摩擦火花引燃瓦斯机理研究：温度阈值与传热模型

"摩擦火花引爆瓦斯时点燃温度特性理论研究 (2004年)" 本文是一篇关于摩擦火花引发瓦斯爆炸的理论研究论文，属于自然科学领域，详细探讨了摩擦火花如何引燃瓦斯的机制。作者团队包括来自中国矿业大学北京校区安全工程系和开漆集团有限责任公司的专家。他们基于国内外的现有研究成果，分析了摩擦产生高温热痕导致瓦斯爆炸的物理过程。 摩擦火花引燃瓦斯的机理主要包括以下几个关键点： 1. 摩擦热痕形成：当机械设备在切割硬质石英砂岩时，切割面与砂岩之间产生摩擦，导致接触面温度急剧升高，直至达到材料的熔点，形成高温热痕。 2. 热痕与环境的热交换：这些高温热痕随后与周围的风流和岩壁进行热交换，其中包括一维瞬态热对流和导热。此过程被假设为一个具有固定温度边界的半无限大固体问题。 3. 燃烧与传热理论：利用燃烧学和传热学的理论，作者深入分析了摩擦能转化为引燃瓦斯的能量转换过程。摩擦火花的产生和瓦斯的引燃涉及热量传递、链反应以及燃烧的动态平衡。 4. 微分方程建立：为了量化这一过程，作者建立了描述高温热痕与岩壁和风流之间导热和对流的微分方程，并通过拉普拉斯变换来求解，得出摩擦火花引燃瓦斯的温度阈值。 5. 温度阈值计算：通过上述数学模型，可以计算出引发瓦斯爆炸的最低温度条件，即摩擦火花必须达到的点燃温度。 6. 实际应用背景：文中指出，随着煤矿采掘机械化水平的提高，摩擦火花引发的瓦斯爆炸事故增多，因此这类研究对于矿井安全至关重要。瓦斯爆炸事故不仅造成大量人员伤亡，还带来严重的经济损失。 这篇论文通过深入的理论研究，为防止和控制摩擦火花引发的瓦斯爆炸提供了科学依据，有助于提升矿井安全生产水平。通过理解这一机理，可以设计更有效的防护措施，例如改善设备材料、优化作业过程，以及提高对工作环境温度监控的精度，从而降低瓦斯爆炸的风险。