静电点火下煤粉爆炸特性研究

为完善粉尘爆炸测试方法,建立了一套基于20L球形爆炸装置的煤粉爆炸特性参数的测试系统。实验采用大能量静电点火对不同粒径的煤粉-空气混合物的爆炸特性进行了研究,测得了不同实验条件下煤粉的爆炸特性参数。实验结果表明,随着煤粉浓度的增加,爆炸压力、压力上升速率等爆炸参数先增大后减小;煤粉粒径对其爆炸特性影响很大,煤粉粒度越小,爆炸烈度越强烈;随着点火能量的增大,爆炸压力、爆炸压力上升速率等爆炸参数逐渐增大,当点火能量增大到一定值时,这些参数又趋于稳定。     

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。     

木薯淀粉粉尘云的爆炸特性

采用20 L近球形爆炸实验系统对木薯淀粉粉尘云的爆炸特性开展了实验研究,分别分析了点火延迟时间、粉尘云浓度、喷吹压力等因素对木薯淀粉粉尘云爆炸的影响,揭示了木薯淀粉粉尘云在密闭容器中的爆炸特性。结果表明,随点火延迟时间增加,木薯淀粉粉尘云最大爆炸压力先增大后减小;随粉尘云浓度增大,木薯淀粉粉尘云最大爆炸压力先增大后减小;随喷吹压力增大,木薯淀粉粉尘云最大爆炸压力先增大后减小。木薯淀粉的最大爆炸指数近似值属于St2级,木薯淀粉粉尘的爆炸危险性很大。本研究成果可为预防实际生产中的粉尘爆炸事故提供一定参考依据。     

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。     

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.     

含硫量对硫化矿粉尘云最小点火能的影响

为探究含硫量对硫化矿粉尘云最小点火能的影响,将A、B、C 3组不同含硫量的硫化矿粉尘云于20 L爆炸球中测定最小点火能。所得实验数据用点火概率(是否着火)表示最小点火能的方法,得出各组硫化矿粉尘云着火概率随点火能变化的分布曲线。通过实验得出各组硫化矿粉尘云最小点火能为:A500组3~4 k J、B500组6~8 k J、C500组>12 k J;A300组2~3 k J、B300组4~6 k J、C300组>12 k J;A200组2~3 k J、B200组6~8 k J、C200组>12 k J。结果表明:含硫量越高最小点火能越低,亦即爆炸危险性越大。     

点火能量对煤粉爆炸行为的影响

为了探明点火能量对煤粉爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,试验研究了不同点火能量对煤粉爆炸行为的影响,对煤粉爆炸猛度(最大爆炸压力和最大升压速率)及惰性介质的抑爆效力随点火能量的变化规律进行了重点探讨。结果表明:随着点火能量的增加,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,在同一浓度下,粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升,在高浓度下,粉尘爆炸压力受点火能量的影响更显著;惰性介质抑爆效力随点火能量增加而下降,建议采用5~10 kJ点火能量考察惰性介质对煤粉爆炸的抑制效力。     

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。     

外部条件对煤粉爆炸特性的影响北大核心

为了探明外部条件对煤粉爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,探讨了不同点火能量对爆炸的影响,对比CaCO_3和Al(OH)_32种惰性介质的抑爆效果,不同含水量煤粉的燃烧爆炸行为。结果表明:随着点火能量的增加,粉尘最大爆炸压力呈线性上升,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低煤粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆而言,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;煤粉爆炸最大爆炸压力随粉尘含水量降低而不断增大。     

外部条件对煤粉爆炸特性的影响

为了探明外部条件对煤粉爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,探讨了不同点火能量对爆炸的影响,对比CaCO_3和Al(OH)_32种惰性介质的抑爆效果,不同含水量煤粉的燃烧爆炸行为。结果表明:随着点火能量的增加,粉尘最大爆炸压力呈线性上升,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低煤粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆而言,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;煤粉爆炸最大爆炸压力随粉尘含水量降低而不断增大。     

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。     

Numerical investigation on the spraying and explosibility characteristics of coal dust

This paper utilises FLUENT software to simulate the spraying and explosion of coal dust in a spherical explosion chamber. The influence of particle size on coal dust spraying is analysed. Explosion easily develops for small particle sizes under the same conditions of coal dust concentration and ignition temperature. For large-size coal dust particles, the speeds of release and transmission reduce dramatically due to lack of oxygen inside. Explosion is very difficult to develop in such conditions. Coal dusts with smaller particle size distribute uniformly in the chamber, whereas larger particles concentrate in parts of the chamber. The influence of coal dust concentration, ignition temperature and particle size on the pressure of coal dust explosion is also studied. The results show that, when ignition temperature is less than a certain value, the maximum pressure increases rapidly with the growth of ignition temperature. As ignition temperature is larger than the value, the change of the maximum pressure is small. The maximum explosion pressure increases first and then decreases with the increase of coal dust concentration. Because the inside of large size particles burn only partially due to lack of oxygen and slow combustion heat release and transfer, the decrease of the maximum explosion pressure is proportional with the increase of particle size.     

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。     

瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸作用模式

应用连续相、颗粒相计算方法对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸的传播过程进行数值模拟,并以此对爆炸作用模式及其异同进行研究。根据模拟结果,从不同煤尘云点火机理在爆炸过程中所起主导作用将爆炸模式分别确定为沉积煤尘扬尘爆炸和沉积煤尘火焰燃烧。进一步分析表明：不同爆炸作用模式显著改变冲击波和火焰传播规律,影响小规模诱导火焰区的长度...     

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。     

硫化矿尘云最低着火温度试验研究

利用标准测试装置Godbert-Greenwald 恒温炉对硫化矿尘进行了矿尘云最低着火温度试验研究。在设定试验条件下测试了硫化矿尘云最低着火温度,并探究了矿尘含硫量、粒度以及质量浓度对硫化矿尘云最低着火温度的影响。结果表明：A、B、C 3种硫化矿尘云最低着火温度分别为386、454、512 ℃;最低着火温度随矿尘含硫量的增加而降低、随粒径的减小而降低、随矿尘质量浓度的增加呈现先降低后升高趋势。研究结果对了解硫化矿尘云着火、爆炸危险性和指导硫化矿山安全生产具有参考价值。