小尺度水平玻璃管中煤尘爆炸火焰传播特性影响因素研究

为研究煤尘爆炸火焰传播特性影响因素,采用小尺度玻璃管煤尘爆炸试验装置,对不同变质程度煤尘爆炸火焰传播特性影响因素展开试验分析。结果表明,煤尘爆炸初期,t=125 ms时焰峰尖锐,t=250 ms时焰峰趋于平滑,t=375 ms时焰峰基本全部钝化。在t=0~375 ms过程中,焰峰宽度、横截面积、亮度均不断增大。褐煤在600~700 ms时火焰传播距离达最大值74 cm,表明低变质煤中释放的可燃挥发分气体延长了火焰周期,增加了火焰长度。当p处于0.03~0.05MPa时各煤质l_1随p增大均呈递增趋势,p0.05 MPa时褐煤与不粘煤的l1有平缓且下降趋势,而气煤与长焰煤的l_1仍有上升态势。褐煤、气煤、长焰煤的l_1随T增大呈显著上升趋势,而不粘煤的l1随T存在一定波动。当k达到3g时褐煤与气煤均不再爆炸,而长焰煤与不粘煤在k达到4g时才失去爆炸性,表明褐煤与气煤对碳酸盐粉抑爆敏感度相对较高。     

水平管内不同煤质煤尘爆炸火焰传播特性实验研究

为研究水平管道空间不同煤质煤尘爆炸火焰传播特性，选取褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤4种煤尘，对爆炸火焰焰峰特性、火焰加速传播特性、火焰传播距离与持续时间展开研究。研究结果表明:褐煤在500 ms内焰峰的形状由尖锐向平滑再向钝化不断演变，长焰煤与不粘煤在375 ms时焰峰前端出现明显焰体分离现象，分析认为这与管体冷壁效应、空间尺度效应及空间氧气消耗直接相关；气煤在375 ms时焰峰出现大面积火焰碎纹，说明气煤爆炸火焰猛烈传播的持续时间相对较短，整体爆炸强度相对较弱；褐煤与长焰煤爆炸火焰存在2次间断性加速，分析认为这与管体空间受限、常温管壁散热、局部助燃氧气瞬间不足等因素有关；褐煤在爆炸后400～600 ms内火焰2次加速完全，火焰传播距离达740 mm，明显大于长焰煤、不粘煤与气煤，说明低变质褐煤爆炸火焰持续时间更长，火焰传播距离更远且传播更剧烈；虽然气煤火焰最远传播距离比长焰煤大30 mm，但由于气煤火焰在375 ms左右出现大片火焰碎纹，因此气煤整体的爆炸强度小于长焰煤。     

不同煤质煤尘层最低着火温度特性及其影响因素研究

为研究不同煤质的煤尘层最低着火温度特性及其影响因素,选取褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤8种不同变质程度的煤尘样品,测试分析8种煤尘层的最低着火温度及最低着火温度工况下煤尘层着火类型、着火时间,并研究了粒径和煤尘层厚度对煤尘层最低着火温度的影响。结果表明,随变质程度由褐煤逐渐增大,最低着火温度T_L由290℃不断增大。褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤为a类着火,其着火时间较为接近,均值为19. 5 min,而焦煤、瘦煤和贫煤为c类着火,着火时间均值为11 min,表明随变质程度增大,虽然TL增大,但着火时间明显缩短。通过分析最低着火温度工况下不同煤质的温度T-时间t变化情况,认为褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤煤尘层温度曲线中出现明显上下波动现象,是因为煤尘层厚度有限,无法长时间积聚能量。通过构建TL与粒径r、煤尘层厚度d的三维空间拟合模型,发现粒径小、厚度大的煤尘层具有更大的着火敏感性和爆炸潜伏性,更应加强防范。     

不同煤质煤尘云最低着火温度与最小着火能量试验

为研究不同煤质煤尘云着火敏感特性,采用相关试验设备测试了褐煤、长焰煤、不黏煤、气煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤的最低着火温度与最小着火能量。结果表明,挥发分越大、氧元素含量越小的煤尘越容易着火,表明煤尘云着火是由可燃气相所主导。通过建立TC与Vad、r三维拟合模型,得出高挥发分、小粒径煤尘颗粒更容易着火的结论。通过岩粉抑爆试验验证了75μm粒径Ca CO3岩粉可有效增大煤尘云的最低着火温度。在测试8种煤尘云最小着火能量基础上,发现褐煤的EC仅为30 m J,无烟煤的EC达300 m J,表明变质程度越大,所需最小着火能量越大。贫煤的EC为250m J,是长焰煤EC的4.2倍,可见不同烟煤在着火敏感特性上也有一定差异。进一步测试得出:无烟煤质量浓度为2.08～2.5 g/L时最容易着火;除无烟煤外的其余7种煤尘云在t=1 s达到最容易着火状态。无烟煤、贫煤、瘦煤喷粉压力为0.5～0.6 MPa时最容易着火;不黏煤、气煤、焦煤喷粉压力为0.4～0.5 MPa时最容易着火;褐煤与长焰煤喷粉压力为0.3～0.4 MPa时最容易着火。     

4种典型易燃烟煤的着火特性分析*

为了研究典型易燃烟煤的着火特性，预防和控制煤尘爆炸，采用粉尘云最低着火温度实验装置和同步热分析仪，分别研究崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤4种烟煤在不同条件下的煤尘云最低着火温度和煤尘热解过程。研究结果表明:当煤尘云浓度从0.90 kg/m3上升到5.99 kg/m3时，4种煤尘的最低着火温度先降后升，在1.50 kg/m3煤尘云浓度时，4种煤尘的最低着火温度均达到最小，分别为450，580，610，620 ℃。随着升温速率的升高，煤的着火温度、峰值温度、燃尽温度和煤样最大放热量整体呈上升趋势，失重率整体呈下降趋势，在5~20 ℃/min的升温速率范围内，崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤热解过程中的最小着火温度分别为354.17，404.37，443.18，484.13 ℃。4种烟煤的最低着火温度和热解过程中的最小着火温度有相对应关系，研究结论可为以上4个煤矿的具体煤样研究和数据分析提供参考依据。     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播特性试验

为了进一步探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,在自行设计搭建的半封闭竖直管道内,选用褐煤、烟煤和无烟煤3种煤样分别进行爆炸试验,并通过改变煤尘质量浓度来观察不同煤种条件下瓦斯煤尘爆炸反应强度,研究不同煤种条件下煤尘质量浓度对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。结果表明,在瓦斯体积分数和煤尘质量浓度相同的条件下,褐煤爆炸产生的火焰传播速度最大,无烟煤最小。这是因为褐煤的挥发分含量较高,而影响爆炸火焰传播速度的主要原因是煤尘在加热情况下释放出的可燃气量,即煤种的挥发分含量,挥发分含量越大,瓦斯煤尘爆炸火焰传播速度也就越大。褐煤和烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加而增加,直至传播至管道外部;无烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加呈现先上升后下降的状态。在试验中,3种煤种和瓦斯爆炸时产生火焰最大传播速度的位置距离爆炸源较远。瓦斯煤尘爆炸产生的火焰稳定性较差,在传播过程中速度变化不稳定,存在较大的波动。火焰传播速度与煤尘质量浓度不成正比,在一定范围内,适当增加煤尘质量浓度可以大大提高瓦斯煤尘爆炸的反应强度,且存在一个最佳的煤尘质量浓度50 g/m3,使火焰传播速度达到最大。     

拐弯角度对瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸的影响研究

为研究瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸在不同拐弯巷道内的传播特征,首先采用不同角度拐弯管道模拟煤矿井下拐弯巷道结构;然后利用煤尘爆炸试验系统,通过试验监测管道内不同位置的冲击波压力值和火焰传播速度值;最后研究不同拐弯角度管道内瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸冲击波和火焰在拐弯前后的变化特征。结果表明:瓦斯填充长度一定的情况下,沉积煤尘爆炸冲击波峰值超压先减小后增大,到达管道拐弯后,急剧减小;冲击波峰值超压衰减率随着管道拐弯角度的增大而增大,角度越大,峰值超压衰减越快;火焰传播速度先增大后减小,经过拐弯管道后,速度突然增加;火焰传播速度变化率随拐弯角度的增大而增大,角度越大,速度增幅越大。     

不同自燃倾向性煤的指标气体产生规律实验研究

为研究不同自燃倾向性煤的自燃指标气体变化规律，提高对煤早期自燃预测预报的准确度，采用程序升温实验系统，得到内蒙古褐煤、神东长焰煤、河南气煤及枣庄焦煤4种不同变质程度煤的氧化时间随温度的变化关系，以及指标气体浓度在煤氧化过程中的变化规律。结果表明:自燃倾向性最高的褐煤应以CO和乙烯作为煤自燃早期预报的首选指标气体；易自燃的长焰煤应采用乙烯和烯烷比为主、以CO为辅的煤自燃判定指标；自燃倾向性较低的气煤应以乙烯和烯烷比作为煤自燃预报指标；CO是自燃倾向性最低的焦煤的最佳自燃预报指标气体。     

大尺度管道中煤粉爆炸的试验研究

煤粉爆炸传播特性的试验研究对于深入了解和预防矿井煤尘爆炸事故有重要意义。利用自制的长29.6 m,内径199 mm的试验管道,对煤粉-空气混合物爆炸压力波传播过程进行试验研究。采用压电传感器测量压力信号,得到爆炸压力波沿管道传播过程中不同测点处的压力时间历程曲线,探讨煤粉粒度和浓度对其爆炸超压的影响规律。结果表明:煤粉-空气混和物在弱点火条件下能够实现粉尘火焰的形成和传播。煤粉爆炸压力波传播过程中速度为400~430 m/s,峰值超压为68~72 kPa。煤粉爆炸峰值超压随着煤粉粒度的减小而增大,但煤粉粒度对其爆炸峰值超压的影响程度随着浓度的增加将逐渐减弱。     

煤粉粒径对粉尘爆炸影响试验研究与数值模拟

为分析煤粉粉尘的爆炸特性,利用20 L爆炸球测试装置与Fluent软件,试验研究煤粉粒径、质量浓度对煤粉云最大爆炸压力、爆炸指数的影响。结果表明,当试验环境温度为293~303 K时,点火能量为10 k J,粒径为26,73和115μm等3种粉尘云的最大爆炸压力均随着粉尘质量浓度的增加先升后降,在350 g/m3处达到最大值。同一粉尘质量浓度下,最大爆炸压力、爆炸指数均随着粒径的减小而增大。在60~120 ms时间内,粒径为26μm、质量浓度为350 g/m3的粉尘颗粒在球体内能保持一定的稳定状态,60 ms左右扩散达到相对均匀状态。爆炸后,燃烧最高温度为2 060 K,未燃区温度由300 K上升至375 K。粒径为26μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅱ级,粒径为73和115μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅰ级。     

竖直管道内煤尘浓度对瓦斯爆炸特性影响研究

为研究不同煤尘质量浓度对瓦斯爆炸的影响,采用自主搭建的竖直管道,开展质量浓度为25、50、100、200 g/m3的4种煤尘与体积分数为9%的瓦斯混合爆炸试验,分析爆炸室和传播管道内爆炸压力及火焰传播变化特征。结果表明:增加煤尘质量浓度,混合爆炸压力减小;爆炸室和传播管道内的爆炸特性对煤尘的敏感性不同,爆炸室内爆炸压力对高浓度煤尘较敏感,传播管道内爆炸压力对低浓度煤尘较敏感;煤尘的参与,能促进爆炸室和传播管道内火焰的发展,而煤尘质量浓度的增加主要影响爆炸室后段中的火焰发展,对传播管道内火焰的发展有明显的促进作用,当煤尘质量浓度为50 g/m3传播管道内火焰发展速度最快。     

管道内瓦斯煤尘共混爆炸温度特性

采用瞬态火焰传播实验系统,对7%,8%,9%,10%和11%的瓦斯体积浓度分别与不同浓度的长焰煤煤尘混合,并使用直径25 μm的Pt/Rh13-Pt微细热电偶测量温度,揭示受限空间内瓦斯与煤尘混合爆炸温度特性。结果表明:煤尘浓度一定时,随着瓦斯浓度的增加,爆炸温度先增加后减小;纯瓦斯浓度在10%时爆炸温度最高,加入煤尘后的混合体系中,瓦斯浓度为9%时爆炸温度最高;瓦斯浓度不变时,随着煤尘浓度的增加,爆炸温度一直减小;7%~11%瓦斯分别与130 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别为1 333.6,1 475.4,1 511.4,1 455.6,1 396.4 ℃;与9%纯瓦斯爆炸相比,9%瓦斯与130,260,520,780 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别降低7.2%,11.5%,15.0%和22.9%。结论得到的瓦斯煤尘共混爆炸温度数据可为煤矿灾害高温防护提供参考依据。     

煤尘挥发分及粒径对爆炸火焰长度的影响研究

为研究煤尘挥发分及粒径对爆炸火焰长度的影响及其变化规律,选取挥发分含量不同的四种典型烟煤煤样,分别制备成31.5、44、62.5、81.5、119、>150 μm六种粒径,利用煤尘爆炸性鉴定装置测试其爆炸火焰长度,并对其爆炸火焰长度变化规律进行分析。结果表明:随着挥发分含量的增加,不同粒径级别的煤尘爆炸火焰长度均呈增长趋势;在挥发分含量较低的区间,挥发分含量增加对爆炸火焰长度影响不大;在挥发分含量较高的区间,随着挥发分含量的增加其爆炸火焰长度也急剧增加,并且粒径越小增加的越快。对于同一实验煤样,随着粒径的增大,其爆炸火焰长度逐渐减小,粒径增大到150 μm以上时爆炸火焰几乎消失。爆炸火焰长度随粒径变化的变化率根据实验煤样的不同,呈现出两种变化规律,挥发分含量为18.99%和27.52%煤样的爆炸火焰变化率先增加再减小再增加,挥发分含量为32.20%和39.74%的煤样呈现先增加再减小的趋势,但四组实验煤样的爆炸火焰长度变化率都在44～62.5 μm的粒径变化量时达到最大值。     

高炉喷吹用潞安贫瘦煤爆炸下限与返回火焰长度的试验研究

该试验通过测定爆炸下限与返回火焰长度这两个参数来确定4种煤粉的爆炸性。爆炸下限指能使喷入一定装置中的粉尘云点燃并维持火焰传播的最小粉尘浓度,是确定粉尘爆炸性重要参数,试验室通常使用20L的爆炸装置进行测定。喷吹现场广泛采用长管式煤粉爆炸性测试仪检测煤尘引燃后产生的返回火焰长度,该长度随煤粉爆炸性的强弱而显著变化:返回火焰长度大于600 mm可认定该煤粉具有强爆炸性;在400~600 mm之间则煤粉具有中强度爆炸性;小于400 mm则煤粉具有弱爆炸性。结果表明:20 L球测得4种煤粉的爆炸下限在60~85 g/m3之间;长管式煤粉爆炸性测定仪测得4种煤粉的返回火焰长度在20~50 mm之间。由测定的返回火焰长度可知,试验所用的4种煤样均属于弱爆炸性煤种。     

煤尘爆炸火焰传播特性因子分析与BP网络组合预测研究

为研究煤尘爆炸火焰传播规律,利用因子分析和BP网络定量预测煤尘爆炸火焰传播特性,探究工业分析指标、煤尘着火特性、环境因素和物理因素对煤尘爆炸火焰传播特性的影响。选取40个煤样,通过改造试验激波管体,实现25 m内煤尘爆炸火焰传播特性测试。将前30个煤样因子得分作为输入变量、火焰传播特性数据作为输出变量,同时添加附加动量进行BP网络训练。结果表明,煤尘爆炸火焰传播特性预测误差小于5%,网络训练预测成功,基于因子分析的网络预测精度得到提高。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆方法研究进展

为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微观机制。结果表明:火焰分形维数可以用来反应瓦斯爆炸强度,即当分形维数更接近2.2937时爆炸反应最为强烈,其爆炸过程中自由基最终生成浓度与CH 4初始浓度呈倒U型关系;当量比对煤粉火焰爆炸压力及速度也有一定影响,在最佳当量比的2倍左右时可以达到最大爆炸压力和最大火焰传播速度。另外本文亦采用泡沫陶瓷对瓦斯的多次爆炸和连续爆炸进行抑爆,发现不同厚度和孔隙的泡沫陶瓷具有不同的抑制效果,孔隙较大的泡沫陶瓷对爆炸能量有较好的抑制作用。     

煤尘爆炸危险等级模糊结构元综合决策研究

为研究煤尘变质程度对其爆炸危险性的影响,将煤尘划分为无危险性、危险性较弱、危险性一般、危险性较强4个等级,建立爆炸危险等级的模糊结构元综合决策模型。选取40种煤样进行煤质分析试验和超压、温度、火焰传播特性、粒径分散度测试试验,以此构建煤尘爆炸危险等级决策指标体系。将三角结构元引入所建模糊综合决策模型,通过对模糊指标值函数与模糊极大函数的加权海明距离排序,实现不同煤质的煤尘爆炸危险等级决策。结果表明:未变质煤尘的爆炸危险等级总体较高,高变质煤尘的爆炸危险等级普遍较低。爆炸危险等级随变质程度的增大呈下降趋势。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律研究

为了探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,采用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究瓦斯体积分数和煤尘质量浓度的改变对火焰传播规律的影响。结果表明:1)加入煤尘后的瓦斯爆炸火焰传播速度显著增大;2)在爆炸腔体内,瓦斯体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越接近50 g/m3,爆炸火焰传播速度越快;3)在传播管道内,大量的氧气从开口端进入参与反应,瓦斯体积分数和煤尘质量浓度较大的试验组,火焰传播速度会迅速上升; 4)煤尘质量浓度和瓦斯体积分数存在最佳配比,煤尘质量浓度和瓦斯体积分数偏离最佳浓度配比程度较大时,火焰传播加速度下降,传播距离变短。