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。     

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。     

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。     

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。     

对称障碍物条件下瓦斯爆炸火焰与压力波耦合作用研究

为了研究对称障碍物条件下瓦斯爆炸压力波与火焰传播的耦合作用,在150 mm×150 mm×1 700 mm的有机玻璃瓦斯爆炸管道中,距离点火端不同距离安装0.5阻塞率的对称障碍物,进行8.5%甲烷体积分数的爆炸试验,采集瓦斯爆炸的超压信号并同步拍摄火焰传播图像。结果表明:火焰穿越板式对称障碍物的过程经历了火焰加速、火焰降速到火焰再加速的过程,火焰降速的时间仅为5 ms。距离点火焰源不同长度的对称障碍物在火焰加速过程中的作用存在明显差异,近点火源的障碍物作用主要为诱导湍流,远离点火源的障碍物作用主要为湍流增强。     

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。     

定容燃烧弹内含煤尘甲烷爆燃火焰传播特性试验研究

为探究煤尘对甲烷爆燃火焰的直观影响，在定容燃烧弹(Constant Volume Chamber, CVC)内利用激光纹影技术获取了甲烷球形火焰纹影图像及含煤尘甲烷火焰纹影图像，分析了不同体积分数甲烷火焰(6.5%、8.0%、9.5%)的不稳定性，对比了不同质量浓度煤尘(5 g/m³、10 g/m³、15 g/m³、20 g/m³、25 g/m³)对甲烷火焰的影响，分析了含煤尘甲烷火焰传播机理。结果表明，定容燃烧弹内球形火焰发展经历了层流火焰、胞状不稳定火焰。煤尘对甲烷火焰的影响呈明显的阶段特性：在层流燃烧阶段，煤尘因吸热抑制火焰传播，且煤尘质量浓度越高，抑制作用越强；散布的煤尘可对火焰锋面产生扰动，使火焰加快发展为胞状不稳定火焰，且甲烷体积分数越接近化学当量比，煤尘质量浓度越高，火焰可更快发展为胞状不稳定火焰；随着化学反应速率提高，火焰温度上升，煤焦开始参与反应并增强流场自发光及反应持续时间。     

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。     

障碍物对油气-空气混合气体泄压爆炸火焰传播特性影响

为了研究障碍物对油气泄压爆炸火焰传播特性的影响规律,进行了不同数量障碍物工况下的对比实验,并利用纹影仪和高速摄影仪记录了火焰传播过程,针对障碍物对火焰形态、火焰锋面位置及火焰传播速度的影响规律进行了研究,结果表明:圆柱体障碍物会导致油气泄压爆炸火焰形态产生褶皱和弯曲变形,诱导层流火焰向湍流火焰转变,加速火焰的传播,对油气泄压爆炸火焰的初始传播形态有显著影响;随着障碍物数量的增多,火焰锋面传播距离点火端的最大距离增大,但到达最远距离的时间减少;障碍物能够增强火焰的传播速度,尤其对障碍物下游火焰影响最为显著,随着障碍物数量的增多,火焰传播的最大速度也随之增大,但达到最大火焰传播速度的时间却随之减少;障碍物的存在增大了油气泄压爆炸过程外部爆炸压力,并且随着障碍物数量的增多,外部爆炸压力峰值增长幅度增大。     

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。     

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。     

管道内瓦斯爆炸传播的试验研究

运用大型试验管道对瓦斯爆炸传播规律进行试验研究,并对瓦斯爆炸压力峰值、火焰速度和呈现时间进行分析,得出:在不出现爆轰的前提下,爆源点附近的压力峰值是全管道的最大值;爆炸压力峰值在沿管道的传播过程中从爆源点附近是先增大后减小,然后再逐渐增大且压力峰值最早呈现在出口附近;火焰传播速度随着传播距离的增大而逐渐增大且在爆炸初期增大速率更快;瓦斯浓度对爆炸压力峰值、火焰传播速度和呈现时间等都有重要影响。     

CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性，用自行搭建的实验系统，从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO2体积分数和超细水雾质量浓度的增加，爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降，火焰到达泄爆口时间显著延迟；尤其当CO2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显，瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的“震荡平台”消失，同时火焰结构呈现“整体孔隙化”。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。     

连通容器气体密闭爆炸与泄爆过程的实验研究

利用球型容器与管道组合,开展连通容器气体爆炸与泄爆实验,分析连通条件下,火焰在管道中的传播过程及其对起爆容器和传爆容器的压力影响。实验结果表明:连通容器气体爆炸中,火焰从起爆容器到传爆容器传播经历了一段不断加速,但加速度不断减小的过程;泄爆过程中,火焰传播过程与密闭爆炸时基本一致。管道中火焰加速传播,使得传爆容器的爆炸压力和强度相较于作为起爆容器时均明显增加,危险更大,采用与起爆容器相同的泄爆面积,无法满足对连通容器中传爆容器的泄爆。同时,泄爆是一个快速的能量泄放过程应选择合理的泄爆方式,防止二次危害。     

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。     

瓦斯爆炸引起沉积煤尘爆炸传播实验研究

运用井下大型实验巷道对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸进行实验研究,并对几次实验结果进行对比分析。通过对爆炸压力以及火焰产生、发展、传播过程进行的分析,得出瓦斯爆炸引起沉积煤尘爆炸过程中压力波存在回传现象;在煤尘刚开始参与爆炸处,爆炸超压有一个较长的持续时间;爆炸火焰的传播速度在铺有煤尘段迅速上升,最后有一平缓的上升阶段,过了煤尘段开始下降;火焰区长度约为煤尘区长度的2倍等规律。实验研究发现的规律为有效的预防瓦斯煤尘爆炸事故提供了理论依据。     

泄爆夹层内障碍物对泄爆效果影响的数值模拟研究*

为研究泄爆夹层内障碍物位置对燃气泄爆效果的影响,以某大型商业综合体暗厨房为研究对象,考虑泄爆夹层中结构梁不同位置的泄爆效果,对暗厨房燃气爆炸的泄爆过程开展数值模拟研究。研究结果表明:在火焰没有到达泄爆窗前的爆炸初始阶段,障碍物对火焰结构和传播速度基本没有影响,当火焰进入泄爆夹层后,障碍物的存在可引发火焰加速现象;当障碍物距离泄爆窗1.7 m时,火焰加速现象较为明显,火焰最大传播速度可达591.5 m/s,此时厨房内压力峰值约2.9 MPa,约为没有结构梁情况下1.42倍;障碍物距离泄爆窗较近时,二者将协同影响火焰传播;厨房内压力峰值随着障碍物与泄爆窗距离的增大遵循增大-突降-增大的规律。研究结果可为商业综合体暗厨房泄爆设计提供一定理论依据。     

小型管道中瓦斯爆炸火焰传播特性的实验研究

自行设计了内径88mm、壁厚6mm、总长1600mm、点火孔20mm的小型瓦斯爆炸实验管道,结构简单、操作方便,具有可观察性。采用高速摄录分析系统,对不同浓度瓦斯爆炸初期火焰传播特性进行了实验研究。结果表明:瓦斯爆炸初始阶段,火源引爆瓦斯到形成明显的、大强度的火焰传播的时间约为10~30ms;随着瓦斯浓度增大,爆炸感应期逐渐变短;瓦斯爆炸的火焰传播有一个突变过程,瓦斯浓度越大,达到突变的时间越短;当燃烧波在开始移动到5~10倍巷道宽度距离后,便开始明显加速,达到爆燃;当瓦斯爆炸火焰冲出管道时,爆炸火焰速度又一次加快。实验结果验证了该实验台研究瓦斯爆炸是可行的。