受限空间可燃性气体爆炸特性的对比

以可燃性气体CH₄为研究对象,在实验室对比研究了容器因素、初始湍流对CH₄爆炸极限的影响,气体浓度及湍流对CH₄爆炸特性的影响.实验结果表明：CH₄爆炸极限与诸多因素有关,随容器扩展性的增大,爆炸极限会增宽;初始湍流亦使CH₄爆炸极限增宽;CH₄爆炸的最佳浓度为11%,在此浓度下CH₄爆炸的最大爆炸压力、最大压力上升速率达最大值,到达最大爆炸压力的时间达最小值;在同一浓度下,CH₄预混湍流爆炸比静止无湍流爆炸时的最大爆炸压力、最大压力上升速率大,到达最大爆炸压力的时间短.     

惰性气体对KHCO3冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响研究

主动式喷粉抑爆装置是煤矿甲烷爆炸的防控装备之一,该装置装填的超细粉体抑爆剂可在甲烷爆炸初期主动喷洒,使其中超细粉体颗粒形成冷气溶胶,减少后续甲烷爆炸危害。为进一步提升主动式喷粉抑爆装置的抑爆性能,探究冷气溶胶抑爆剂的抑爆规律,使用5 L爆炸管道系统,测试了N₂和CO₂两种惰性气体对KHCO₃冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响。试验结果表明:N2、CO₂显著强化了KHCO₃冷气溶胶对9.5%甲烷/空气预混气的抑制性能,相比于空气驱动的KHCO₃冷气溶胶,气体介质中含有惰性气体的KHCO₃冷气溶胶使甲烷爆炸最大压力下降更为显著,到达峰值压力时间也更长;CO2对KHCO₃冷气溶胶抑爆性能的增效作用强于N2。其中,体积分数0.03 g/L的KHCO₃冷气溶胶仅使甲烷最大爆炸压力降低60.4%,而在气体介质内充入体积分数15%~20%的N2或5%~10%的CO2时,同浓度KHCO₃冷气溶胶可以完全抑制甲烷爆炸,继续增加惰性气体的体积分数可以进一步减少KHCO₃冷气溶胶用量,从而降低主动式喷粉抑爆装置的成本。试验考察了在不同浓度KHCO₃冷气溶胶与不同体积分数N2、CO2作用下的甲烷爆炸情况,得到了KHCO₃冷气溶胶与惰性气体的最佳抑爆用量配比,能够为基于KHCO₃冷气溶胶的主动式喷粉抑爆装置的设计提供理论依据及技术参数。此外,讨论了含惰性气体的KHCO₃冷气溶胶系统的甲烷抑爆机理,并分析了惰性气体的增效原因。     

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。     

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.     

千米深井区域压裂增透技术应用与研究

针对矿井开采垂深下延,煤层透气性低,造成矿井采掘接替紧张现状。以平煤股份十二矿己₁₅-31040进风巷低位瓦斯治理巷为工程背景,对比采取水力压裂增透技术前后,煤层区域瓦斯含量的卸压效果。现场实测,己₁₅、己_16-17煤层绝对瓦斯压力分别为0.83～1.30、0.86～1.06 MPa,原始瓦斯含量分别为5.41～12.86、9.63～13.84 m³/t。水力压裂后分别沿压裂孔走向、倾向方向、不同步距点进行卸压效果考察:己₁₅煤层瓦斯含量较原始平均值降低5.41 m³/t左右,己_16-17煤层瓦斯含量较原始平均值降低2.91 m³/t左右。研究得出,沿走向方向外段瓦斯含量降幅大于里段,沿倾向方向巷道下帮方向瓦斯含量降幅大于上帮方向。研究分析煤层抽采效果考察等工作,为大垂深、低透气性,高应力矿井煤层增透促抽提供指导。     

基于爆炸强度与隔爆屏障作用技术的巷道隔爆实验

为了提升煤矿瓦斯煤尘爆炸灾害的防治技术和效果,基于不同爆炸能量和隔爆屏障粉体质量浓度研究了大尺度巷道内主动隔爆系统的隔爆灭火性能。在敞开空间采用高速摄影技术测试了主动巷道隔爆系统隔爆屏障的形成过程及动态分布特征,隔爆器粉体能在120 ms时刻形成8.04 m~2有效断面,在1 200 ms时刻覆盖20 m,在空间内持续作用5 000 ms以上,得出驱动气体压力是影响隔爆屏障动态分布和覆盖距离的直接因素。在此基础上,采用断面7.2 m~2大型地下巷道,进行了瓦斯(煤尘)爆炸传播实验和隔爆实验,分析了实验过程中压力波、火焰阵面的传播特性。研究结果表明:粉体隔爆屏障能有效起到衰减压力波和扑灭爆炸火焰的作用,在粉体质量浓度较低时,爆炸火焰将穿越隔爆屏障,而随着质量浓度的增加,隔爆效果增强。在瓦斯隔爆实验中粉体质量浓度为277.8 g/m~3时,40 m位置爆炸超压衰减为36.4 kPa;在瓦斯煤尘爆炸隔爆实验中,粉体质量浓度为625.0 g/m~3时,70 m位置爆炸超压降低至54.0 kPa,对比同等强度的爆炸传播实验,最大压力下降率均大于60%。瓦斯(煤尘)爆炸隔爆实验中,驱动氮气和粉体所形成的隔爆屏障能有效起到冷却降温、隔绝窒息和消耗自由基的作用。随着粉体质量浓度的增加,爆炸火焰传播速度迅速下降,整个传播过程中的最大火焰速度位置前移,出现在隔爆器前端,爆炸火焰在隔爆器后20 m区域内被完全扑灭。     

保护层开采效果考察及应用

分析了平煤股份十二矿开采己₁₅保护己_16-17煤层的可行性,研究了保护层开采效果考察方案,并在己_16-17-17180工作面进行了方案考察,主要考察了保护效果和保护范围。研究表明:己₁₅煤层作为保护层开采,对于降低己_16-17煤层原始瓦斯压力、降低原始瓦斯含量、增强煤层透气性系数具有非常有效的作用。在保护范围内,一般可使己_16-17煤层瓦斯压力降低到0.34 MPa以下,可使其瓦斯含量降低到5.42 m³/t以下,各项防突预测指标均达到安全开采的临界值以下,充分说明经过上保护层的开采后,被保护层的煤与瓦斯突出危险性得到了消除,为实现被保护层安全、高效开采提供了可供技术支撑。     

水力压裂增透工艺及瓦斯综合治理效果考察研究

针对某矿703综采工作面瓦斯涌出问题,在工作面回采前先对工作面进行顺层孔致裂卸压增透,再施工工作面顺层抽采钻孔治理本煤层瓦斯涌出。结果表明,未压裂区域煤层原始瓦斯含量为6.68 m³/t,压裂区域煤层瓦斯含量约为3.59 m³/t;未压裂区域煤层原始瓦斯压力为0.4 MPa,压裂区域煤层瓦斯压力约为0.14 MPa;未压裂区域煤层透气性系数为0.007 3 m²/(MPa²·d^-1),压裂区域煤层透气性系数为0.024 2 m²/(MPa²·d^-1),与未压裂区域相比,压裂区域的瓦斯抽采浓度和抽采纯量都有大幅度的提高;703工作面采取措施前,回采工作面相对瓦斯涌出量16.6 m³/t,绝对瓦斯涌出量84.01 m³/min;而703工作面采用综合瓦斯治理措施情况下,回采工作面相对瓦斯涌出量13.29 m³/t,绝对瓦斯涌出量60.28 m^...     

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。     

水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究

运用高速摄影仪在小型爆炸实验台上分别对CH₄体积百分浓度约为9.5％的甲烷和空气的混合气在超细清水雾以及超细NaHCO₃,NaCl,KCl水雾气氛中的爆炸过程进行了实验研究.实验发现:在超细水雾气氛下,瓦斯的爆炸感应期明显延长,火焰在实验管道中传播的平均速率和最大速率显著降低,并出现了火焰驻停现象.实验表明：含有NaHCO₃,NaCl,KCl的超细水雾对瓦斯爆炸的控制效果要优于超细清水雾的控爆效果,其中又以KCl超细水雾为最佳.     

卤代烷气体灭火剂促进-抑制瓦斯燃爆特性试验

瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平,而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果,采用试验测试和理论分析相结合的方法,系统研究了七氟丙烷(C₃HF₇)、六氟丙烷(C₃H₂F₆)和三氟甲烷(CHF₃)等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响,分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明：富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进-抑制双重作用。在化学当量条件下,仅C₃HF₇对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用,CHF₃和C₃H₂F₆     

Al(OH)3胶体、腐殖酸和碳酸铀酰在饱和多孔介质中的共迁移

探究了CO₂+O₂地浸采铀工艺中胶体对铀迁移行为的影响规律。以Al(OH)₃胶体、腐殖酸(HA)和碳酸铀酰(UC(Ⅵ))为研究对象,考察了pH=7.6、不同流速下,单一体系(Al(OH)₃胶体或UC(Ⅵ))、二元体系(Al(OH)₃-UC(Ⅵ))和三元体系(Al(OH)₃-UC(Ⅵ)-HA)在饱和石英砂介质中的迁移规律。结果表明,单一迁移体系中,流速更易影响Al(OH)₃的迁移效率,且随着流速增大,Al(OH)₃和UC(Ⅵ)迁移率显著增加。二元迁移体系中,UC(Ⅵ)和Al(OH)₃的迁移在流速5 mL/min时易受抑制,迁移率最小; UC(Ⅵ)和Al(OH)₃共存会互相抑制对方的迁移。三元迁移体系中,UC(Ⅵ)和Al(OH)₃的迁移基本不受流速影响; HA的存在显著促进了UC(Ⅵ)和Al(OH)₃的迁移。本研究为调控改善矿物胶体沉积、提高浸铀效果提供了科学依据。     

密闭容器复杂环境瓦斯爆炸压力特性研究

在密闭容器内对不同初始温度和环境压力条件下的瓦斯气体进行爆炸测试,研究了复杂环境条件下瓦斯气体的爆炸压力特性。通过实验得出:瓦斯爆炸存在最佳爆炸浓度,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随瓦斯浓度变化呈抛物线分布;环境条件对最大爆炸压力上升速率影响较小,而对最大爆炸压力影响较大。     

超细磷酸铵盐干粉抑制瓦斯爆炸的实验研究

磷酸铵盐干粉是哈龙灭火剂的最佳替代品之一,同时,超细干粉的灭火效果要远远大于普通的干粉灭火剂。将超细磷酸铵盐干粉用于抑制瓦斯爆炸,采用容积为20 L近球形气体抑爆实验系统,测试粒径为22μm的超细磷酸铵盐干粉对瓦斯的抑爆效果。实验结果表明:该超细磷酸铵盐干粉使浓度为7%的瓦斯最大爆炸压力pm最大降低32%,同时,粉体最佳抑爆浓度为50 g/m3。实验证明,抑爆粉体的抑爆效果不仅与粉体的浓度有关,同时也与瓦斯浓度有一定的关系。     

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。     

某矿西风井区域二1煤层突出危险性分析

煤层煤与瓦斯突出危险性分析是煤矿开拓延伸的基础。某矿亟需掌握西进风井及其井底车场附近的二₁煤层瓦斯赋存规律。采用鉴定指标法分析西风井区域二₁煤层的突出危险性,结果表明:二₁煤层最高破坏类型为Ⅱ类,最大煤的瓦斯放散初速度指标为33.1 mL/s,煤的最小坚固性系数为0.42,最大煤层原始瓦斯压力(相对)为0.35 MPa;随着西风井区域二₁煤层埋藏深度增大,煤层瓦斯压力呈增大趋势;二₁煤层在分析范围内标高-574.6 m(埋深659.6 m)以浅无煤与瓦斯突出危险。     

多元惰气对瓦斯爆炸特性影响的实验研究

通过实验研究了N2、CO2及CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合多元惰性气体对瓦斯最大爆炸压力及爆炸极限的影响。结果表明:甲烷的爆炸极限为5%~14%,当甲烷浓度为10%时,产生的最大爆炸压力最大,为0.278 4 MPa。惰性气体的加入使瓦斯的最大爆炸压力降低,爆炸极限范围缩小,且对瓦斯爆炸上限的影响要大于对爆炸下限的影响,对高浓度瓦斯体系的影响要大于对低浓度瓦斯体系的影响。加入N2、CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合气体和CO2时,对瓦斯爆炸的完全抑爆浓度分别为32%、25%和22%,抑爆效果由大到小依次是CO2,2∶1、1∶1、1∶2 CO2/N2的混合气体和N2。     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

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。     

催化型复合粉体抑爆剂抑制瓦斯爆炸压力实验研究

矿井瓦斯爆炸影响着矿井安全生产,瓦斯爆炸防治技术一直是矿井安全生产的重中之重。除了泄爆、隔爆等安全措施,抑爆也是一种高效防治技术。目前,投产使用的瓦斯爆炸抑制剂大多效果不佳,为了获取高效的粉体抑爆剂,以传统灭火剂KHCO3为基体材料,加入适量的二茂铁和微量的助磨剂、干燥剂,运用行星式球磨机,采用干法复配技术得到催化型复合粉体抑爆剂。通过标准的20 L球型爆炸装置,测试催化型复合粉体抑爆剂对瓦斯爆炸产生最大爆炸压力、最大压力上升速率等相关特征参数的影响。根据爆燃指数的计算结果对催化型复合粉体抑爆剂减缓瓦斯爆炸的危害程度进行详细分析。基于粉体表征结果对催化型复合粉体抑爆剂的抑制机理进行讨论。结果表明,二茂铁的加入明显改善了传统灭火剂KHCO3的团聚现象,提高了其热解性能。干燥剂增加复合抑制剂的疏水性能,使其在常温常压下更易储存和运输。球磨机的研磨使得复合抑爆剂的粒径大幅减小,经检测,催化型复合抑爆剂体积加权平均粒径为40.61μm。催化型复合粉体抑爆剂最佳的抑爆减灾质量浓度为0.1 g/L,当二茂铁、KHCO3、助磨剂与干燥剂3者质量比达到3∶16∶1时,催化型复合粉体抑爆剂展现了良好的抑...