Numerical Simulation on the Gas Explosion Propagation Related to Roadway

AbstractBased on the combustion, explosions and air dynamics and related theory etc, this paper describes the mathematical model of gas explosion in detail, combined with the gas explosion transmission mechanism, make a research on two wave-three area structure of gas explosion and the energy change rule of the array face of precursor wave and the array face of flame wave, with the fluid dynamics analysis Fluent software, this paper makes a numerical simulation and analysis on the overpressure transmission rule when gas explosion takes place in different types roadways. The results of the study show that: Fluent software can be used to accurately simulate gas explosion condition, when explosion wave spreads in the roadway turns, the bigger of the overpressure value in corner, the stronger of the destructive power; when tunnel has bifurcation, the overpressure will release in bifurcation, but explosions wave with flame wave will produce more powerful destruction effect. The research results can be used as a certain reference for how to prevent and control the gas explosion, and how to reduce the power of the gas explosion etc

Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Effects of Internal Gas Explosion on an Underwater Tunnel Roof

An underwater reinforced concrete tunnel roof is subjected to an internal gas explosion. Dynamic analyses are performed for three cases, namely, (1) an uncoupled solution, (2) class II coupling analysis and (3) full model with class I and II couplings. Three load cases are considered, dead (gravity) load, uniformly distributed vertical loads from sand and water and finally an internal pressure gas explosion. Linear and non-linear constitutive relationships are considered for the materials constituting the gas explosion problem. Results include time deflection of tunnel roof, time histories of stresses in vertical reinforcing bars and contours of concrete stresses for tunnel roof. By conducting analyses from various models, the question whether the tunnel would be damaged to such an extent that its serviceability would be impaired is investigated

Numerical simulation on structural safety and dynamic response of coal mine rescue ball with gas explosion load using Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) algorithm

Coal mine rescue devices, which can supply miners underground with fundamental shelters after gas explosion, are essential for safety production of coal mines. In this paper, a novel and composite structure-rescue antiknock ball for coal mine rescue is designed. Further, the structural safety and dynamic response under gas explosion of the antiknock ball is investigated by ALE algorithm. To achieve this goal, the ALE finite element method is described in dynamic form, and governing equations and the finite element expressions of the ALE algorithm are derived. 3 balls with different structures are designed and dynamic response analysis has been conducted in a semi-closed tunnel with explosive load of pre-mixed gas/air mixture by using ALE algorithm based on explicit nonlinear dynamic program LS-DYNA. Displacement field, stress field and energy transmission laws are analyzed and compared via theoretical calculations. Results show that the cabin door, emergency door and spherical shell are important components of the rescue ball. The 3# composite ball is the optimization structure that can delay the shock effect of the gas explosion load on a coal mine rescue system; the simulation results can provide reference data for coal mine rescue system design

Experimental and computational Fluid Dynamics study of separation gap effect on gas explosion mitigation for methane storage tanks

This paper presented both experimental and numerical assessments of separation gap effect on vented explosion pressure in and around the area of a tank group. A series of vented gas explosion layouts with different separation gaps between tanks were experimentally investigated. In order to qualitatively determine the relationship between the separation gap distance and explosion pressure, intensive computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, verified with testing data, were conducted. Good agreement between CFD simulation results and experimental data was achieved. By using CFD simulation, more gas explosion cases were included to consider different gas cloud coverage scenarios. Separation gap effects on internal and external pressures at various locations were investigated

Study of quasi-distributed optical fiber methane sensors based on laser absorption spectrometry

The coal industry plays an important role in the economic development of China. With the increase of coal mining year by year, coal mine accidents caused by gas explosion also occur frequently, which poses a serious threat to the life safety of absenteeism and national property safety. Therefore, high-precision methane fiber sensor is of great significance to ensure coal mine safety. This paper mainly introduces two kinds of quasi-distributed gas optical fiber sensing systems based on laser absorption spectroscopy. The gas fiber optic sensor based on absorption spectrum has high measurement accuracy, fast response and long service life. One is quasi-distributed optical fiber sensing system based on spatial division multiplexing (SDM) technology and the other is quasi-distributed optical fiber sensing system based on optical time domain reflection and time division multiplexing(TDM) technology