低浓度瓦斯对煤尘爆炸下限的影响研究

采用20 L钢制近球形爆炸特性测试系统,对低浓度瓦斯参与条件下、3种不同煤尘的爆炸下限变化规律进行了试验研究。研究发现:在本试验条件下,煤尘的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而逐渐下降;当瓦斯浓度在0~1.0%范围内,煤质组成成分对爆炸下限影响较大,相应的瓦斯和煤尘共存的爆炸复合体系表现为"强煤尘"性;当瓦斯浓度大于1%时,煤尘爆炸下限浓度的数值差异不大,煤质成分对煤尘爆炸下限的影响不再明显,相应的瓦斯煤尘共存的复合爆炸体系表现为"强瓦斯"性。     

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。     

瓦斯、煤尘共存条件下爆炸极限变化规律实验研究

采用20L近球形爆炸特性测试系统对瓦斯、煤尘共存条件下爆炸极限变化规律进行了实验研究。研究发现:在本实验条件下,煤尘的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而逐渐下降,纯煤尘时的爆炸下限浓度是28.4g/m3,当加入1.70%浓度瓦斯时,煤尘爆炸下限浓度下降到7.8g/m3,且煤尘爆炸下限与瓦斯浓度呈指数函数关系变化;瓦斯的爆炸极限随煤尘浓度的增加发生改变,且与煤尘浓度呈不同的指数函数关系;纯瓦斯的爆炸上限为15.8%,而加入100g/m3的煤尘后瓦斯的爆炸上限下降到了12.8%;瓦斯的爆炸下限随煤尘浓度的增加逐渐下降,纯瓦斯的爆炸下限为5.10%,而加入100g/m3的煤尘后瓦斯的爆炸下限下降到了3.1%。研究结果为煤矿井下瓦斯煤尘爆炸事故的防治提供理论依据。     

高挥发分煤尘对瓦斯爆炸极限的影响

瓦斯爆炸是影响煤矿安全生产的重大灾害之一,煤尘的存在会影响瓦斯的爆炸极限。运用20 L爆炸特性测试系统研究了高挥发分煤尘对瓦斯爆炸极限的影响,并对实验煤样在40~260℃进行了析出气体分析。实验结果表明:在有煤尘参与的条件下,瓦斯爆炸上限变得更低,当加入100 g/m3煤尘后,瓦斯爆炸上限下降到了12.8%。在爆炸下限附近,煤尘对瓦斯爆炸有促进作用,煤尘的存在使得瓦斯爆炸下限会变得更低,加入100 g/m3煤尘后,瓦斯爆炸的下限下降到了3.1%。     

煤尘对低浓度瓦斯爆炸的影响研究

通过实验室试验研究揭示了瓦斯煤尘爆炸下限浓度的相互影响关系。实验表明,瓦斯参与情况下煤尘的爆炸下限浓度明显降低,同样煤尘参与情况下甚至1%的瓦斯也会发生爆炸。     

瓦斯煤尘共存条件下爆炸危险性的研究

论述了在20L试验装置中，分别用浓度为1％、2％和3％的瓦斯与煤尘共存时所测得的煤尘爆炸下限浓度、爆炸压力和爆炸压力上升速度。试验结果表明：瓦斯的存在，使煤尘的爆炸下限浓度降低、爆炸压力和爆炸压力上升速度增大，从而使煤尘爆炸危险性增大。     

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。     

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。     

冲击气流诱导对沉积煤尘参与瓦斯爆炸的试验研究

为研究井下瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸现象,利用独头试验巷道模拟不同体积瓦斯爆炸产生不同诱导强度的冲击气流,并对沉积煤尘的诱导飞扬能力和参与爆炸传播规律进行研究。结果表明:瓦斯爆炸产生的冲击气流能卷扬沉积煤尘飞扬,形成煤尘"二次爆炸",进一步扩大爆炸的伤害范围;当瓦斯区的气体体积从50 m3增加到200 m3时,瓦斯爆炸产生冲击气流在瓦斯段峰值压力从0.14 MPa增加到0.31 MPa,卷扬沉积煤尘的诱导卷扬能力增强;试验测试煤尘段的最大爆炸压力分别达到0.36和0.83 MPa;无煤尘火焰长度分别为75.1和115.2 m,整个爆炸过程朝更迅猛的方向发展。     

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。     

不同总量沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的传播规律模拟研究

应用连续相、颗粒相计算方法对瓦斯爆炸诱导不同量沉积煤尘参与爆炸进行数值模拟,对煤尘参与爆炸的行为机理进行了研究。结合瓦斯爆炸传播的两波三区结构理论,以及冲击气流对诱导煤尘颗粒飞扬、点火过程,分析了不同总量煤尘条件下的爆炸火焰发生情况及其作用机理,并对不同模式下煤尘区的冲击波和火焰传播的规律进行定量讨论,为认清瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸的机理,有效预防瓦斯煤尘爆炸提供理论基础。     

甲烷-煤尘复合爆炸威力实验

建立了由压力变送器、数据采集卡、计算机和电极点火装置组成的密闭空间甲烷-煤尘复合爆炸实验系统,动态响应时间小于1 ms,测试精度为0.5级.对甲烷－煤尘复合爆炸威力进行了系统的实验研究.结果表明:密闭空间内甲烷－煤尘复合爆炸的最危险爆炸条件为甲烷浓度5%,煤尘浓度500 g/m³,煤尘粒径26 μm,点火延迟时间40 ms;最大爆炸压力与甲烷浓度、煤尘浓度和点火延迟时间呈二次函数关系;最大爆炸压力随着煤尘粒径的增大而减小.甲烷的存在使得纯煤尘在空气中的爆炸下限降低,而爆炸压力增大;同样,煤尘的存在使得甲烷的爆炸下限降低,而爆炸压力升高.     

煤矿瓦斯煤尘燃烧与爆炸研究现状及展望

瓦斯煤尘爆炸事故是煤矿灾害事故之一,为了预防和控制井下此类事故的发生,国内外研究者采用理论分析、实验研究和数值模拟等手段对瓦斯煤尘着火特性、瓦斯煤尘复合火焰传播规律及瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸等进行了深入的大量的研究,本文对该研究方向上的国内外研究成果进行了综合评述,并展望了瓦斯煤尘爆炸未来科研方向上的关注点。     

独头巷道中瓦斯爆炸引爆沉积煤尘的试验

介绍了狡头巷道中瓦斯爆炸引起沉积煤尘爆炸的试验情况，计算了起爆瓦斯的爆炸参量，建立了沉积煤尘在爆压作用下飞扬和爆炸的物理模型，冻对结果进行了分析和讨论。     

矿用救生舱抗爆性能试验研究

在断面积7.2m2、全长896m的大型试验巷道中模拟井下瓦斯、瓦斯煤尘爆炸,进行矿用救生舱抗爆性能试验。通过测试爆炸压力及观察舱体内活体动物的受损情况,分析了煤矿井下瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸对救生舱的损坏程度,可为矿用救生舱的研制和安装技术研究提供基础数据。     

不同煤种对瓦斯煤尘爆炸影响的实验研究

为了进一步探究不同煤种参与的瓦斯煤尘爆炸的传播规律,选取3种具有代表性的煤尘在自制的半封闭管道内进行试验,主要研究了瓦斯煤尘爆炸火焰传播速度、火焰面发光强度和最大爆炸压力。研究结果表明:瓦斯煤尘爆炸的最大爆炸压力和火焰传播速度皆随着煤尘浓度的增加呈先上升后下降的趋势;存在着一个最佳的瓦斯浓度和煤尘浓度,使火焰传播速度达到最大,发光强度也达到最大;火焰传播速度、最大爆炸压力和爆炸产生的发光强度都是按褐煤、烟煤、无烟煤依次降低。     

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。     

一起特别重大瓦斯煤尘爆炸事故分析

描述了鲁山县新生二矿特别重大瓦斯煤尘爆炸事故发生的概况及现场勘察情况,分析了事故发生的原因及发生过程,给出了瓦斯积聚原因和煤尘参与爆炸的结论。提出低瓦斯矿井应加强瓦斯管理,建立瓦斯监控系统及瓦斯管理制度;煤尘具有爆炸性的矿井应建立洒水防尘系统,建立防尘管理制度,进行作业点粉尘浓度检测,及时清扫积尘,并应安设防隔爆设施。     

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。     

瓦斯煤尘爆炸传播特性的实验研究

在断面为7.2 m²、长为658 m的实验巷道内,用cs2092H多通道动态数据采集分析仪,模拟煤矿掘进巷道,对瓦斯、煤尘爆炸过程中的爆炸冲击波能量、传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围进行了实验研究.结果表明,瓦斯、煤尘爆炸压力波衰减慢,爆炸传播距离远,且传播距离随瓦斯数量以及瓦斯、煤尘分布的变化而变化.与瓦斯爆炸相比,煤尘爆炸的剧烈程度强,坑道中煤尘的焦化明显,且可燃物灼烧情况可作为瓦斯煤尘爆炸的爆源点确认判据.