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     

气液两相介质抑制管道甲烷爆炸协同增效作用

瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9.5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO2,N2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9.5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8-4 mL(质量浓度694.4 g/m3)后,均能对9.5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。     

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。     

瓦斯输送管道爆炸自动喷粉抑爆技术

通过论述自动喷粉抑爆技术原理及构成,分析总结瓦斯管道爆炸传播规律,得出自动喷粉抑爆技术抑爆效果主要取决于装备相应时间、干粉浓度粒度及NH4H2PO4质量分数。在DN500爆炸试验管道进行瓦斯管道爆炸传播试验和抑爆试验研究自动喷粉抑爆装置抑爆效果,抑爆器动作后,爆炸火焰在抑爆器后3.5 m内被扑灭,爆炸冲击波在爆炸火焰被扑灭后,不断衰减,最终消失。试验表明:自动喷粉抑爆技术能够有效的抑制瓦斯爆炸。     

SiO2纳米粉体抑制瓦斯爆炸的试验研究

为了研究纳米粉体的抑爆作用,采用自主改进容积为20L的近球形抑爆试验系统,测试添加SiO2纳米粉体时的瓦斯爆炸极限、压力等特性参数的变化,并同微米级粉体对比分析其抑爆效果,同时研究粉体质量浓度和点火时间对抑爆效果的影响.试验结果表明:同微米级粉体相比.纳米粉体的抑爆效果更好;质量浓度为0.1 g/L、粒径为 50 nm 的SiO2 粉体可使瓦斯与空气混合气体(瓦斯体积分数7%)的爆炸压力下降约70%,压力上升平均速率下降约90%,爆炸极限范围缩小约43%;超细粉体抑爆剂在固定空间内存在最佳抑爆浓度范围,并不是粉体添加量越大抑爆效果越好;粉体抑爆剂喷洒形成固体微粒气溶胶后存在最佳抑爆时间范围,超出该时间范围抑爆作用衰减明显.     

温度对半焦非催化还原CO2的影响

2021年我国CO₂排放约120亿t,碳减排压力巨大。为实现双碳目标,将CO₂转化为CO等基础化工原料是减排CO₂、实现其资源化利用的重要途径。采用自主设计的连续给料流态化立式炉装置,以榆林半焦为原料,在CO₂气氛下考察了温度(900～1 100℃)对半焦非催化还原CO₂的影响,并对底渣和飞灰(灰渣)的理化特性进行了表征。结果显示：随着温度的升高,CO₂还原率、CO₂转化率、CO体积分数、碳转化率以及煤气热值均增大,而CO₂体积分数大幅下降,CO₂被有效转化为CO,但是在温度超过1 050℃后,增长趋势变缓。温度为1 050℃时气体组分中CO占64%左右,CO₂占30%左右,CO₂还原率为50.37%,CO₂转化率为0.72 m³/kg。随温度上升,榆林半焦颗粒表面由光滑致密向多孔、海绵状、粗糙过渡,底渣...     

二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120mm×120mm×840mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明：二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷气体的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量的增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4mL超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为72.3mbar;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸的超压峰值下降了92.95mbar,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。     

惰性气体参数对瓦斯爆燃火焰传播抑制效果的研究

在自主搭建的中尺度爆炸管道上，构建超高速激光纹影测试系统，探究不同喷射位置和压力下N₂和CO₂抑制瓦斯/空气预混气体爆燃火焰传播特性。结果表明：在惰性气体抑制瓦斯/空气预混气体爆燃实验中，随着喷射压力的逐步增强，火焰传播速度呈现出先增大后减小的趋势，火焰形态也由指尖状逐渐拉伸变形，中部突出部分变小直至呈现近平面状；近点火端喷射CO₂时比远离点火端喷射的最高火焰传播速度降低20.79%，喷射N2时降低20.25%，近点火端喷射CO₂比远点火端的最低火焰速度低9.68%，喷射N2时降低12.86%；对比2种阻燃抑爆气体，近点火端喷射CO₂比喷射N2的最高火焰传播速度低21.78%，最低速度比N2低1.82%；远点火端喷射CO₂时的最高火焰速度比N2低21.25%，最低火焰速度比N2低5.27%。     

变压吸附法提纯驱替煤层气中甲烷的实验研究

通过采用二氧化碳驱替煤层气的甲烷可为二氧化碳的封存提供经济价值,但二氧化碳的混入易降低煤层气的利用价值,因而需通过气体分离的方法对甲烷进行提纯后再进入管网并输送至下游用户使用。为了进一步实现CO₂的捕集与煤层气的提纯利用,使用自制吸附剂进行CH₄/CO₂变压吸附分离中试实验研究,即利用变压吸附中试实验装置以探索不同工艺参数对产品气体积分数和吸附剂处理量的影响,并通过连续性变压吸附实验,形成完整的CO₂/CH₄分离提纯工艺。实验结果表明,通过两级变压吸附工艺提纯后,CH₄体积分数可由原料气中的80%提升至99.21%,回收率达94.93%,CO₂体积分数由20%降低至1%以下。使用变压吸附法能够提纯CO₂驱替煤层气中的甲烷,从而降低CO₂驱替煤层气工艺对煤层气浓度的影响。通过两级变压吸附提浓甲烷实验,已形成产出气压缩、脱水除油除尘净化、两级变压吸附CO₂/CH_4...     

煤矿巷道内N2及CO2抑制瓦斯爆炸的机理特性

为探求煤矿巷道内惰性气体（氮气及二氧化碳）对瓦斯预混合爆炸的影响,采用详细反应机理(包括53种组分、325个反应),运用化学动力学计算软件CHEMKIN 3.7中PREMIX程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的数学模型。通过数值计算,对比了N2及CO2对瓦斯爆炸过程中反应物、自由基、爆炸后产生的主要致灾性气体的浓度以及甲烷总消耗速率等变化的影响,分析N2及CO2对瓦斯爆炸反应过程影响的异同。计算结果表明,在相同体积分数下,CO2比N2更能有效地降低体系中的活化中心浓度和爆炸中所生成致灾性气体CO,NO的浓度,因此CO2在抑制瓦斯爆炸作用方面比N2的效果更为明显。     

Comparative experimental study on inhibiting gas explosion using ABC dry powder and diatomite powder

Using a 20 L spherical explosion suppressing test system, the largest gas explosion pressure and maximum pressure rising rate with additives of ultra-fine ABC dry powder and diatomite powder were tested and compared, and the explosion suppression effect of the two kinds of powder was analyzed. Experimental results show that both powders can suppress gas explosion and ABC dry powder is superior to diatomite powder. Adding two powders under the same experimental conditions, when methane concentration is 7.0%, the maximum explosion pressure decreased 39% and 4%, respectively, while the rising rate of the maximum pressure decreased 80% and 53%, respectively. When methane concentration is 9.5%, the maximum explosion pressure decreased 14% and 12%, respectively, the rising rate of maximum pressure decreased 62% and 27%, respectively, the maximum explosion pressure decreased 23% and 18%, respectively, while the rising rate of the maximum pressure decreased 77% and 70%, respectively. When methane concentration is 12.0%, the explosion suppression effect of ultra-fine ABC dry powder is not affected by the methane concentration, and the explosion suppression effect of diatomite powder under high methane concentrations is more obvious.     

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。     

延长探区延长组陆相页岩气地球化学特征和成因

通过页岩气样品的气体组分含量及稳定碳、氢同位素分析,对鄂尔多斯盆地东南部延长探区上三叠统延长组陆相页岩气地球化学特征进行了研究,探讨了延长探区延长组陆相页岩气成因和来源.结果表明:①延长探区延长组页岩气以烷烃类气体为主(87.89%～99.66%),甲烷含量均小于95%(60.44%～91.68%),重烃组分含量高,干燥系数较低(64.00%～93.43%),非烃气体含量低(以N₂和CO₂为主,分别为0.68%和1.36%),为典型的湿气;②延长探区延长组页岩气甲烷、乙烷、丙烷和丁烷碳同位素值分别分布在–53.4‰～–46.3‰、–39.7‰～–31.9‰、–34.3‰～–29.6‰和–33.8‰～–25.0‰之间,碳同位素总体上表现为δ13C₁<δ13C₂ <δ13C₃ <δ13C₄的正碳同位素序列,仅少部分样品δ13C₃ 和δ13C₄发生倒转;③延长探区延长组页岩气以热成因气为主,主要为来源于低熟—成熟阶段的偏腐泥型页岩干酪根裂解形成的油型气.     

高位钻孔抽瓦斯与压注CO2防灭火一孔两用技术

采空区瓦斯与遗煤自然发火耦合极易诱发瓦斯爆炸。结合唐口煤矿现场条件,分析了煤层瓦斯涌出规律及采空区自然发火特性,采用高位钻孔抽采瓦斯及压注液态CO₂防治采空区煤自然发火一孔两用技术。结果表明:高位钻孔抽采瓦斯能使回风隅角和回风流的瓦斯浓度分别降低到0.05%~0.10%和0.10%~0.15%;监测束管CO平均浓度由原来的4.2×10^-6降低到1.8×10^-6,O₂浓度由原来的18.5%降低到11.5%,压注液态CO₂能有效杜绝采空区煤炭自燃;回风隅角未再出现瓦斯超限现象,上隅角对应采空区氧气浓度不高于5%,应用效果良好。     

改性赤泥粉体抑制瓦斯爆炸的实验研究

为了研制经济且高效的抑爆剂,以拜耳法赤泥为原料,经过脱碱、改性处理后得到具有较高比表面积(255 m2/g)的超细改性赤泥粉体材料。利用自制瓦斯抑爆实验系统,研究了改性赤泥粉体的抑爆性能。研究结果表明:经过改性的赤泥粉体在瓦斯抑爆实验中表现出良好的抑爆效果。其中,质量浓度为0.15 g/L的赤泥粉体可使甲烷体积分数为9.5%的甲烷-空气预混气体的爆炸最大压力降低30%,压力峰值出现时间延迟35.1%左右。结合热分析、氮气吸附-脱附等测试结果,对改性赤泥粉体的抑爆机理进行了讨论,分析表明改性赤泥具有较高的吸热性,同时具有较高的比表面积,能够有效吸附爆炸中产生的活性自基,从而达到抑爆的目的。     

惰性气体抑制矿井瓦斯爆炸的实验研究

通过实验,对比研究了惰性气体CO2和N2对瓦斯浓度爆炸极限和临界氧浓度的影响。实验结果表明,惰性气体CO2和N2对瓦斯爆炸具有一定的抑制作用,且CO2比N2有更好的抑制效果。该研究对矿井瓦斯爆炸事故的预防,指导支链燃烧与支链爆炸的实践,均具有积极的意义。     

管道抑爆装置在瓦斯抽采系统上的实践

通过对管道抑燃抑爆装置工作原理、响应时间、喷粉抑爆时间及管道爆炸危险点分析的研究,得出在瓦斯抽采系统中,抑爆装置最佳的安装位置和安装方式,从而抑制管道瓦斯爆炸灾害的扩大,为煤矿瓦斯抽采管道控制爆炸技术积累相关经验。