爆炸焊接的具体程序
爆炸焊接时要按照一定的步骤进行才能保证焊接的质量。例如要焊接一块钛板和一块钢板, 要先将钛板和钢板进行支撑, 中间留有一定的距离, 将炸药均匀放置在腹板表面, 引爆炸药之后复板以极快的速度朝着基板进行倾斜撞击, 借助这种撞击的力度使复板之间原来拥有的动能迅速地迸发出来, 在撞击的表面上形成一种焊接能, 使两种金属牢固的连接在一起。该过程包含有化学反应和物理反应两种过程, 当复板和基板在高温、高压、高速与瞬时撞击的情况下发生反应, 在接触面上实际上就是完成了一个冶金的过程。当钛板和钢板待焊面上一薄层的金属产生塑性变形的时候, 同时会发生金属间的熔化和原子间的扩散等反应, 不同性质的金属就实现了融合。
2 爆炸焊接技术的特点
爆炸焊接技术的特点主要体现在以下几个方面。
第一点, 爆炸焊接所属的学科范围比较复杂, 同时属于金属物理学、爆炸物理学, 也是一种操作性比较强的焊接工艺。在爆炸焊接技术研究的过程中, 学科的理论建设为技术的创新提供了依据, 也为技术的拓展奠定了基础。同时爆炸焊接工艺在实践中的发展也促进了学科的建设。
第二点, 在能源的使用方面, 爆炸焊接有其独特之处。通常情况下, 无论是何种金属的焊接都要以某种形式的能源为依托, 而爆炸焊接采用的能源形式是炸药, 是一种化学能, 在焊接的具体过程中, 形成一个爆炸能与金属之间统一重复进行的能量转化过程, 经过不断的转化、吸收、传递与能量的分配, 最终完成整个焊接的过程, 每一步骤的时间计算都是以微秒为单位的。
第三点, 爆炸焊接本身的施工工艺是非常简单的, 可操作性强, 也不用配置专用的设备或者仪器, 操作人员也不需要非常高超的技术, 所以在实际应用中可以节省很多的生产成本。在应用中需要的整套装备包括金属材料、炸药、足够开阔的场地、必要的辅助工具, 技术人员只要懂得基本的操作程序就可以进行爆炸焊接的施工。随着经济的发展, 爆炸复合材料的市场需求量越来越多, 爆炸焊接的规模便不断的增大, 在操作过程中的机械化程度也不断地提升, 工艺更精细, 焊接质量也越来越高, 发展的前景必然非常的广阔。
第四点, 在材料的焊接方面, 该方法已经用于很多种金属板的组合焊接中, 有些材料的性能悬殊非常大, 但是也取得了不错的效果, 在异型件的构筑中, 也经常运用到这种焊接方式, 包括板与板、板与管、管与棒、管与管等的焊接, 对一些形状结构极为复杂的构件也同样适用, 例如一些蜂窝结构的金属或者是层次比较多的金属等。此外在金属与其它材料之间也可以进行爆炸焊接, 例如将金属与玻璃、塑料甚至陶瓷之间都可以进行爆炸焊接, 该项技术的应用范围越来越广阔, 技术与工艺都得到了极大的提高, 为大面积的焊接提供了可供参考的依据。在焊接过度区域上, 具有良好的金属塑性, 在熔化、扩散、波形的变化方面都显示出了一定的优势。
第五点, 爆炸复合材料的使用性能比较广泛, 经济效益可观。例如钛与钢的复合板、不锈钢与钢的复合板等在实际的应用中都具有很好的经济效益—及具备了很强的承载力, 又满足了使用要求和减低了材料成本。复合材料在进行爆炸焊接之后还要进行继续校平、切割、再次焊接、冲压、旋压、锻压、挤压等步骤, 在这些步骤中爆炸复合材料不会发生分层或者开裂的问题, 当承载了一定的负荷之后, 金属材料便具有了超强的硬度和强度, 同时不会损坏其原有的化学性能、物理性能等, 充分保持了原有的性能并发挥出了新的性能。
3 爆炸焊接技术的发展和爆炸复合材料的使用前景
当前正处于提倡应用新材料的经济迅猛发展的时代, 采用爆炸焊接技术制造的复合材料不仅满足了特殊场合的使用要求, 节约了很多的能源, 还从另一方面促进了焊接技术的发展。爆炸焊接在焊接学上是一种特殊焊接类型, 在金属制造方面又提供了一种新型的材料焊接工艺, 尤其是对于不同种类的金属来讲, 更是一种新的技术突破。爆炸焊接从某一程度上来说是焊接科学的不断延伸与拓展。爆炸焊接的操作步骤并不复杂, 可以迅速地投入生产过程中来, 所花费的成本又比较少, 投资的效果又非常的明显, 爆炸复合材料的生产工艺比较简单, 同时可以进行规模比较大的批量生产。
不可否认的是爆炸焊接工艺也有着其生产方面的局限性, 从生产工艺上说, 采用爆炸的方式本身就具有一定的危险性, 如果对炸药的安全使用规律没有进行充分的了解与掌握之前进行操作很容易发生事故。在实施爆炸的时候, 会发出很大的噪声和爆炸震动波, 给附近人们的日常生活造成一定的影响。同时选择的爆炸场地通常是露天的, 会受到天气等的影响。此外此种焊接方式对有突变截面的金属材料的控制力度比较低。
随着科学技术水平的不断提高, 爆炸焊接生产工艺已经具备了一定的规模, 在国家的经济发展中占据重要的位置, 并将随着社会生产力水平的提高得到逐步的改进与完善, 取得飞速的发展, 为社会生产与生活的各个领域做出积极的贡献。
4 结语
综上所述, 金属材料的爆炸焊接在实际的应用中具有很高的经济价值和使用价值, 它不仅是同种或者异种金属进行焊接的新方法, 还是生产大面积复合材料的有效途径, 对新材料的不断发展有着重要的推动作用, 在目前提倡节约能源和材料创新的前提下, 爆炸复合材料有着独特的优势, 所以在现实的应用中要加强对它的综合开发与利用, 争取实现价值的最大化。
摘要：本文主要论述了金属材料爆炸焊接在实际应用中的特点与性能, 并分析了采用爆炸焊接方法生产出的复合材料的使用价值和品种类型, 同时预测了该项技术与材料的发展空间, 以期能够为相关的理论研究提供些许参考意见。
关键词：爆炸焊接,复合材料,性能,应用
参考文献
[1]郑远谋.爆炸焊接和金属复合材料[J].复合材料学报, 1999 (1) .
[2]史长根.爆炸焊接界面的结合机理[J].焊接学报, 2002 (2) .
[3]王建民.爆炸焊接的应用与发展[J].材料导报, 2006 (1) .
爆炸效果 篇8
21世纪初关于煤矿瓦斯爆炸的原因见诸报端的有两种观点:其一是因发生了瓦斯突出或煤与瓦斯突出;其二是煤矿通风不足。解决措施之一是加大通风量。这是两种相互矛盾的观点。文献[1]指出, 煤矿发生瓦斯突出是在很短时间内喷出几十立方米或上百立方米的瓦斯气 (或煤与瓦斯气) , 若发生爆炸会在上千米巷道内造成无氧区, 是死亡上百人的主要原因, 这是正确的。文献[2]指出, 加大加强通风量对防止煤矿瓦斯爆炸起负作用, 这可从爆炸发生的基本条件得到解释。可燃气 (可燃粉尘) 与空气形成混气并处于爆炸范围 (爆炸上限与下限之间) , 有火源则燃烧, 向各个方向传播, 即发生爆炸。这与燃烧不同, 燃烧不要求可燃气与空气混合。发生瓦斯突出时, 瞬间喷出几十立方米或上百立方米瓦斯气, 在采煤工作面附近空间, 瓦斯浓度会很高, 远远大于爆炸上限, 即使有火源也不会爆炸。无论将通风量加到多大, 也不会将瓦斯浓度降低到爆炸下限之下。相反, 会增加可爆混气段 (瓦斯浓度处于爆炸范围的混气) 的长度, 更容易爆炸, 爆炸烈度更大。也即从原理上分析, 正常情况下 (非瓦斯突出期) 不会爆炸, 加大风量会增加采煤成本, 加大煤尘扬起量, 而瓦斯突出时则起坏作用。认为煤矿瓦斯爆炸是瓦斯突出引起的, 那就不能加大加强通风量。二者是矛盾的。
2 频发的重大瓦斯爆炸案例证明加大通风量是错误的
实践是检验真理的客观标准。2004年10月20日, 河南大平煤矿瓦斯爆炸死亡148人。11月28日, 山西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸死亡166人。2005年2月14日, 辽宁阜新孙家湾煤矿瓦斯爆炸死亡214人。7月11日, 新疆阜康神龙煤矿瓦斯爆炸死亡83人。11月27日, 黑龙江七台河东风煤矿瓦斯爆炸死亡171人。12月7日, 河北唐山刘官屯煤矿瓦斯爆炸死亡108人。在13.5个月中发生了5次死亡超过100人的煤矿爆炸事故, 平均每年发生4.4次。文献[4]指出, 我国建国51年共发生一次死亡100人以上的重大事故15次, 平均每年0.294次。前者是后者的15倍。2009年11月21日, 黑龙江省鹤岗市新兴煤矿瓦斯爆炸死亡108人。这一系列的特大瓦斯爆炸案例足可以说明, 加大、加强通风量是错误的, 起负作用!
3 模拟清末时期煤矿爆炸事故的试验
清末时期采煤无通风, 用明火。笔者做了以下模拟试验, 来验证发生瓦斯突出又有明火时通风量的作用。
3.1 长管点火爆炸试验
3.1.1 先通天然气、后产生电火花试验
用一根Φ50 mm、长2 m的钢管接通到天然气输入管上, 钢管的另一端开口通向大气 (见图1所示) 。电火花发生器位于钢管内, 且位置可调。在左远端有一个阀门, 控制天然气的通与断。钢管通入天然气后, 瞬时充满天然气, 相当于煤矿瓦斯突出。
多次试验发现, 火花的位置只要在2 m钢管内, 先通气后产生电火花, 都没有产生燃烧和爆炸。原因很简单, 钢管内天然气的浓度高于爆炸上限, 有火源都不能爆炸。同理, 煤矿发生瓦斯突出时, 突出的掘进端面附近的火源只要在瓦斯突出期间出现, 都不能使突出的瓦斯气引燃、引爆。
3.1.2 先产生电火花、后通天然气试验
预先在2 m钢管内产生连续电火花, 再开启阀门输入天然气。只要电火花的位置距钢管通往大气的开口距离大于350 mm, 向大气开始喷出热燃气, 接着是天然气, 没有火焰, 没有爆炸。而当电火花位置距钢管通往大气的开口距离小于250 mm, 则在出口形成一个火炬, 不产生爆炸。火炬能稳定在出口。
试验现象可以解释如下:先有火花, 天然气流到火花处立即燃烧, 产生的燃烧产物充填在火焰的前面, 逐渐充满火焰到钢管出口的空间, 将空气排向钢管外, 燃烧的火炬缺氧、熄灭。连续发生的火花位置充满天然气, 因为无氧, 火花不能引燃天然气。当火花距钢管出口小于250 mm时, 天然气流过立即燃烧, 由于距出口太近, 火焰冲到钢管出口, 接触大气, 故形成持续火炬。这个试验的启示在于, 煤矿巷道也是一根长管道。发生瓦斯突出时, 若没有风筒送风, 并且先遇到一个火源就像古代采煤的状况, 首先产生火焰 (燃烧) , 火焰前锋向外传播, 火焰前锋前面是燃烧产物, 空气越来越少, 火焰前锋推进一段距离, 按Φ50 mm钢管试验, 长径比为7 (350/50) 的位置前火焰熄灭。对于2 m宽、2 m高的巷道, 长径比为7的距离是14 m, 距点火源14 m远处火焰熄灭, 不会产生爆炸。这说明古代无通风的采煤方法, 发生瓦斯突出, 又有明火, 会发生火灾, 受其影响在 14 m的区域, 不会发生爆炸, 不会危及矿井的其他巷道。
这个试验, 若先关掉天然气阀门, 中断天然气供给而仍有电火花, 会发生爆炸 (听到一声响, 喷出火焰) 。因为无天然气供给后, 钢管内天然气从顶部流出, 最后平均浓度处于爆炸上限之下, 火源引爆管内的天然气。但是, 爆炸不会传到上游的输气管道内。
其中的一次试验, 火花位置距出口1.0 m, 连续发生电火花。通天然气后, 钢管出口没有见到火焰。天然气阀门关闭后, 发生爆炸, 爆炸压力将钢管和天然气输气管连接处震开。爆炸压力高是因为爆炸在长径比=1 000/50=20的管中产生的。长径比越大的管路, 产生的爆炸压力越大。
3.2 7 m3爆炸装置点火爆炸试验
Φ50 mm的钢管与真正的巷道几何尺寸相差甚远。因此, 用长7 m、截面1 m×1 m、一端开口的7 m3爆炸装置重复进行上述试验。
3.2.1 先输入天然气、后点火试验
试验方法:在7 m3爆炸装置的封闭端面处输入天然气, 输入流量较大。用外部控制的电火花点火器点火, 点火源在距天然气出口0.1 m处。先输入天然气, 延迟20～30 s产生火花, 同时保持天然气输入。没有燃烧与爆炸产生。重复性好, 做过的4次试验结果相同。
3.2.2 先产生连续火花、后输入天然气试验
试验方法:在封闭端连续输入天然气, 在通入天然气之前连续产生火花, 火花距离天然气出口0.1 m, 通入天然气后可听见“砰”的一声天然气燃烧声, 烟气夹杂着少许黑色火焰从爆炸容器开口端涌出, 随后只有天然气流出, 再不见火焰。没有发生爆炸, 燃烧也不再继续。这与用Φ50 mm钢管内先有火花后通天然气情况相同。这种试验连续3次, 重复性良好。另外, 将火花位置移到距离出口3.5 m处, 一输入天然气就有火焰喷出, 一直通气, 一直有火焰。天然气切断, 火焰熄灭。
这说明, 天然气一流入7 m3爆炸容器封闭端, 遇火花立即发生燃烧。燃烧产物充填在封闭空间, 位于火焰的前端。随着燃烧继续进行, 产生的燃烧产物将火焰前锋与空气隔绝, 火焰熄灭, 最后流出的是燃烧产物与天然气, 不会产生爆炸。煤矿巷道也是一端封闭, 另一端通往大气的长“管道”。发生瓦斯突出, 遇明火首先燃烧形成巨大火焰, 随着火炬向前 (远离封闭端面) 推进, 燃烧产物充满前方巷道, 最后隔绝空气, 火炬熄灭。所以, 在清朝以及民国初期, 甚至是解放前后的小煤矿, 虽然没有通风, 发生瓦斯突出时最可能产生局部火灾, 烧伤、烧死靠近掘进面附近的工人, 不会产生爆炸和造成整个巷道人员死亡。
特殊情况也会产生爆炸。在封闭端天然气进口处有一个火花源, 一直打火 (如一个采煤电动工具, 有火花, 没断电) , 最初输入天然气, 能听到“轰” (燃烧声) 声, 流出黑烟, 不见明火。输入天然气的阀门关闭, 不再输入天然气后发生爆炸。
仍然做这种实验, 不同点是在关闭天然气阀门之前, 先减小天然气的流量, 5 s后再关闭天然气进气阀门。关闭阀门后发生爆炸。爆炸烈度大, 喷出的火焰长约6 m。
最后一种试验, 因减小天然气流量, 当天然气进气口附近天然气浓度降低到爆炸上限之下时, 7 m3爆炸装置的顶部具有的天然气浓度更低, 所以爆炸烈度大。
3.2.3 关闭天然气进气阀后的点火试验
关闭天然气进气阀, 天然气停止向7 m3爆炸装置流入, 这相当于煤矿瓦斯突出结束 (不再向巷道喷出瓦斯气) 后的情况。文献[5]、[6]给出大量试验数据, 证明7 m3爆炸装置关闭阀门时间<2 s有电火花点火, 都发生天然气爆炸。个别情况 (封闭端面高于开口端面) , 5 s内用电火花点火, 也发生过天然气爆炸。关闭阀门5 s后用电火花点火, 都没有发生爆炸或火灾。
水平放置或封闭端面低于开口端放置的7 m3爆炸装置, 停止供给天然气后再延迟时间>2 min用电火花点火, 都没有产生燃烧与爆炸。用高2.5 m的试验巷道 (试验巷道长20 m, 高2.5 m, 宽3.1 m, 外形图见文献[7]) , 关闭天然气进气阀门再经过25 s, 用电火花点火, 没有发生燃烧与爆炸。
这些试验说明, 瓦斯突出结束后, 没有强通风, 如文献[6]所指明的那样, 瓦斯气比空气轻, 喷出的瓦斯气很快上升到巷道顶部, 并且迅速外流。即使瓦斯突出共喷出100 m3瓦斯气, 停止喷出后再经过20 min, 瓦斯气会均布在1 000 m长的水平巷道顶部, 每米巷道平均0.1 m3瓦斯气。任何火源都不会引爆瓦斯气。
4 大通风量的试验
4.1 先有点火源后通天然气, 大通风量产生火炬
试验方法:7 m3爆炸装置, 距天然气出口0.1 m有预先持续产生火花的点火源。风筒口距点火源3.5 m。一通天然气就产生燃烧。因为有风筒送风, 火炬不灭, 从7 m3爆炸装置顶部向外喷火。
4.2 先通天然气, 通风后点火产生爆炸
先通天然气, 然后通风, 40 s后, 距封闭端0.1～5.0 m处产生电火花, 发生爆炸。距封闭端近的点火源产生的爆炸最强烈, 喷出的火焰有7 m远。文献[8]给出了有通风产生的强烈爆炸的试验数据。这更能说明, 瓦斯突出后大通风量对火灾、爆炸的负作用。
5 小通风量的试验
7 m3爆炸试验装置, 在距天然气进气口 (封闭端面) 6.5 m处, 用一台0.8 m3/min的鼓风机向内吹风, 与无通风的试验结果相同。这与上述试验不同, 一是送风口距火源与天然气进气口远6 m;二是风量为第4.2节中试验的四分之一, 风量小。凡风筒出口距采煤面>12 m, 风量较小, 在采煤面或掘进面6 m之内无风的通风定义为小通风量。特点是突出的瓦斯在6 m之前不受通风影响, 在浮力作用下, 能上升到巷道顶部。这与无通风情况相似。
6 防止瓦斯突出引发火灾、爆炸的关键措施
综合上述试验与讨论, 对于无通风和小通风量采煤, 为了防止瓦斯突出引发的火灾、爆炸, 首先要在采煤面附近设置甲烷传感器或甲烷报警器, 能够及时报告发生了瓦斯突出。其次, 及时关掉一切火源, 人员退到距采煤面50 m远的位置, 趴于地面。待瓦斯突出结束后再过20 min, 再向巷井外部撤离。对于大通风量采煤法, 探知瓦斯突出后还要关闭通风, 防止喷出的瓦斯变为瓦斯-空气可爆混气。这部分内容反映在笔者发明的“防止煤矿瓦斯爆炸的方法及实现该方法的装置”专利 (专利号200910069174.2) 中。《煤矿安全规程》的相关规定, 既没有探知已发生了瓦斯突出, 也没有关掉全部火 (电) 源, 瓦斯突出时仍有可能产生特大瓦斯爆炸。
7 结束语
综上所述, 试验和爆炸案例都说明, 增大增强通风量对防止瓦斯突出引起的火灾、爆炸不起好作用。那么, 大量关闭中小煤矿的依据就丧失了。中小煤矿只要正确采取防爆措施 (本文第6节内容) , 比大煤矿更安全, 相应煤价会大幅度降低。《煤矿安全规程》不能保证瓦斯突出后不发生特大瓦斯爆炸。
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爆炸效果 篇9
瓦斯爆炸是矿井生产中的重大灾害, 常造成大量人员伤亡和巨大的经济损失。煤矿瓦斯爆炸通常是由瓦斯涌出后不断积聚达到爆炸极限浓度范围时发生爆炸, 通常是浓度低于10%的甲烷与空气混合物发生的剧烈化学反应。定量研究甲烷在不同条件下爆炸反应过程, 对爆炸破坏性及危害的预测, 爆炸预防意义重大。但是, 甲烷爆炸反应, 由于其过程十分复杂、持续时间很短, 实验研究十分困难。
美国、日本、苏联、加拿大等国家, 国内大连理工大学、中国科技大学、北京理工大学等、中北大学都开展了球形爆炸罐内的爆炸实验[1,2,3,4], 并开展了爆炸实验。西安科技大学也建立了球形爆炸试验系统[2], 同时开展了大量试验和分析研究。但是, 目前均还没有运用球形爆炸罐进行爆炸过程温度、组分浓度等各参数定量研究的报道。
1 气体爆炸实验
甲烷爆炸实验用爆炸实验系统中进行, 该实验系统可定量配制可燃气体与空气的混合气体, 点火后实时记录反应容器内压力的变化, 据此可分析爆炸过程。爆炸实验系统由容积20L爆炸罐、点火系统、喷粉系统及测量系统五部分组成, 如图1所示[2]。点火系统采用电起爆烟火点火具作为点火源, 点火位置在反应罐中心, 由计算机自动控制, 可实现延时自动点火, 点火能量约1J;测量系统主要由压力传感器、控制器和计算机等构成, 系统点火时可同步采集爆炸压力数据, 响应时间1 ms, 最大采集时间500 ms。
1-20 L爆炸罐;2-压力传感器;3-真空泵;4-计算机;-控制器;6-压力表;7-空压机;8-点火电极;9-甲烷气瓶;10-数字式压力计
实验环境温度为20℃, 相对湿度为74%, 起爆前初始压力为常压。采用分压比法配制空气与甲烷混合气体, 预设浓度混合气体配好后静置30 s后点火实验。分别配制甲烷浓度为6%、7%、8%和9%的混合气体进行爆炸实验, 系统自动记录下了反应压力随时间的变化, 如图2所示。
可以看出, CH4和空气混合物点火后, 实验罐内压力迅速增加, 达到峰值后开始下降。随甲烷起始浓度增加, 实验压力上升速度和压力峰值都有所增大。
2 爆炸罐散热系数
爆炸罐壁散热对反应过程有重要影响, 容器壁散热系数是研究其散热的重要参数[5,6]。
瓦斯爆炸是非常复杂的自由基链锁反应过程, 该过程的其它中间产物量很少, 所以实验混合气体主要组份包括CH4、O2、CO2和H2O。其总反应方程式为:
瓦斯爆炸实验初始气体为O2、N2和CH4和少量水蒸气, 压力为常压温度为常温, 随着反应的进行, 气体混合物的成分中增加了CO2、H2O, 但分子数总量基本不变。反应是等容过程, N2不参加反应, 浓度不发生变化, 即。定义某一时刻已经反应的CH4占其初始摩尔浓度的百分比为转化率α, 则此时间各组分摩尔浓度为:
式中, 分别为反应器中CH4、O2、N2初始浓度, mol/m3。
通过查表, 得到各组分在不同温度下的比热容[6], 可拟合出其与温度之间关系方程:
式中, 分别为CH4、O2、N2、CO2和H2O在温度为T时的等容比热容, J/ (g·K) 。
忽略不同组分之间的相互作用, 混合气体比热容CV, T为:
式中, CV, T, i为第i组份温度为T时的比热容, Xi为第i组份的质量份数。
反应气体中的水蒸汽初始浓度很小, 在计算比热容时可以忽略, 则各组分质量分数为:
将式 (2) 、 (4) 代入式 (3) 整理得系统比热容为:
实验开始后, CH4与O2之间发生化学反应, 放出的热量引起温度迅速升高, 使得爆炸罐内压力迅速增加, 达到最大值后由于容器散热引起压力下降。设容器内气体温度T分布均匀, 爆炸容器为金属质, 其热容很小, 可以忽略不计, 则爆炸罐内气体通过容器壁向外散发的热量与容器内外温差成正比, 即:
式中, qE为容器壁单位时间散热量, J/S;β为散热系数, J/ (K·S) ;TE为环境温度, K。
纯散热条件下, 爆炸罐内的热平衡方程为
式中, T1, T2分别表示散热阶段t1和t2时刻对应的温度, K;Cv是比热容, J/ (g·K) 。
反应终止时, 反应罐内的温度 (1000K以上) 远高于各气体组分的临界温度, 压力为 (0.7MPa左右) 远低于各组分的临界压力, 故P―V―T关系可用理想气体状态方程表示:
式中, n为反应器内气体的物质的量, mol;P为压力, Pa;R是通用气体常数, R=8.314472J/ (mol·K) ;由于反应器容积固定、起始温度为常温、起始压力为常压, 且据反应式反应过程中气体分子数不发生改变, 故n/V=44.64286mol/m3。
在CH4起始浓度为8%时的爆炸实验中, 气体初始压力为常压, 按照产物均为水蒸气和二氧化碳 (α=1) 计算。将式 (7) 代入式 (5) , 代入相关数据并积分得:
式 (9) 反映了散热阶段温度随时间变化规律, 与实验曲线的规律一致。据实验结果计算得到的散热段温度值, 取t1=285ms, 对应的温度T1为1681K, 随后每隔5ms取一个, 选一系列 (t2, T2) 点, 以 (t2-t1) 为横坐标, 值为纵坐标, 可绘制出曲线图3。
从图3可以看出系列点符合线性规律, 其拟合方程为:y=58.185x+0.048, 线性拟合方程的拟合度较高 (R2=0.9992) , 说明方程 (9) 是可靠的。拟合曲线的斜率就是散热系数, 为β=58.185J/ (s.K) 。一个很小的截距反映了爆炸罐容器热容的影响, 在持续升温或降温段, 该影响可以忽略。
3 爆炸反应各参数变化的数学模型
瓦斯爆炸实验中, 系统中的气体组分主要是H2O、N2、O2、CO2、CH4及H2O。由于系统中可能发生H2O相变, 故选择可以准确地计算气液平衡和饱和蒸汽压的Peng-Robinson方程 (1976) 表征P-V-T关系[6]。
a是温度的函数, 可用下式表示:
式中, Vm是摩尔体积, Tc、Pc分别为临界温度和临界压力;w是偏心因子;Tr是相对温度, Tr=T/Tc。各气体组分临界温度、临界压力、偏心因子和根据式 (11) ~ (13) 计算的b、a (T) 值见表2。
对于两组分混合气体, 对应的Peng-Robinson方程的参数a', b'采用如下混合规则计算:
式中, r是调整系数, 可用实验求得;Yi、Yj是第i、j组分的摩尔份数, 用下式计算:
实验气体为多组分混合气体, 三组分以上的相互用影响很小, 故仅考虑两两相互作用, 按照式 (16) ~ (17) 可计算混合物参数a', b', 进而代入式 (9) 得到混合气体状态方程。
爆炸罐内气体爆炸实验过程中, 实验罐内的热平衡方程为:
式中, ρ表示混合气体的密度, g/m3;V为实验容器的体积, m3;q为瓦斯爆炸的反应热, q=802.292k J/mol。
将微分方程 (18) 写成差分形式为:
式中, Tj表示第j时刻对应的温度, αj为第j时刻对应的转化率, 初始条件为t0=0时, α0=0, T0=293K。
4 甲烷爆炸实验定量分析
方程式 (10) ~ (17) 、式 (19) 是代数方程, 其中有a, b, a', b', w, k, ai, j, P, T, α等变量, 其中P和t可通过实验得到, 方程是封闭的。将 (t, P) 数据点代入方程组, 从t1时刻开始通过数值迭代法求解方程组, 可以依次得到不同时刻的温度和转化率, 将计算的转化率代入式 (1) , 又可得到各组分的摩尔浓度进而求得其体积份数。据初始浓度为6%、7%、8%和9%的CH4爆炸实验数据计算的各参数变化曲线见图4~9。
爆炸温度随时间变化规律如图4所示。可以看出, 甲烷浓度为6%、7%、8%和9%时, 爆炸反应的最高温度依次为1638.8K、1905.4K、2107.3K和2180.0K, 可见随着甲烷浓度增大, 爆炸最高温度提高, 爆炸达到最高温度点的时间减小。CH4转化率 (如图5) 先加速增加, 随后增速趋于平缓, 最后趋近一个确定的值。随着甲烷浓度增加, 反应最高转化率呈增加趋势。CH4浓度6%时最大转化率为83.52%, 7%时为95.24%时, 8%以上时接近100%。初始浓度为6%和8%的甲烷爆炸过程中各气体组分变化曲线见图6和图7。可以看出, 点火后甲烷和氧气浓度先加速下降, 然后下降速度趋缓, 最终达到一个恒定值。水和二氧化碳浓度则是先加速升高, 随后上升速度趋缓, 最终达到稳定。温度变化率曲线 (图8) 和甲烷转化率的变化率曲线 (见图9) 呈现相同的规律, 两曲线在点火300ms后均为一条重合的直线。温度及转化率的变化率曲线与该直线相交 (切) 的时间即为反应终止时间。CH4初始浓度6%、7%、8%和9%时, 反应终止时间分别为310ms、185ms、150ms和120ms, 可见CH4初始浓度越高, 反应终止时间越短。在CH4初始浓度6%、7%、8%时温度变化率和甲烷转化率曲线均出现两个峰值点, CH4浓度9%时仅出现一个峰值点。CH4初始浓度越高, 第一个峰与第二个的峰高及峰面积之比越大 (CH4浓度为8%时第二个峰不明显, 9%时仅剩第一个峰) , 并且峰越陡峭, 说明爆炸反应越剧烈。
5 结论
1) 建立了据爆炸罐内甲烷爆炸实验测定的压力值, 计算爆炸化学反应不同时刻转化率、温度、各组分浓度等重要参数的数学模型, 能够定量研究爆炸过程。
2) 甲烷初始浓度越大 (浓度范围6%~9%) , 爆炸最高温度越高, 达到最高温度点的时间越小, 反应最高转化率越大, 反应终止时间越短, 说明爆炸反应越剧烈。
3) 甲烷初始浓度为6%和7%时, 爆炸温度变化率和甲烷转化率曲线各出现两个明显的峰值。随着甲烷初始浓度升高, 第一个峰高度增大, 第二个峰高度降低, 到甲烷浓度9%时仅剩第一个峰。理论分析认为, 第一个峰是自由基链反应的结果, 第二个峰则可能是热着火过程发展的结果。
4) 甲烷浓度升高到8%~9%时, 爆炸反应温度很高, 除甲烷完全燃烧以外, 氮气氧化等反应会导致爆炸罐内分子数增多, 或者放热量增大, 引起计算的转化率略偏大。
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瓦斯爆炸 篇10
瓦斯爆炸就其本质来说, 是一定浓度的CH4和空气中的O2在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。
瓦斯爆炸的条件:一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的O2。
a) 瓦斯浓度。瓦斯爆炸有一定的浓度范围, 在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围被称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5%~16%。瓦斯爆炸界限并不是固定不变的, 它还受温度、压力及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素影响;b) 瓦斯的引火温度, 即点燃瓦斯的最低温度。一般认为, 瓦斯的引火温度为650℃~750℃。但因受瓦斯浓度、火源性质及混合气体压力等因素影响而变化。高温火源的存在, 是引起瓦斯爆炸的必要条件之一。所以在有瓦斯的矿井中作业, 必须严格遵照《煤矿安全规程》的有关规定;c) O2的浓度。实践证明, 空气中O2浓度降低时, 瓦斯爆炸界限随之缩小, 当O2浓度减少到12%以下时, 瓦斯混合气体即失去爆炸性。因此, 对火区应严加管理, 在启封火区时更应格外慎重, 必须在火熄灭后才能启封。