点火延迟时间对甲烷煤尘爆炸特性的影响

为研究不同湍流环境下,煤尘对甲烷爆炸特性的影响,基于20 L爆炸球采用0、25、50、100、200 g/m^3的煤尘分别与6.5%、9.5%、12%的甲烷在点火延迟时间60 ms和120 ms的条件下进行混合爆炸实验。结果表明:点火延迟时间的增大对单相甲烷爆炸最大爆炸压力影响较小,显著降低最大压力上升速率;有煤尘参与时,3种甲烷浓度下,点火延迟时间的提高能够降低最大爆炸压力和最大压力上升速率,当甲烷浓度为9.5%时,2种点火延迟时间下,对应的最佳煤尘浓度不同,点火延迟时间越小,最佳煤尘浓度越小,甲烷浓度为12%时,点火延迟时间为60 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对高浓度煤尘比较敏感,火延迟时间为120 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对低浓度煤尘较为敏感。     

密闭管内甲烷—煤粉复合爆炸实验研究

在竖直长管内进行弱点火条件下甲烷—煤粉复合爆炸实验,研究了甲烷煤粉配比浓度、煤粉粒径、点火延迟时间等初始状态参数对复合爆炸特性的影响。结果表明:火焰传播越快,压力上升越显著,最大压力上升速率出现在爆炸初期,当火焰传播至管末端后,压力达到最大值;低浓度甲烷添加煤粉后,爆炸压力显著增大;煤粉粒径越小,复合爆炸压力越大,压力上升速率越大;最大爆炸压力和最大压力上升速率随着煤粉浓度增大和点火延迟时间增加先上升后下降,存在峰值点。     

煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一,研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律,是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响,特选用2种组分不同的煤尘(烟煤和无烟煤)。依据EN 14034标准,使用10 kJ化学点火头在标准20L球形爆炸容器中,分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m^3和70 g/m^3,瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后,烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m^3,无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m^3。基于上述测量结果,对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响,并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明:2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低,但挥发分含量低的煤尘降幅更大,即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值;Le Chatelier模型预测值高于实际测量值,且误差随瓦斯浓度的增大而增大;Bartknecht模型适用性相对较好,且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。     

矿井瓦斯煤尘爆炸传播实验研究

煤矿中瓦斯爆炸容易引起煤尘参与爆炸,且掘进工作面是瓦斯煤尘爆炸事故的多发区域。在与实际矿井环境、几何条件相似的大型地下试验巷道中,进行了独头巷道瓦斯煤尘爆炸火焰、冲击波传播试验。试验中,瓦斯煤尘爆炸火焰到达各测点的时间与测点距离呈对数函数关系;爆炸火焰的传播速度在铺有煤尘段迅速上升,过了煤尘段开始下降;火焰区长度约为煤尘区长度的2倍;爆炸冲击波压力在铺有煤尘段前端降到最低值,然后迅速上升到最大值后下降。实验结论为煤矿隔抑爆装置的研制和安装提供了理论基础。瓦斯煤尘爆炸与单纯瓦斯爆炸相比,最大爆炸压力峰值大,火焰传播速度快;瓦斯煤尘爆炸的威力和破坏程度,要远远大于单纯瓦斯爆炸。因此,在煤矿实施防尘降尘技术,具有十分重要的意义。     

煤质成分对煤尘爆炸特性影响实验研究

采用粉尘20 L爆炸特性测试系统,研究了不同煤样的煤尘爆炸特性特征参数,对煤质组成成分对爆炸特性影响情况给出了评价。研究结果表明:挥发分增加促进爆炸的进行,使爆炸下限降低,最大爆炸压力和最大压力上升速率同比增加,而灰分的增加却是相异的作用效果,阻碍爆炸的发展;挥发分是影响煤尘爆炸特性的首要因素,灰分次之,而固定碳含量40%-60%的煤尘压力特性特征参数受煤质成分的影响较显著。所得的结论为认清煤尘爆炸作用机理及煤尘爆炸事故预防及其控制提供了理论依据。     

氧化煤尘的爆炸特性及其变化规律北大核心

氧化煤是指经历过升温又降温过程的煤体,在矿井火区启封、分层开采、遗煤复采等区域一直广泛存在,这些区域煤炭开发利用产生的煤尘为氧化煤尘。由于煤体发生了不同程度的氧化,内部结构受到影响,所产生氧化煤尘的爆炸特性发生改变。针对不粘煤样,采用程序升温箱对样品进行了不同温度(25、75、115℃)的预处理,探讨氧化煤尘爆炸特性在不同变量(氧化煤尘云浓度、氧化煤尘粒径)条件下的变化规律。结果表明:氧化煤尘爆炸过程可划分为4个阶段,分别为初始负压阶段、高压喷尘阶段、爆炸升压阶段和压力衰减阶段;氧化煤尘爆炸特性与煤尘云浓度符合二次多项式规律,随浓度增大而先升后降,T_(25)、T_(75)和T_(115)煤尘最优煤尘云浓度集中在300 g/m^(3)和200 g/m^(3);在煤尘云浓度一定时,氧化煤尘最大爆炸压力值随粒径增大而减小。     

煤尘爆炸传播特性的实验研究

用实验方法,在长1.5 m、直径0.3 m的爆炸腔体与80 mm×80 mm方形断面管道对接的实验装置中进行煤尘爆炸传播特性研究。研究结果表明,爆炸火焰区传播距离远大于原始煤尘积聚区长度,爆炸传播过程中各测点冲击波压力出现先“升”后“降”变化,冲击气流衰减变化与爆炸煤尘量和断面有关,爆炸毒害气体并非一开始就扩散传播,而是在动压作用下冲击一段距离后开始扩散,可能存在膨胀极限区。     

煤矿煤尘爆炸特性的实验研究

为了研究新安煤矿的煤尘爆炸特性,采用20升爆炸测试系统,测试了煤尘的爆炸下限、最大爆炸压力以及压升速率,为煤矿科学防止煤尘爆炸提供实验支持。实验结果表明:新安煤矿煤尘最低爆炸浓度为100g/m3,最大爆炸压力0.814MPa,最大压力上升速率为35.782MPa/ms,煤尘爆炸下限低,爆炸猛度大,要对煤矿的煤尘爆炸重点预防。     

关于甲烷和煤尘爆炸因素的论证

研究证明，大多数煤尘的挥发分含量〉20％，有的煤尘在从14％到20％之间。挥发分〈14％的煤尘尚未发现能爆炸，当空气中CH4浓度从4．9％到15．4％易发生爆炸。最易燃烧的浓度是8％，当浓度在9．5％时爆炸力量最大。温度增高使甲烷空气混合体的可爆炸性下限降低，当温度400℃时，其可爆性限度等于3％。煤尘含量从5％增加到30g／m^3使可爆性下限降低到3％～0．5％。这时，与CH4空气混合体相比较，煤尘瓦斯混含体的燃烧能量增大许多倍。CH4燃烧温度为700～800℃，当与热原体接触时，CH4不能立刻燃烧，而是延迟一段时间。当燃烧温度650℃时，延迟时间为10S，当温度1000℃时为1s。这个延迟时间称之为感应期。与甲烷爆炸相比较，煤尘爆炸有一系列特点。由于氧化反应发生气体产物，使煤尘爆炸。由于煤尘互相间摩擦，使煤尘云充电，产生火花放电，这样使煤尘燃烧。当煤尘爆炸时，产生很多CO，这时像甲烷爆炸一样一主要是CO2和其他一些气体。煤尘燃烧温度为700～800℃。1kg煤尘燃烧约产生34MJ的热量。煤尘爆炸的颗粒都小于100um。甲烷燃烧温度为700～800℃，当0℃时燃烧热量为55．6MJ／kg。当空气中存在CH4时，煤尘的可爆性程度增大。当浓度300～400g／m^3时，煤尘爆炸力量最大。     

管道中煤尘爆炸特性实验

在长度为32.4 m、内径为199 mm的圆形管道中采用强点火方式对甲烷-空气混合物及甲烷-煤尘-空气混合物爆炸超压传播规律及爆速进行了研究。研究结果表明：强点火条件下甲烷－空气混合物的最大爆压和爆速分别为4 MPa、1 766 m/s,在标准状态瓦斯爆炸极限浓度外2.5%、4.1%、15.2%时也出现稳定爆轰。相同浓度甲烷-煤尘-空气混合物爆炸超压及爆速要大于甲烷-空气、煤尘-空气混合物,甲烷-煤尘-空气混合物在爆炸当量浓度时,随着煤尘浓度越大,瓦斯浓度越小,爆炸超压和爆速越小。     

密闭管内甲烷－煤粉复合爆炸火焰传播规律的实验研究

在1.2 m长竖直爆炸管内对不同初始条件下的甲烷－煤粉混合物进行了弱点火火焰传播实验。分别考察了甲烷浓度、煤粉浓度、煤粉粒径以及点火延迟时间对复合爆炸火焰传播特性的影响。结果表明,煤粉的存在使得纯甲烷在空气中爆炸火焰传播速度显著增大,最大火焰传播速度出现在距离点火端0.425 m（长径比等于6）处;火焰传播至长管末端壁面后,爆炸压力达到最大值;甲烷浓度越接近化学当量比,火焰传播速度越快;火焰传播速度随煤粉浓度和点火延迟时间的变化趋势为先增大后减小,最佳煤粉浓度为500 g/m³,最佳点火延迟时间为500 ms;在一定粒径范围内,火焰传播速度随着煤粉粒径的增大而减小。     

Experiment study on the propagation laws of gas and coal dust explosion in coal mine

The experiment of gas and coal dust explosion propagation in a single laneway was carried out in a large experimental roadway that is nearly the same with actual environment and geometry conditions. In the experiment, the time when the gas and coal dust explosion flame reaches test points has a logarithmic function relation with the test point distances. The explosion flame propagation velocity rises rapidly in the foreside of the coal dust segment and comes down after that. The length of the flame area is about 2 times that of the original coal dust accumulation area. Shock wave pressure comes down to the rock bottom in the coal dust segment, then reaches the maximum peak rapidly and comes down. The theoretical basis of the research and assemble of across or explosion is supplied by the experiment conclusion. Compared with gas explosion, the force and destruction degree of gas and coal dust explosion is much larger. Supported by the National Basic Research Program (973) (2005CB221506); the Open Research Fund Program of Shandong University of Science and Technology (MDPC0611)     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

分散度对煤粉爆炸特性的影响

煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_(ex)、最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(ex)、开始点火至最大爆炸压力的时间段t_1和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t_2四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t_1和t_2明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D_(10),D_(25)(为投影面积的10%和25%的颗粒直径)、D_(3,2)(索特尔直径)与最大爆炸压力上升速率、t_1和t_2三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D_(10),D_(25)和D_(3,2)可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。     

激波条件下煤粉爆炸压力的实验研究

通过管道式气体粉尘爆炸装置对激波诱导下煤粉爆炸压力进行了实验研究,并对其进行了分析,主要研究了不同激波强度,不同煤粉浓度,不同煤粉粒度对爆炸压力的影响.     

基于20 L球形爆炸装置的煤尘爆炸特性研究

采用标准的20 L爆炸球实验装置,研究了3种不同煤质的煤尘及瓦斯煤尘混合物的爆炸特性,获得了不同实验条件下煤尘的爆炸特征参数,并给出了定量评价。研究结果显示：不同煤质特性煤尘的爆炸特性存在显著差异,在实验选定的粉尘浓度范围内,煤尘的爆炸超压及超压的上升速率随粉尘浓度基本呈先增加后降低的变化趋势;随着爆炸环境初始压力的增加,显著延长了煤尘析出的可燃性挥发分气体的火焰发展期,使得煤尘的爆炸参数随初始压力均呈现升高的变化规律;煤尘的爆炸特性随混合物中瓦斯气体的含量呈先增加后降低的趋势,初始少量瓦斯气体的加入显著改善与提高了瓦斯煤尘混合物的爆炸特性,降低了瓦斯煤尘混合物的爆炸下限。采用图像处理的方法对煤尘爆炸产物颗粒表面的结构特性进行了半定量分析,获得了产物颗粒表面的孔隙形状因子及其分布。     

索特平均直径对煤粉及其在瓦斯气氛下爆炸特性的影响

为了研究索特平均直径(D_3,2)对煤粉及其在瓦斯气氛中爆炸特性的影响,利用20-L球形爆炸装置,测量了煤粉初始样和混合样及其在瓦斯气氛中的爆炸特性参数,研究了粒径分散度σ_D对煤尘爆炸威力的影响,对比分析了粒径特征参数d₅₀,D_4,3,D_3,2值与煤粉粉尘爆炸威力的相关性;同时收集了煤粉粉尘爆炸的固体残渣,并通过扫描电镜对其微观结构进行了表征;最后,结合煤粉粉尘爆炸实验数据和产物微观结构分析结果,探讨了煤粉粉尘及其在瓦斯气氛中爆炸的机理。实验结果表明:当d₅₀值相同时,σ_D值最大(2.31)时煤粉粉尘的压力最大值P_max和(d P/d t)_max值较σ_D值最小(1.49)时分别增加了14.71%和68.05%,说明煤粉粉尘的粒径分散度σ_D会显著影响其爆炸性能;相对于d₅₀值和D_4,3值,D_3,2值可以更好的阐述煤粉粉尘的爆炸特性,D_3,2值最大(120μm)时的粉尘爆炸压力P_ex和(d P/d t)_ex值较D_3,2值最小(2.5μm)时分别降低了33.33%和83.33%,说明D_3,2值对(d P/d t)_ex值的影响大于对P_ex值的影响;在瓦斯气氛中,随着D_3,2值的增加,煤粉粉尘的(d P/d t)_ex值逐渐减小,低瓦斯体积分数时,D_3,2值对P_ex值影响较小,但高瓦斯体积分数时,D_3,2值越大则P_ex值越小,而煤粉颗粒的D_3,2值越小,挥发分燃烧速率更快,爆炸更剧烈,其残渣表面的孔洞越多,破碎程度也越大。     

粘尘棒对煤尘爆炸的影响与分析

粘尘棒作为一种高效的煤层注水添加剂,不但能够有效地提高煤尘的降尘率,而且可使煤体产生的煤尘爆炸下限浓度升高,煤尘爆炸性减弱,具有综合防尘减灾的作用,对煤矿的安全生产具有重要的意义。煤尘爆炸下限浓度是煤尘爆炸特性的一个重要参数,论文利用Hartman装置通过对不同含水量下水与粘尘棒对煤尘爆炸下限浓度的对比试验研究,分析了添加粘尘棒煤层注水后对煤尘的爆炸下限浓度的影响及原因。