利用爆轰理论评估隧道中瓦斯爆炸破坏效应

赵俊龙 王 泓 章 毅

(总参工程兵第四设计研究院，北京 100036)

利用爆轰理论评估隧道中瓦斯爆炸破坏效应

赵俊龙 王 泓 章 毅

(总参工程兵第四设计研究院，北京 100036)

利用化学反应式及混合爆炸气体的爆轰理论计算出爆轰波的速度，爆轰结束瞬间爆炸产物的温度、爆轰波超压、冲击波超压等物理力学参数；结果表明瓦斯爆炸温度很高，引起的爆轰波超压和冲击波超压都很大;一旦爆炸发生，对内部人员、设备和工程结构将造成非常大的危害,提出减少该类事故应重在预防。

地下工程，隧道，瓦斯，爆炸，爆轰波，冲击波

0 引言

2017年5月2日，成贵快铁在建的七扇岩隧道发生瓦斯爆炸，造成了重大事故。在含瓦斯浓度较高的地层附近修建地下工程时常常会面临瓦斯爆炸的风险。

爆轰参数会受到初始温度和初始压力、瓦斯流场的影响[1,2]；为此，进行以下假设：

1)爆炸发生在一维的平直掘进巷道中；2)初始状态为常温、常压(293 K，标准大气压)，瓦斯与空气混合均匀；3)以点源来点燃爆炸；4)瓦斯混合气体的主要成分是N2,CH4,O2，体积分数分别为8/11,1/11,2/11，此时爆炸威力最大。

1 化学反应式与热力学参数

1.1模型建立

化学式为(均为气态，转化热Qv=191.8 kcal=802.36 kJ)：

8N2+CH4+2O2=8N2+CO2+2H2O+191.8 kcal

(1)

1.2混合气体爆炸分解的反应温度

混合气体爆炸分解的温度变化由爆热和生成物的定容热容两个因素决定：

(2)

根据量子理论，气体热容由对应于分子平动、转动和振动自由度的三部分叠加而成：

(3)

对于平动和转动所对应的定容热容，热力学给出:

(4)

其中，Cp为定压热容；……