滚筒设计参数与粉尘爆炸率关系的数学模型

综采工作面的粉尘主要是由采煤机截割煤炭而产生,螺旋滚筒作为采煤机的工作装置,直接与煤岩接触,参与落煤和装煤的过程,其结构参数、工作参数直接决定着机器工作时的产尘量大小,影响工作面的粉尘浓度。因此,笔者通过简化与假设,在粉尘检测数据的基础上,选取滚筒直径,螺旋头数,截线间距,每线齿数和切屑厚度为自变元,提出了工作面粉尘爆炸概率的确定方法,建立了滚筒设计参数与采煤工作面粉尘爆炸率之间关系的数学模型,为分析机械参数与安全之间的关系和影响、为合理地设计滚筒及其采煤机的参数、减小采煤工作面的粉尘、降低粉尘爆炸率、提高煤炭生产的安全提供理论依据。     

采煤机多参数耦合匹配优化智能降尘控制研究

为实现对采煤机截割煤岩过程中粉尘质量浓度的最优控制,开发一种基于多参数耦合匹配优化的采煤机智能降尘控制方法。以最低粉尘质量浓度为目标,以牵引速度、滚筒转速以及截割深度为变量,建立采煤机最优降尘控制的多参数耦合优化匹配模型;采用迭代优化方法,结合优化终止判定条件,得到最低产尘量时的采煤机多工作参数优化结果。采用综采面3机配套模型进行截割控制与测试试验。结果表明,在采煤机多参数迭代优化过程中,粉尘质量浓度快速下降收敛,优化前后粉尘质量浓度分别为632和158 mg/m3,降尘效率达到75%。     

采煤机滚筒参数优化及其对摇臂安全使用性能影响

为降低采煤机滚筒工作时的截割比能耗和载荷波动,以提高采煤机安全使用性能,优化设计采煤机滚筒直径、叶片螺旋升角以及滚筒截深等参数。通过建立优化目标函数和约束条件,以改进的遗传算法为优化问题的求解算法,对采煤机滚筒参数进行多目标优化;使用有限元软件和疲劳寿命分析模块分析优化前后采煤机摇臂的应力分布和疲劳寿命循环次数,分析优化前后滚筒工作载荷对采煤机摇臂安全使用性能的影响。研究表明:优化后的采煤机滚筒比能耗值指标平均降低45. 6%,载荷波动系数指标平均降低1. 3%;优化后的摇臂壳体应力极值相比优化前的极值降低12. 34%,滚筒参数优化后,滚筒载荷波动被降低,从而使摇臂壳体应力同步降低,低于设计的安全许用应力;臂壳体各薄弱点的疲劳寿命循环次数满足采煤机设计的使用寿命要求;滚筒参数优化改善了采煤机摇臂的安全使用性能。     

粉尘爆炸事故模式及其预防研究

随着粉体工业的发展,粉尘爆炸发生的危险性也随之增大。为了探讨粉尘爆炸发生的规律,笔者对粉尘爆炸发生的点火源类型、事故原因进行了统计、排序;在对已发生的典型的粉尘爆炸事故分析的基础上,总结、归纳了影响粉尘爆炸发生的,诸如粉尘自身的可燃性、粉尘所处的状态、粉尘所处的外部环境等因素;提炼出了7种粉尘爆炸事故模式,并对各种模式下粉尘爆炸发生的条件、机理进行了初步研究分析,然后提出了相应的事故预防措施。笔者所研究的成果,对粉体工业的安全生产具有实际的指导作用,对今后防灾决策的深入研究也具有一定的参考价值。     

三环唑粉尘爆炸特性研究

利用激光粒度仪对三环唑粉尘的粒径分布进行分析,并用20 L爆炸球测试装置、哈特曼管装置探讨了粉尘质量浓度、点火延迟时间、点火能量、粒径分布对粉尘爆炸的影响并总结了相关规律。实验结果表明:粉尘粒度是影响粉尘最小点火能和爆炸下限的单调因素,粉尘质量浓度是影响粉尘爆炸压力的极值因素,点火延迟时间是影响粉尘最小点火能的极值因素。     

煤岩破落过程中螺旋滚筒的可靠性研究

为了研究采煤机螺旋滚筒的可靠性,以散体力学理论与刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,利用EDEM软件,建立了采煤机截割部与煤壁耦合的离散元仿真模型,分析了牵引速度与装煤率之间的关系,提取了煤岩破落过程中螺旋滚筒的工作载荷并验证了其可靠性,通过ADAMS动力学仿真分析,并找出了滚筒在工作过程中的应力分布规律。研究表明:滚筒应力随着牵引速度的增大而增大,但装煤率出现先增大后减小的规律,在保证采煤机可靠性的前提下,牵引速度控制在8 m/min左右有较高的装煤率。     

烟草粉尘的双重危害及防治技术

基于烟草粉尘的物理、化学特性,对烟草粉尘的职业病危害与粉尘爆炸双重危害进行了分析,提出了从"人、机、环、管"4个方面开展烟草粉尘的收集、清扫、治理、监测等烟草粉尘防治工作。通过建立除尘系统、佩戴防尘口罩、定期浓度检测,尽可能降低环境中的烟草粉尘浓度,减少生产过程中的吸入量,可以避免职业性危害;通过采用防爆、隔爆、泄爆设备设施、规范操作行为、实时在线监测,控制烟草粉尘的爆炸风险,尽可能降低爆炸事故发生的可能性或爆炸产生的不良影响,从而降低烟草粉尘的职业病危害与粉尘爆炸双重危害。     

综采机组隔尘风帘的设计与应用效果研究

受民用建筑大门空气幕的启发 ,将“洁净空调技术”中的“洁净棚理论”,创新并应用于综采工作面的防尘工程 ,设计了能阻止采煤机在截煤过程中产生的呼吸性粉尘向司机处扩散的隔尘装置——风帘。此革新装置的原理和作用是以形成透明的“空气幕墙”将采煤司机工作区与采煤机截煤区分隔 ,阻止呼吸性粉尘向司机处扩散。在邢台矿务局葛泉煤矿 132 6综采工作面进行的现场试验表明 :该装置对呼吸性粉尘有较好的隔尘效果 ,平均隔尘效率为 72 %以上。     

Study on Hazard Assessment Model of Grain Dust Explosion

在对粮食粉尘生产、运输过程中的火灾、爆炸危险性进行辨识的基础上对粮食粉尘物理、化学、爆炸特性等参数进行实验研究,分析粮食粉尘爆炸的主要影响因素及权重;运用模糊理论,建立粮食粉尘爆炸危险性分析模型,为粮食粉尘爆炸危险性的预测提供依据.     

静电场驱动的镁铝合金粉尘爆炸特性研究北大核心CSCD

为了揭示静电因素驱动下的镁铝合金粉尘的爆炸特性,基于直流高压发生器和20 L球形爆炸测试装置,搭建了静电环境粉尘爆炸特性测试系统,测定了静电电压为3 kV、6 kV、9 kV与粉尘质量浓度为250 g/m^(3)、500 g/m^(3)、750 g/m^(3)、1000 g/m^(3)耦合条件下镁铝合金粉的爆炸特性。结果表明:静电场的存在主要影响爆炸时间和最大压力上升速率(dp/dt)_(max),对最大爆炸压力无显著影响;在同一质量浓度下,峰值压力时刻t_(max)随电压上升而缩短,如250 g/m^(3)下,静电场电压9 kV时峰值压力时刻t_(max)是压力0时的52.5%;将粉尘云爆炸过程按喷粉时刻、粉尘着火时刻、最大压力上升速率(dp/dt)_(max)时刻、峰值压力时刻t_(max)四个时刻划分为3个阶段(即t_(2)、t_(3)、t_(4)),静电场的存在使t_(2)和t_(3)缩短,对t_(4)则影响较小,整体而言静电场会加速镁铝合金粉尘爆炸过程。该研究可为深入认识静电环境下镁铝合金粉尘的爆炸机理和镁铝合金粉尘爆炸事故防治提供参考。     

锌粉燃爆事故分析与预防

本文以一起锌粉爆炸事故为例,叙述锌粉爆炸事故的发生过程,探究爆炸事故发生的直接原因和间接原因,应用Semenov热自燃理论揭示了本次事故发生规律。结合事故原因分析,考虑防止除尘器积尘及控制二次扬爆,研究设计了新型除尘器,经计算管道中最低风速要求16.3m/s,喷锌间内的风速0.25~0.5m/s,可有效减少粉尘积聚,风管设计中拆除原除尘器中采用的挡板,减少弯管的使用,可避免风管积尘。新型除尘器自动化性能高,可降低由于积尘、超温引发粉尘爆炸事故的概率,对减少人员伤亡和降低经济损失有重要意义,现已投入生产运行,具有一定的工程应用价值和推广价值。     

Insight into vented explosion mechanism and premixed flame dynamics in linked vessels: Influence of membrane thickness and blocking rate

To effectively prevent and mitigate explosion hazards and casualties, relief venting of flammable gas explosions has been applied in production processes in a broad variety of industries. This work conducted fully vented experiments to investigate the influence of venting membrane thickness, and partially vented experiments to investigate the influence of baffle blocking rate on the explosion characteristics of 9.5 vol% methane-air mixtures in linked vessels with a 0.5 m long vented duct. Results indicate that the membrane thickness and blocking rate for the two types of vented explosions significantly affected the explosion overpressure. The smaller the membrane thickness and blocking rate, the lower the explosion overpressure. Secondary explosions were observed in the vented duct through experiments and a weaker explosion flame appeared at a small blocking rate of 20%. With the further increase in the blocking rate, the flame became extremely weak, and no secondary explosions occurred. The overpressure evolution process at different positions in the explosion duct and secondary explosion phenomenon in the vented duct were investigated. This work could probably serve as an important reference for the selection of technical parameters of explosion venting in the practical industrial processes.     

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。     

面向维修的采煤机截割部加载试验台的研制

针对矿修车间的采煤机截割部的加载问题,研制开发面向维修的采煤机截割部加载试验台,对维修后的采煤机截割部进行加载试验。试验台采用电力测功机加载,节能效果非常明显,加载调节使用方便、结构简单、可靠性高,功能完善。试验台的研制成功有利于提高生产管理水平,有效地避免井下的人机安全事故,有着巨大的经济价值和社会效益。     

Experimental study of the venting characteristics of dust explosion through a vent duct

To further understand the dynamic mechanism of dust explosion through a vent duct, we designed a small-scale cylindrical vessel connected with a vent duct and performed a dust explosion venting experiment under different opening pressures using corn starch as the explosive medium in this study. The results show that weakening effect of duct on venting is positively correlated with the opening pressure. The explosion pressure in the duct presents a three-peak-structure with time, successively caused by the membrane breaking shock wave, the secondary explosion in the tube, and the continuous combustion, and decreases gradually with the propagation distance. Meanwhile, the three pressure peaks are positively correlated with the opening pressure, while the time interval between them goes to contrary. The increase of opening pressure leads to the increase of secondary explosion intensity and reverse flow in the vessel, further accelerates the reaction rate in the vessel, and then shortens the duration of combustion in the vessel until the phenomenon of flame reignition in the vessel disappears.     

管道截面对氢气/空气预混爆炸影响的实验研究

为研究管道截面对氢气/空气预混火焰形状与传播速度的影响,选用三个长度都为1m而截面尺寸不同的方形管道进行实验。实验结果表明,在截面为80mm×80mm的管道中,四种氢气浓度下预混火焰都发展形成了郁金香火焰。火焰传播速度呈现上升,下降,再上升的波动。在截面为100mm×100mm和150mm×150mm的管道中,只有在氢气浓度20%下形成郁金香火焰,并且传播速度也出现上述的波动。而在氢气浓度25%,30%,40%下,预混火焰都呈指尖形传至管口,未出现郁金香火焰,传播速度都是不断上升。三个管道对比中,截面为100mm×100mm的管道内火焰平均传播速度最快,且压力波第一峰值最大。     

运用本质安全原理预防煤粉爆炸

旨在将本质安全原理与粉尘爆炸(以煤粉爆炸为例)的风险控制联系起来。利用20 L球形爆炸装置的标准测试方法测试煤粉及煤粉-CaCO3混合物的爆炸下限、最大爆炸压力、压力上升速度等爆炸特性。基于本质安全基本原理和试验结果,讨论预防煤粉爆炸的各种基本方法,并重点阐述本质安全原理与粉尘爆炸影响因素、不同的预防方法、过程设备的选择等之间的关系,对已制定的爆炸风险控制措施进行完善和补充。     

Effect of scale on the explosion of methane in air and its shockwave

Explosion experiments using premixed gas in a duct have become a significant method of investigating methane-air explosions in underground coal mines. The duct sizes are far less than that of an actual mine gallery. Whether the experimental results in a duct are applicable to analyze a methane-air explosion in a practical mine gallery needed to be investigated. This issue involves the effects of scale on a gas explosion and its shockwave in a constrained space. The commercial software package AutoReaGas, a finite element computational fluid dynamics (CFD) code suitable for gas explosions and blast problems, was used to carry out the numerical simulation for the explosion processes of a methane-air mixture in the gallery (or duct) at various scales. Based on the numerical simulation and its analysis, the effect of scale on the degree of correlation with the real situation was studied for a methane-air explosion and its shockwave in a square section gallery (or duct). This study shows that the explosion process of the methane-air mixture relates to the scales of the gallery or duct. The effect of scale decreases gradually with the distance from the space containing the methane-air mixture and the air shock wave propagation conforms approximately to the geometric similarity law in the far field where the scaled distance (ratio of the propagation distance and the height (or width) of the gallery section) is over 80.