甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的实验研究

在3.2 L的燃烧管道中,采用小能量的高压点火装置,通过改变甲烷体积分数、煤尘种类与粒径,研究了甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的变化规律.研究结果表明,在本文实验条件下,甲烷-煤尘混合物中甲烷体积分数的增加能明显降低煤尘的爆炸下限.对于煤尘粒径小于42 μm煤样A,当甲烷体积分数从1.8%增加到2.2%时,煤尘的爆炸下限相应从30 g/m3下降到6.25 g/m3.煤尘的爆炸下限也随着煤尘中挥发分含量的增加而降低.煤尘粒径对其爆炸下限的影响较弱.实验结果与文献中高能量化学药头点火的测试结果进行比较表明,甲烷对煤尘爆炸下限的影响趋势并不随着点火源能量的改变而改变.     

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。     

煤质指标对煤尘爆炸火焰长度影响作用的主成分分析

为研究不同煤质指标对煤尘爆炸火焰长度的影响作用,利用相关仪器对不同基准下煤的水分、灰分、挥发分等煤质指标以及爆炸火焰长度进行测定。在计算出这些煤质指标观测数据间的相关系数后发现,影响煤尘爆炸火焰长度的煤质指标数据间具有高度相关性。因此,选取十种煤样的煤质指标数据,通过多元统计分析中的主成分分析法,对影响煤尘爆炸火焰长度的煤质指标进行主成分提取,并对主成分的含义进行解释分析,命名第一主成分为"挥发分因子",第二主成分为"灰分和固定碳因子",第三主成分为"水分和着火点因子",从数据分析的角度证明了挥发分含量对煤尘爆炸火焰长度的影响作用最大,生产实践中可据此估计煤尘爆炸的危险程度,对于煤尘爆炸性鉴定及煤尘防爆工作具有指导意义。     

煤油共生矿区含油煤尘云最低着火温度试验研究

为研究煤油共生矿区含油煤尘最低着火温度的变化规律，选取3种含油浓度不同的煤样，采用粉尘云最低着火温度测定系统，研究含油煤尘云最低着火温度随含油浓度、喷尘压力及煤尘质量的变化规律。研究结果表明:含油煤尘的最低着火温度较不含油煤尘显著降低，且随着煤尘含油浓度的增加，煤尘中挥发分含量增多，煤尘云最低着火温度降低，爆炸危险性增强；低含油浓度煤尘，煤尘受原油挥发分影响较大，在含油浓度为5.7%，4.3%且质量浓度为1364~4550 g/m3时煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增大呈先增大后减小的变化趋势，在5.7%，4.3%含油浓度且喷尘压力为0.05 MPa时煤尘MIT随煤尘质量浓度增加先降低后缓慢升高。高含油浓度煤尘，受煤尘团聚现象影响较大，煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而升高，随煤尘质量的增加呈先减小后增大再缓慢减小的变化规律。     

携煤尘高压气流诱导沉积煤粉爆炸火焰特性研究

为研究携煤尘高压气流诱导沉积煤粉联合爆炸的火焰特性,采用水平玻璃管煤尘爆炸试验装置,分别对褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤等4种煤尘的联合爆炸火焰传播最远距离l和火焰持续时间t等2项火焰特性展开试验分析,并研究沉积煤粉质量m、沉积煤粉粒径r、沉积煤粉中混入CaCO_3岩粉量k对联合爆炸火焰特性的影响。结果表明:随m在0~4.5 g范围内增大,4种煤尘l和t先增大后减小,l和t达到局部极值后减小。4种煤尘的l均随r的增大缓慢减小,且分别在r为26、26、26和38μm时,l依次达最大值106、73、37和22 cm。t_3和t_4随r的增大而增大,甚至当r大于40μm时亦如此。k为6 g时,褐煤、长焰煤l抑制效率分别为62.5%和79.7%,而不粘煤与气煤均不再爆炸。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

甲烷煤尘耦合爆炸传播特性及伤害研究

为探究煤尘质量浓度对甲烷煤尘耦合爆炸传播特性及伤害距离的影响,自制长15 m的爆炸管道系统,用体积分数为7％甲烷分别与质量浓度为0、50、100和200 g/m3的煤尘进行耦合爆炸试验,并根据质量、动量和能量守恒理论推导出最大压力计算公式.结果 表明:不同质量浓度煤尘与甲烷耦合爆炸时,最大压力均随与爆源距离的增加呈现出...     

直线管道煤尘爆炸火焰传播规律的试验研究

为提供煤尘爆炸事故预防和缓解所需的科学依据,对煤尘爆炸火焰传播过程进行试验研究。所用试验装置,其主要部分为直径0.3 m的圆形管道与断面边长为80 mm的方形管道对接形成的一个长2 m的爆炸腔体。在其中共进行9次煤尘爆炸试验。结果表明,煤尘爆炸火焰传播具有速度快,波动大,稳定性较差的特点,火焰区长度远大于扬尘区长度,最大火焰速度和传播距离与煤尘量均不存在正比例关系,但存在一个特定的煤尘质量浓度。在这个特定质量浓度处,最大火焰速度达到最大值。当煤尘质量浓度大于这个特定质量浓度时,火焰传播速度曲线整体下降,暂时缺氧被认为是导致这一情况的重要因素。     

混合金属粉尘爆炸最小点火能量影响因素研究*

为探究混合金属粉尘爆炸危险性及与单一粉体爆炸特性差异，确保车间安全生产，采用粉尘云点火能量测试系统对车间混合金属粉尘及铝粉最小点火能量在不同影响因素下的变化规律及2种粉尘火焰变化特征进行测试。研究结果表明:混合金属粉尘和铝粉最小点火能量在一定范围内（38~96 μm）与粒径呈正相关性，当混合金属粉尘粒径大于75 μm时，所需最小点火能量大于1 000 mJ，其爆炸敏感性迅速降低，此时铝粉仍有较强爆炸敏感性；2种粉尘最小点火能量随质量浓度增加呈先降低后升高的趋势，最小点火能分别为295，15 mJ，对应的敏感质量浓度为600，1 000 g/m3，混合金属粉尘在质量浓度为500~700 g/m3时具有较大爆炸危险性；同铝粉相比，混合金属粉尘点火能量更高、火焰燃烧时间更短、火焰高度更低、爆炸剧烈程度更弱。     

铝粉分散过程中粒径效应的三维数值研究

为了研究不同粒径的铝粉在20 L爆炸测试装置中的分散规律,基于计算模型的非结构网格划分,耦合欧拉和拉格朗日方法,实现了描述可压缩气体演化的时间平均Navier-Stokes方程组和粒子运动的DPM动量平衡方程的求解,获得了不同粒径（25,50和100 μm）的铝粉在20 L爆炸仓内分散的三维时空演化规律。研究结果表明:铝粉粒径的差异对爆炸仓点火中心的湍动能和速度的演化过程影响不显著,但对粉尘浓度的变化率和峰值均具有重要影响;随着粒径的增大,峰值浓度越小,但均高于形式浓度0.25 kg/m3,达到峰值浓度的时间越滞后。     

障碍物对瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律的影响

为了进一步探究瓦斯煤尘耦合爆炸火焰的传播规律,用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究障碍物对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。研究结果表明:障碍物能显著提高瓦斯煤尘爆炸火焰的传播速度,其加速机理主要是障碍物诱导的湍流区会促进火焰的传播;火焰在传播过程中的加速度不是一直增加,随着火焰速度的增加会出现上下波动;煤尘的加入会使瓦斯爆炸产生的火焰传播速度显著增大及速度的最大值距离点火端较远;通过障碍物时爆炸产生的火焰形状发生较大的改变,出现拉伸和褶皱现象。     

水平管道内铝粉爆炸特性的试验研究

为研究铝粉在密闭空间内爆炸特性,降低其爆炸造成的损害,利用自行设计的水平管道式可燃气体-粉尘爆炸装置,在室温下对粒度为6～8μm,9～12μm,15～17μm的铝粉在100～800 g/m3浓度范围内的爆炸特性进行试验研究。结果表明:铝粉在浓度为600 g/m3时,最大爆炸压力和最大压力上升速率最大,爆炸时间最小;铝粉浓度较低时,由于氧气充足,随着铝粉浓度增大,最大爆炸压力和最大压力上升速率增大,爆炸时间减小;当铝粉浓度超过600 g/m3,受到氧气浓度限制,最大爆炸压力和最大压力上升速率随浓度增大而减小,爆炸时间增大;相同浓度的铝粉,粒度越小,最大爆炸压力和最大压力上升速率越大,爆炸时间越小。粒度越小的铝粉,爆炸的可能性和危险性越大。     

基于20L球形爆炸装置的甲烷煤尘混合爆炸实验

利用实验室自行设计的20L球形爆炸装置,对煤尘及甲烷煤尘混合物的爆炸特性进行了研究。结果表明:无论有无甲烷,煤尘的最大爆炸压力随煤尘浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势,并且均在在煤尘浓度为600g/m3时均达到最大值。同时,甲烷的加入明显提高了煤尘最大爆炸压力值,而且随着甲烷浓度的增加,最大爆炸压力增幅先增加后降低,在甲烷5%时增幅最大。煤尘的爆炸持续时间随煤尘浓度增加呈现先降低后升高的特点,甲烷存在时有同样规律,但是有甲烷时爆炸持续时间明显降低,而且随着甲烷含量的增加,煤尘的爆炸持续时间降低幅度不断增加,在甲烷5%以后趋于稳定。实验结果对生产实践有一定的指导作用。