[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

摘要

本发明公开了一种用于地下矿山环境的爆炸评估模型建立方法，包括如下步骤(1)判断井下气体状态；(2)确定每一时刻混合气体状态分别处于两个非爆炸区域的空气与甲烷体积流速比的关键值；(3)判断状态点所处的位置；(4)状态点处于两种非爆炸区域，分别估算混合气体的这两种状态点由非爆炸区域进入爆炸区域所需要的时间；(5)状态点处于爆炸区域时，估算状态点由爆炸区域转换为非爆炸区域的所用时间；(6)推导出使得状态点由爆炸区域进入非爆炸区域用时最短的最佳方案。本发明在爆炸三角形基础上，结合三角函数，得到每一时刻井下气体环境的安全状态，以及下一时刻该的可能发展趋势，能够帮助在危险时刻提供快速脱离危险的方案。

主权项

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Vair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Vair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PA；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tair时长后状态点P移动到的位置PB；根据PA和PB判断状态点P的运动趋势，其中，和tair分别为甲烷和新鲜空气的充入时长，VTotal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CExplosive，据此推导出状态点P到达爆炸区域BNC所需时长tneed_1如下：CExplosive=VCH4·tneed_1+VTotal·CVCH4·tneed_1+VTotal+Vair·tneed_1⇒tneed_1=VTotal·CExplosive-VTotal·CVCH4-VCH4·CExplosive-Vair·CExplosive]]>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OExplosive，据此推导出状态点P到达爆炸区域BNC所需时长tneed_2如下：CExplosive=0.21Vair·tneed_2+VTotal·O0.21Vair·tneed_2+VTotal+VCH4·tneed_2⇒tneed_2=VTotal·OExplosive-VTotal·O0.21Vair-0.21Vair·OExplosive-VCH4·OExplosive]]>(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tneed_3为：其中，为向井下封闭空间内充入氮气的体积流速，NExplosive为向井下封闭空间内充入氮气tneed_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tneed_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PPExpiosive之间的夹角，过点PExplosive做直线PD的垂线，该垂线与直线PD的交点记为点点PExplosive为由爆炸区域BNC进入非爆炸区域CDFN的临界点。