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。     

痛失的“31分钟”和“11分钟”

从最近公布的大平矿瓦斯爆炸事故中得知:从瓦斯传感器的瓦斯浓度突增报警信号发出到瓦斯爆炸之间有31分钟间隔(22时09分到22时40分)。从“2·14”孙家湾矿瓦斯爆炸事故调查中得知;从矿震发生到瓦斯爆炸之间有11分钟间隔。这说明这两起瓦斯爆炸事故并非人力不可抗拒,也非爆炸事故发生前人们来不及有所作为的“天灾”。大平矿的调度员接到瓦斯传感器报警后,没有采取任何措施,既没有停电,也没有撤人,贻误了宝贵的时机。当时值班的通风科科长擅离职守,空岗逍遥。孙家湾矿的监测人员接到瓦斯传感器报警后,因无法下令断电,只得逐级请示上级,既没有停电,也没有撤人,逐级请示     

初始瓦斯浓度对爆炸温度影响实验研究*

为探索瓦斯爆炸过程中温度变化规律,基于球形爆炸实验,研究不同初始瓦斯浓度条件下爆炸温度及爆炸温度与爆炸压力之间的相互作用关系。结果表明:随初始瓦斯浓度升高,在6.5%(低浓度)、9.5%(当量浓度)、12%(高浓度)时出现爆炸温度极大值,分别为995,932,1 153 K;爆炸过程中温度延迟时间及升温时间与初始瓦斯浓度曲线均呈U型变化,当初始瓦斯浓度约为9.5%(当量浓度)时,温度延迟时间及升温时间变化较小;当初始瓦斯浓度在爆炸上限浓度（16%）和下限浓度（5%）附近时,受瓦斯浓度影响变化较大;初始瓦斯浓度在9.5%时,瓦斯爆炸过程中的压力波促进火焰燃烧波的反向传播,出现二次升温现象。研究结果可为完善瓦斯爆炸温度变化机理、提高灾害防控技术提供依据。     

煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究

分析瓦斯爆炸事故的瓦斯积聚原因、引爆火源和引爆地点等事故特征及其分类,统计并分析1988—2008年发生的563次瓦斯爆炸事故的基本特征和耦合规律,结果表明:通风混乱等通风系统问题导致瓦斯缓慢积聚的瓦斯爆炸事故占90.6%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯占事故的78.6%;发生在采掘工作面的瓦斯爆炸事故占69.4%;通风系统问题导致瓦斯积聚的瓦斯爆炸事故主要发生在采掘工作面和巷道,占81.3%;通风系统问题导致瓦斯积聚的事故其引爆火源主要是电火花,占72.8%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯主要发生在采掘工作面和巷道,占73.2%。有效预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故需切实加强通风管理、电气管理和严格放炮操作与程序。     

受限空间中CO与水蒸汽阻尼瓦斯爆炸的反应动力学模拟研究

为了探求一氧化碳与水蒸汽参与瓦斯爆炸的化学反应动力学过程的阻尼效应,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的数学模型。数值计算结果表明,结果表明在瓦斯爆炸过程中,瓦斯-空气混合气体含有10%的一氧化碳,虽然会延迟瓦斯爆炸时间,抑制瓦斯爆炸,但是H、O自由基浓度、瓦斯爆炸温度和压力比不加入一氧化碳时升高,同时对CO2、NO的生成起促进作用;当混合气体中含有10%的水蒸汽时,H、O自由基浓度降低,瓦斯爆炸温度和压力也随之降低,致灾性气体CO2、NO的生成得到抑制。虽然一氧化碳对瓦斯爆炸有一定的阻尼效应,但是由于一氧化碳对部分致灾性气体的生成有促进作用,因此,在阻尼瓦斯爆炸方面,水蒸汽的效果要好于一氧化碳。     

瓦斯爆炸事故的混沌特性及其控制方法初探

我国煤炭地下开采占全部产量的 96 % ,含瓦斯煤层多 ,高瓦斯矿井和突出矿井占矿井总数的4 4 % ,由瓦斯引发的爆炸事故的伤亡人数占全部矿井事故伤亡总数的 6 5 %。针对我国煤矿安全生产的严峻形势 ,笔者在对瓦斯爆炸事故特性进行分析的基础上 ,应用混沌理论对瓦斯爆炸事故的风险以及控制方法进行初步探讨 ,初步建立了瓦斯爆炸事故混沌特性分析模型 ,对预防和控制瓦斯爆炸事故的发生 ,改善矿井安全生产状况具有指导意义。     

隔爆水幕对瓦斯爆炸传播规律影响的试验研究

为研究自制隔爆水幕抑制瓦斯爆炸的有效性,采用大直径瓦斯爆炸试验管道系统,在不同瓦斯浓度和不同水幕流量条件下进行瓦斯爆炸试验,利用数据采集系统测量瓦斯爆炸特性参数并对其变化规律和隔爆效果进行分析。结果表明:瓦斯浓度9.5%时经过隔爆水幕抑制作用,瓦斯爆炸压力峰值由64 kPa下降到39 kPa,衰减了39%;温度峰值由969 K下降到498 K,衰减了49%;速度最大值由136 m/s下降到73 m/s,衰减了15%。虽然隔爆水幕对不同浓度瓦斯产生的爆炸起到良好的抑制效果,但隔爆之后的传播规律依然受到瓦斯浓度影响。隔爆水幕对瓦斯爆炸的抑制效果取决于喷水流量的大小,随着流量的增加,水幕的隔爆效果增强,喷头最佳的工作流量为16.4 L/min。     

不同工况下泄爆门快速封闭泄爆特性试验研究

为研究泄爆门对瓦斯爆炸特征参数的影响,并验证其泄爆效果和快速封闭性能,自制大尺寸瓦斯爆炸管道试验系统,在瓦斯体积分数为5.5%、7.5%、9.5%和11.5%的工况下进行爆炸试验,通过数据采集系统收集瓦斯爆炸特性参数,分析其变化特征和泄爆效果。结果表明:4种工况下,爆炸压力波压力峰值分别衰减了42.25%、50.54%、53.27%和52.88%;随着瓦斯体积分数的增大,爆炸压力峰值以二次函数关系衰减,平均封闭火区14 h,说明泄爆门具有显著泄爆特性和快速封闭火区的作用;温度变化特征基本一致,无论瓦斯体积分数如何变化,泄爆门对瓦斯爆炸火焰没有抑制作用; 4种工况下火焰传播速度最大平均值分别为103.56、105.73、136.67和138.34 m/s。     

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。     

受限空间内C_2H_6对瓦斯爆炸的促进机理研究

为了研究受限空间内C2H6对瓦斯爆炸的影响,采用GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理对定容燃烧反应器内瓦斯爆炸过程中压力、温度变化趋势进行详细分析,同时,对瓦斯爆炸过程中关键反应步进行敏感性分析。结果表明:混合气体中依次充入0.5%、1%、1.5%、2%的C2H6,瓦斯爆炸压力、温度明显增加。其中,与混合气不含C2H6相比,加入2%的C2H6后,达到瓦斯爆炸最大压力、最高温度所对应的CH4体积分数都提前了3%,且爆炸最大压力增大了0.004MPa,爆炸最高温度升高了20K;混合气中加入C2H6,促进CH4生成反应步的敏感性系数大幅度下降,促进CO、NO生成反应步的敏感性系数升高。C2H6对瓦斯爆炸起促进作用,且随着C2H6含量的增加,瓦斯爆炸强度增大,同时,C2H6促进致灾性气体CO、NO的生成。     

煤矿瓦斯爆炸事故统计分析及应急管理研究

为研究近几年我国煤矿瓦斯爆炸事故特征，统计分析了2015—2021年发生的63起瓦斯爆炸事故，运用数理统计法、改进人因分析与分类系统(Human Factor Analysis and Classification System, HFACS)模型、卡方检验和让步比分析法对瓦斯爆炸事故的发生规律和致因因素进行了研究。结果表明：山西、陕西、黑龙江3个省瓦斯爆炸事故起数和死亡人数分别占全国的28.57%和37.9%,是重点防控省份；每年的12月发生的瓦斯爆炸事故最多，造成的伤害最大，且在交接班时段及每班接班后的第1～2 h事故频发率最高；管理因素、组织氛围缺失、监督不到位、操作者不良状态、操作失误是影响瓦斯爆炸的5大高频致因因素和导致瓦斯爆炸发生的高频因果链，是瓦斯爆炸事故应急管理的防控重点。     

瓦斯爆炸实验研究进展及展望

瓦斯爆炸事故是煤矿的主要灾害之一,为了预防和控制煤矿井下瓦斯爆炸事故的发生,国内外研究者采用理论、实验室实验和数值模拟实验等手段对瓦斯爆炸机理、瓦斯爆炸传播规律等进行了深入研究,本文从瓦斯爆炸实验室实验和瓦斯爆炸数值模拟实验两方面入手,对瓦斯爆炸的研究进展情况进行了分析总结.对于瓦斯爆炸实验室研究,分析总结了现有瓦斯爆炸实验手段以及瓦斯爆炸传播特性研究情况;对于数值实验研究,分析总结了瓦斯爆炸数值模拟模型、现有瓦斯爆炸数值模拟商业软件以及软件应用情况.最后对瓦斯爆炸未来需要深入研究的问题提出了展望.     

含瓦斯腔体及内置ABC干粉对瓦斯爆炸影响研究

为探索一种瓦斯泄漏至硐室结构后发生爆炸的抑制方法,自行搭建管径为200 mm、总长为17 500 mm并含500 mm×500 mm×200 mm(长×宽×高)腔体的大型圆管爆炸试验系统,测试该尺寸腔体内含瓦斯和其内置ABC干粉的抑爆效果;利用数值模拟方法,分析上述尺寸腔体内含瓦斯时的爆炸传播特征。结果表明:无瓦斯腔体结构对瓦斯爆炸有较好抑制效果,而含瓦斯腔体结构则相反,其腔体后较腔体前爆炸火焰及冲击波峰值超压分别增大1. 68倍和1. 45倍;含瓦斯腔体结构内置ABC干粉量分别为400和300 g时,腔体后较腔体前的爆炸火焰大小及冲击波峰值超压由增加变为减小,当内置ABC干粉量为600 g时,火焰及冲击波抑制率较无内置ABC干粉时抑制率分别提高108. 4%和77. 46%。     

锚索拉断火花引爆瓦斯的实验研究

设计了锚索拉断火花引爆瓦斯实验装置 ,在瓦斯浓度为爆炸范围的环境中 ,对锚索拉断时产生火花规律及引起瓦斯爆炸的可能性进行了一系列实验研究。结果表明 :锚索拉断产生火花的概率为 5 0 % ,锚索钢绞线破断产生的火花不能引起瓦斯爆炸。采用红外热成象仪对锚索拉断火花温度的测试表明 ,锚索拉断产生的火花最高温度远小于瓦斯爆炸所需的最低点燃温度 6 5 0℃。     

受限空间瓦斯爆炸与氢气促进机理研究

为探索受限空间中瓦斯爆炸及氢气对爆炸过程的影响,采用GRI-Mech 3.0甲烷燃烧机理,建立受限空间中瓦斯爆炸的数学模型,应用CHEMKIN软件,对受限空间内瓦斯爆炸过程及氢气对反应物浓度、活化中心浓度、主要致灾性气体浓度的影响进行模拟分析。通过对反应机理的敏感性分析,找出影响瓦斯爆炸及爆炸后主要致灾性气体生成的关键反应步。结果表明:混合气中分别充入0.5%,2%,3.5%氢气时,爆炸时间分别提前0.005 7,0.010 5,0.011 1 s;爆炸后压力分别提高2.53,4.05,7.60 kPa;爆炸后温度分别提高20,60,100 K。由此可见,随着混合气中氢气含量的增加,瓦斯引爆时间越来越短,其爆炸强度也随之增大,且氢气在一定程度上对有害气体CO,CO2,NO,NO2的生成有很大影响。     

大直径瓦斯管道泄爆门泄爆特性试验研究

为研究泄爆门对瓦斯爆炸特性参数的影响,自制大直径瓦斯管道爆炸试验系统,在有无泄爆门2种工况下进行瓦斯爆炸试验;通过高速数据采集模块及工控机采集瓦斯爆炸特性参数,分析其变化特征和泄爆效果。结果表明:瓦斯质量分数为9. 5%时泄爆门工况下的最大压力是空管工况的1. 65倍,压力达到稳定状态的时间有所缩减;爆炸冲击波从测点1传播到测点3时,泄爆门工况下爆炸压力衰减率为62. 5%,空管工况仅为14. 3%,泄爆门显著衰减了爆炸压力;火焰温度的衰减与泄爆门无关; 2种工况下火焰传播速度的最大平均值分别为136. 67和113. 56 m/s。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

低瓦斯矿井中毒原因与防治对策

在煤炭开采过程中,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯中毒、窒息,矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生,在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大,从每年全国发生的事故统计中来看,煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中,瓦斯爆炸事故,约占特大事故总数的70%左右,因此,瓦斯称为煤矿的灾害之王.     

对发生在同一矿井的两起瓦斯爆炸事故的分析

瓦斯爆炸事故是煤矿生产重大人身伤亡事故,不仅使矿井遭到破坏,而且造成较多人员伤亡。黑龙江省自建国以来至1994年5月止,发生一次死亡20人以上瓦斯煤尘爆炸事故23起,死亡864人。因此,防止瓦斯爆炸事故是煤矿安全生产工作中的首要任务。而在同一个矿井,在不到3年的时间内发生两起井下人员全部死亡的瓦斯爆炸事故,这在全国是罕见的。     

煤矿水平巷道火区瓦斯爆炸易爆区域判定研究

为解决高瓦斯易自燃煤层火区封闭与启封时常发生瓦斯爆炸的问题,通过试验分析得出瓦斯爆炸界限影响因素,并采用COMSOL数值软件研究水平巷道火区气体分布规律,从中提取温度场与浓度场数据。根据试验数据,判定火区易爆点及易爆区域。结果表明:瓦斯爆炸界限随着温度的升高及CO的混入均扩大;注入N2与CO2后,失爆氧体积分数分别为13.4%和15.8%;火区封闭初期未形成易爆区域,随着火区封闭的进行,易爆点逐渐向爆炸三角形移动,当封闭至入口,风速为0.1 m/s时,易爆点移至三角形内部,火区形成易爆区域,其位于火源上风侧距火源点10.45 m处;温度对瓦斯爆炸界限影响较CO浓度影响大。