[发明专利]一种用于地下矿山环境的爆炸评估模型建立方法

权利要求书

1.一种用于地下矿山环境的爆炸评估模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)根据井下封闭空间内混合气体的组成在二维坐标系XOY上构建爆炸三角形DOA，将爆炸三角形DOA划分为非爆炸区域CDFN、非爆炸区域ABNE、爆炸区域BNC和安全区域FOEN四部分，并在爆炸三角形上标记井下混合气体的状态点P；其中：X轴表征甲烷体积浓度，Y轴表征氧气体积浓度，点O为X轴和Y轴的0点，点F和点D在X轴上，点F在点O和点D之间，点E和点A在Y轴上，点E在点O和点A之间，点B和点C在直线AD上，点B在点A和点C之间，点N在三角形DOA内；

(2)若状态点P处于非爆炸区域CDFN或非爆炸区域ABNE，首先确定向井下封闭空间内充入新鲜空气的体积流速V_air和向井下封闭空间内充入甲烷的体积流速的比值，根据三角函数关系确定状态点P的运动趋势；

(3)若状态点P处于非爆炸区域CDFN或非爆炸区域ABNE，状态点P的运动趋势随着新鲜空气体积流速V_air和甲烷体积流速的变化而变化：当向井下封闭空间内充入甲烷时，计算甲烷浓度为从而在直线PD上找到时长后状态点P移动到的位置P_A；当向井下封闭空间内充入新鲜空气时，计算氧气浓度为从而在直线PA上找到t_air时长后状态点P移动到的位置P_B；根据P_A和P_B判断状态点P的运动趋势，其中，和t_air分别为甲烷和新鲜空气的充入时长，V_Total为封闭空间的总体积，O为向井下封闭空间内充入新鲜空气前封闭空间内的氧气体积浓度，C为向井下封闭空间内充入甲烷前封闭空间内甲烷体积浓度；

(4)若状态点P处于非爆炸区域CDFN或非爆炸区域ABNE，计算状态点P到达爆炸区域BNC所需时长：

①当状态点P处于非爆炸区域CDFN时，读取进入爆炸区域BNC临界点的甲烷浓度C_Explosive，据此推导出状态点P到达爆炸区域BNC所需时长t_{need_1}如下：

$\begin{array}{c}{C}_{Explosive}=\frac{V_{{\mathrm{CH}}_4}\·t_{need\_1}+V_{Total}\·C}{V_{{\mathrm{CH}}_4}\·t_{need\_1}+V_{Total}+V_{air}\·t_{need\_1}}\\ \⇒t_{need\_1}=\frac{V_{Total}\·C_{Explosive}-V_{Total}\·C}{V_{{\mathrm{CH}}_4}-V_{{\mathrm{CH}}_4}\·C_{Explosive}-V_{air}\·C_{Explosive}}\end{array}$

②当状态点P处于非爆炸区域ABNE时，读取进入爆炸区域BNC临界点的氧气浓度O_Explosive，据此推导出状态点P到达爆炸区域BNC所需时长t_{need_2}如下：

$\begin{array}{c}{C}_{Explosive}=\frac{0.21V_{air}\·t_{need\_2}+V_{Total}\·O}{0.21V_{air}\·t_{need\_2}+V_{Total}+V_{{\mathrm{CH}}_4}\·t_{need\_2}}\\ \⇒t_{need\_2}=\frac{V_{Total}\·O_{Explosive}-V_{Total}\·O}{0.21V_{air}-0.21V_{air}\·O_{Explosive}-V_{{\mathrm{CH}}_4}\·O_{Explosive}}\end{array}$

(5)当状态点P处于爆炸区域BNC时，计算在充入惰性气体且在甲烷不断增多的情况下状态点P走出爆炸区域BNC到达非爆炸区域CDFN所需时长t_{need_3}为：

$t_{need\_3}=\frac{V_{Total}\·N_{Explosive}-V_{Total}\·N}{V_{N_2}-V_{N_2}\·N_{Explosive}-V_{{\mathrm{CH}}_4}\·N_{Explosive}}$

其中，为向井下封闭空间内充入氮气的体积流速，N_Explosive为向井下封闭空间内充入氮气t_{need_3}时长后氮气的体积浓度，N为向井下封闭空间内充入氮气前封闭空间内的氮气体积浓度；

(6)当状态点P处于爆炸区域BNC时，若状态点P沿垂直于临界线CN的方向移动时，则状态点P到达非爆炸区域CDFN的所需时长t_{need_3}最短；

测量爆炸三角形DOA得到趋势角θ，根据公式得到氮气充入量和甲烷充入量的比值，维持该比值则能够使状态点P以最快的速度走出爆炸区域BNC进入非爆炸区域CDFN；其中，趋势角θ为PD与PP_Expiosive之间的夹角，过点P_Explosive做直线PD的垂线，该垂线与直线PD的交点记为点点P_Explosive为由爆炸区域BNC进入非爆炸区域CDFN的临界点。

2.根据权利要求1所述的用于地下矿山环境的爆炸评估模型建立方法，其特征在于：所述步骤(2)中，向井下封闭空间内充入新鲜空气的体积流速V_air和向井下封闭空间内充入甲烷的体积流速的比值按照如下方法计算：

①当处于非爆炸区域CDFN时，当新鲜空气量增加或者甲烷量减少时，状态点P有向爆炸区域BNC移动的运动趋势；

②当处于非爆炸区域ABNE时，当新鲜空气量减少或者甲烷量增加时，状态点P有向爆炸区域BNC移动的运动趋势。