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摘 要：2014年4月云南曲靖透水事故的产生，再一次突显了煤矿安全生产的重要性，使广大研究者将探究重点放置于煤矿井下探放水工作的安全性方面，它属于煤矿井下五大灾害之一，较为常见，危害性较大，是煤矿安全生产中最为重要的环节。基于此，本文以曲靖事故作为切入点，研究了初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响，并分析了在爆炸情况下脱险的主要措施。
关键词：气体；煤矿；压力；爆炸；密闭；
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01
泄爆是当前工业上所采用的防治气体及粉尘爆炸的主要手段，通过释放富含能量物质，降低容器内压力，以确保容器能够安全运行的方式。当泄爆设备处于室内或与工作区域相对接近的部位时，为了防治泄爆物质引起的二次爆炸，对区域内相关人员造成伤害，需将导管内的毒性物质排出室外，置于安全地带中。初始压力是容器导管通过导管泄爆设计中的关键环节，容器内初始压力大小的变化，将会对泄爆过程产生不同程度的影响。因此，本研究主要围绕初始压力对容器通过导管泄漏过程的影响展开，结合2014年4月云南曲靖透水事故，探讨了泄爆过程中容器内压力的变化规律，旨在为相关容器的安全泄放提供指导。
一、泄爆基本原理
泄爆主要是指在爆炸事件初始及进展阶段，将辐射范围内高温、高压的燃烧物，送入围包体强度最弱的部分，即泄压口，使之安全泄出，避免破坏围包体。一般在粉尘泄爆工程中，围包体压力会受到泄爆过程的影响而迅速变低，同时受到粉尘继续爆炸的影响，逐渐升高，两者连续作用，降低泄爆过程中容器压力的上升速度，使最大泄爆压力低于封闭围包体的爆炸压力值，导致容器破坏。在泄爆过程中，容器压力上升速度是影响爆燃泄压的关键参数，同时也是衡量爆炸强度的关键指标。
一般可将容器通过导管泄爆的过程分为两个不同的阶段。在第一个阶段，压力容器内未燃气体并未被点燃，在容器内产生层流燃烧现象，此时压力上升速度比较慢，当压力累计，超过破膜力度时，泄爆膜将会破裂，其余部分并未燃烧的气体则在压力差的作用下，迅速进入导管内部，但上升速度比较慢。在第二阶段，泄爆膜破裂将会引起导管内气体的流动，在管道尺寸变化与容器作用的影响下，火焰将会折皱加速，转化而成喷射型火焰，并进入导管内部。导管内压力将会迅速上升，产生突变反应，到达峰值，同时容器内压力的上升幅度也会随之加快。因此，在压力容器导管入口处产生二次爆炸的概率更高。此时导管入口压力上升速度明显加快，并与容器产生压力差，导致脉冲现象的产生，进而增加了泄爆过程的危险性，增加了容器爆炸的风险。
二、初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响
（一） 初始压力对单容器密闭爆炸的影响
一般容器内爆炸压力将会伴随压力上升的增加而增加，且其达到压力峰值的时间将会随着初始压力的升高而相应延长。同时也显示气体完全燃烧所需时间变长，表示从气体点燃到发展成火焰，延伸至管道壁面时间变长。由于容器内壁与点火区域距离一定，因此，火焰传播的速度将会伴随着初始压力的增加而降低。容器初始压力越高，则表示容器内部所含有的混合型爆炸气体越多，爆炸过程所释放的能量也相应增大。而由于密闭性容器的体积是不变的，此时容器内压力越大，则表明初始压力越大，分子距离越近，相撞概率也会提升，同时增加了反应速度，促使压力上升频率提升。
（二） 初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响
无论应用中心点火或壁面点火的方式，均不可忽视初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响。一般容器内压力最高值将伴随着初始压力的上升而升高，初始压力越高，则表示爆炸过程约剧烈。在中心点火条件下，假定容器内初始压力由最初的0MPa上升至0.06MPa，此时容器内的压力最高值将同时会由0.371MPa提升至1.077MPa。而在壁面点火条件下，同时设定容器内压由0MPa上升至0.06MPa，此时容器内压力峰值将由0.33MPa上升至0.943MPa。在两种不同的点火条件下，容器压力峰值均会得到不同程度的上升，且至少高于正常情况下的3倍，结果表明，在容器通过导管泄爆过程中，容器内爆炸过程对初始压力有较强的敏感性。当容器内初始压力较高的情况下，在容器通过导管泄爆过程中，进入导管内的爆炸气体量同时也在增多，致使导管入口部分爆炸反应更为剧烈，导致导管入口部分与容器内部压力差变大，将会着导管对泄爆过程的阻碍作用。而当容器内部的初始压力越高，在容器通过导管泄爆过程中，导管内部的残留气体量将会显著增加，在脉冲反应作用下，将产生剧烈爆炸。因此，初始压力越大，容器内部压力最高值将会提升，容器内压力上升速度同样也会加快，使得爆炸过程更为剧烈。在实际作业过程中，若初始压力持续处于高壓的状态，在爆炸事故产生时，将无法达到泄爆要求。
在煤矿井下特殊作业时，必须实施井下探防水处理，主要指在采矿过程中必要的一种超前勘探方案，旨在明确采掘范围内的额陷落柱、导水通道的具体形态，进而释放积水，确保煤矿安全生产。因此，为避免透水事故的产生，必须多角度、全方位实施探放水计划，确定管道容器的初始压力，并严格按照要求制定采掘规划，做好现场管理，制定应急预案，确保压力容器设施的正常运行，降低潜在风险的发生几率。
三、结束语
综上所述，在简单泄爆过程中，容器内的压力最高值并非伴随初始压力的上升而规律性增加。而在容器通过导管泄爆过程中，其初始压力越高，且容器内压力最高值也会随之上升，上升速率同时会升高，此时导管入口与容器内的压力差将会变大，导管入口部分的火焰速率将会同时变大，爆炸将会愈发剧烈。因此，必须严格控制初始压力，降低爆炸风险，减少不安全事故发生的可能性。
参考文献：
[1]尤明伟，蒋军成，师喜林等.球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟[J].工业安全与环保，2010，36（5）：28-29
[2]喻源，蒋军成，张庆武等.球形容器泄爆收容的实验分析[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2012，13（5）：544-548
[3]喻源，张庆武，蒋军成等.球形容器在弯管条件下的泄爆收容[J].南京工业大学学报（自然科学版），2012，34（3）：27-30
[4]张庆武，蒋军成，喻源等.初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响[J].化工学报，2014，65（4）：1544-1550
关键词：气体；煤矿；压力；爆炸；密闭；
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01
泄爆是当前工业上所采用的防治气体及粉尘爆炸的主要手段，通过释放富含能量物质，降低容器内压力，以确保容器能够安全运行的方式。当泄爆设备处于室内或与工作区域相对接近的部位时，为了防治泄爆物质引起的二次爆炸，对区域内相关人员造成伤害，需将导管内的毒性物质排出室外，置于安全地带中。初始压力是容器导管通过导管泄爆设计中的关键环节，容器内初始压力大小的变化，将会对泄爆过程产生不同程度的影响。因此，本研究主要围绕初始压力对容器通过导管泄漏过程的影响展开，结合2014年4月云南曲靖透水事故，探讨了泄爆过程中容器内压力的变化规律，旨在为相关容器的安全泄放提供指导。
一、泄爆基本原理
泄爆主要是指在爆炸事件初始及进展阶段，将辐射范围内高温、高压的燃烧物，送入围包体强度最弱的部分，即泄压口，使之安全泄出，避免破坏围包体。一般在粉尘泄爆工程中，围包体压力会受到泄爆过程的影响而迅速变低，同时受到粉尘继续爆炸的影响，逐渐升高，两者连续作用，降低泄爆过程中容器压力的上升速度，使最大泄爆压力低于封闭围包体的爆炸压力值，导致容器破坏。在泄爆过程中，容器压力上升速度是影响爆燃泄压的关键参数，同时也是衡量爆炸强度的关键指标。
一般可将容器通过导管泄爆的过程分为两个不同的阶段。在第一个阶段，压力容器内未燃气体并未被点燃，在容器内产生层流燃烧现象，此时压力上升速度比较慢，当压力累计，超过破膜力度时，泄爆膜将会破裂，其余部分并未燃烧的气体则在压力差的作用下，迅速进入导管内部，但上升速度比较慢。在第二阶段，泄爆膜破裂将会引起导管内气体的流动，在管道尺寸变化与容器作用的影响下，火焰将会折皱加速，转化而成喷射型火焰，并进入导管内部。导管内压力将会迅速上升，产生突变反应，到达峰值，同时容器内压力的上升幅度也会随之加快。因此，在压力容器导管入口处产生二次爆炸的概率更高。此时导管入口压力上升速度明显加快，并与容器产生压力差，导致脉冲现象的产生，进而增加了泄爆过程的危险性，增加了容器爆炸的风险。
二、初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响
（一） 初始压力对单容器密闭爆炸的影响
一般容器内爆炸压力将会伴随压力上升的增加而增加，且其达到压力峰值的时间将会随着初始压力的升高而相应延长。同时也显示气体完全燃烧所需时间变长，表示从气体点燃到发展成火焰，延伸至管道壁面时间变长。由于容器内壁与点火区域距离一定，因此，火焰传播的速度将会伴随着初始压力的增加而降低。容器初始压力越高，则表示容器内部所含有的混合型爆炸气体越多，爆炸过程所释放的能量也相应增大。而由于密闭性容器的体积是不变的，此时容器内压力越大，则表明初始压力越大，分子距离越近，相撞概率也会提升，同时增加了反应速度，促使压力上升频率提升。
（二） 初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响
无论应用中心点火或壁面点火的方式，均不可忽视初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响。一般容器内压力最高值将伴随着初始压力的上升而升高，初始压力越高，则表示爆炸过程约剧烈。在中心点火条件下，假定容器内初始压力由最初的0MPa上升至0.06MPa，此时容器内的压力最高值将同时会由0.371MPa提升至1.077MPa。而在壁面点火条件下，同时设定容器内压由0MPa上升至0.06MPa，此时容器内压力峰值将由0.33MPa上升至0.943MPa。在两种不同的点火条件下，容器压力峰值均会得到不同程度的上升，且至少高于正常情况下的3倍，结果表明，在容器通过导管泄爆过程中，容器内爆炸过程对初始压力有较强的敏感性。当容器内初始压力较高的情况下，在容器通过导管泄爆过程中，进入导管内的爆炸气体量同时也在增多，致使导管入口部分爆炸反应更为剧烈，导致导管入口部分与容器内部压力差变大，将会着导管对泄爆过程的阻碍作用。而当容器内部的初始压力越高，在容器通过导管泄爆过程中，导管内部的残留气体量将会显著增加，在脉冲反应作用下，将产生剧烈爆炸。因此，初始压力越大，容器内部压力最高值将会提升，容器内压力上升速度同样也会加快，使得爆炸过程更为剧烈。在实际作业过程中，若初始压力持续处于高壓的状态，在爆炸事故产生时，将无法达到泄爆要求。
在煤矿井下特殊作业时，必须实施井下探防水处理，主要指在采矿过程中必要的一种超前勘探方案，旨在明确采掘范围内的额陷落柱、导水通道的具体形态，进而释放积水，确保煤矿安全生产。因此，为避免透水事故的产生，必须多角度、全方位实施探放水计划，确定管道容器的初始压力，并严格按照要求制定采掘规划，做好现场管理，制定应急预案，确保压力容器设施的正常运行，降低潜在风险的发生几率。
三、结束语
综上所述，在简单泄爆过程中，容器内的压力最高值并非伴随初始压力的上升而规律性增加。而在容器通过导管泄爆过程中，其初始压力越高，且容器内压力最高值也会随之上升，上升速率同时会升高，此时导管入口与容器内的压力差将会变大，导管入口部分的火焰速率将会同时变大，爆炸将会愈发剧烈。因此，必须严格控制初始压力，降低爆炸风险，减少不安全事故发生的可能性。
参考文献：
[1]尤明伟，蒋军成，师喜林等.球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟[J].工业安全与环保，2010，36（5）：28-29
[2]喻源，蒋军成，张庆武等.球形容器泄爆收容的实验分析[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2012，13（5）：544-548
[3]喻源，张庆武，蒋军成等.球形容器在弯管条件下的泄爆收容[J].南京工业大学学报（自然科学版），2012，34（3）：27-30
[4]张庆武，蒋军成，喻源等.初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响[J].化工学报，2014，65（4）：1544-1550