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。     

极高温条件下瓦斯爆炸极限变化规律研究

在煤矿生产过程中,煤炭自燃、二次爆炸等都极易导致高温环境,为研究极高温条件下瓦斯爆炸极限的变化规律,利用1 L极高温气体爆炸特性测试系统对瓦斯在25、100、200、300、400℃初始温度条件下的爆炸极限进行了实验研究。结果表明:在25~400℃范围内,瓦斯爆炸极限与初始温度大致呈线性关系,且初始温度由25℃升高到400℃时,瓦斯爆炸上限升高了7.7个百分点,爆炸下限下降了1.53个百分点;随初始温度升高,瓦斯爆炸范围增大,爆炸危险性增大。研究得出的结论为预防煤矿极高温条件下瓦斯爆炸事故提供了理论基础。     

2种气体状态下瓦斯爆炸极限范围的研究

为研究2种气体状态下的瓦斯爆炸极限附近的瓦斯爆炸压力规律,运用20 L爆炸特性测试系统,对不同瓦斯浓度下瓦斯爆炸压力变化进行记录,绘图,从而直观性分析瓦斯爆炸压力规律及确定瓦斯爆炸极限范围。研究得出了2种气体状态下瓦斯爆炸上下限的瓦斯浓度范围,确定了瓦斯爆炸极限。同时,还得出在浓度相差不大的瓦斯爆炸压力的大体趋势为,在静止状态下点火后瓦斯爆炸压力随时间增长缓慢增长,而湍流状态下点火后瓦斯爆炸压力增长较为迅速。     

点火能量对瓦斯爆炸压力影响的实验研究

点火源的性质对瓦斯爆炸极限范围有很大影响,同样也影响最终的爆炸压力及压力上升速率。运用自行研制的实验系统,就点火能量对瓦斯爆炸压力及压力上升速率的影响进行了实验。研究结果表明,点火能量强度越高,越容易产生大量的自由基,爆炸反应进行得越快,越容易使瓦斯空气混合气体点爆,瓦斯爆炸的最大爆炸压力及最大压力上升速率也就越高,且与点火能量呈线性关系变化。这些规律为瓦斯爆炸特性的研究以及有效地预防井下瓦斯爆炸事故奠定了理论基础。     

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.     

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。     

矿井特殊气体对瓦斯爆炸特性的影响

瓦斯爆炸是煤矿重大灾害之一。矿井火区中微量气体成分对瓦斯爆炸极限及其它爆炸参数有显著影响,利用自行研制的配气系统和20 L球形爆炸系统,选用3种特殊气体成分作为代表气体,通过实验进行了对比研究。实验结果表明,氢气、异丁烷、正己烷都会对瓦斯爆炸特性产生较大影响,其中正己烷对甲烷爆炸下限影响较大,氢气对甲烷爆炸上限影响较小,最大爆炸压力指数影响的顺序为氢气>正己烷>异丁烷。     

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。     

七氟丙烷抑制甲烷空气预混气体爆炸的实验研究

为寻找既环保又能抑制瓦斯爆炸的气体抑爆介质,解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,分析了七氟丙烷作为抑爆介质的抑爆机理,并采用20 L爆炸特性测试系统,研究了不同体积分数的七氟丙烷对甲烷体积分数为9.5%的甲烷空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和峰值压力的影响。研究发现:在实验条件下,点火延迟时间为60 ms时,七氟丙烷抑制甲烷空气预混气体爆炸的最低体积分数为17.4%;七氟丙烷体积分数为5%~17%时,随着其体积分数的增大,最大爆炸压力逐渐升高,最大压力上升速率增大,对甲烷空气预混气体爆炸有促进作用。研究表明,七氟丙烷可作为新型环保气体抑爆介质抑制瓦斯爆炸,但在使用过程中应根据使用场所合理确定七氟丙烷的用量。     

20L爆炸容器内甲烷爆炸特性参数分布规律模拟研究

运用FLUENT流体模拟软件,对常温常压条件下20 L爆炸容器内甲烷爆炸各特性参数的分布规律进行了数值模拟研究,得出爆炸压力、火焰温度、燃烧速度、密度等爆炸特性参数及流场状态的发展变化规律。研究认为,爆炸罐内部各点压力分布基本相同,爆炸反应持续时间约为130 ms,火焰温度约为2 500 K;距离点火点越远,密度变化范围越大;火焰速度在距离点火点0.04 m左右达到最大值2.87 m/s,二次加速出现在距离点火点约0.14 m的位置。研究结果为认清甲烷爆炸机理及有效预防瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

地面放空管道内瓦斯爆炸传播特性研究

为研究地面放空管道内瓦斯爆炸的转播特性,模拟地面放空管道内瓦斯的爆炸环境,对管道内气体的爆炸极限、爆炸压力和爆炸火焰传播速度等进行实验分析。结果表明,在实验管道内,爆炸冲击波冲量在爆炸初期逐渐增大,达到最大值后,又逐渐减小,在靠近实验管道开口位置,冲量又突然增大。爆炸压力随实验管道的延长而增大,在靠近实验管道的开口端达到最大值。瓦斯浓度低于9%时,爆炸火焰传播速度随浓度降低而减小;瓦斯浓度高于11%时,火焰传播速度随浓度增大而减小。     

温度压力耦合对瓦斯爆炸危险度的影响研究

为了研究低浓度瓦斯利用中瓦斯极限浓度的爆炸危险性,通过特殊环境条件20L爆炸特性测试系统测试温度压力耦合条件下瓦斯爆炸极限,对结果进行拟合,获得温度压力耦合对瓦斯爆炸极限影响的统计关系。引入爆炸危险度的概念对温度、压力耦合条件下的瓦斯爆炸危险性进行量化。结果显示,爆炸危险度随着环境温度与环境压力的增加而上升;且随着环境温度及压力的增大,爆炸危险度的上升速率逐渐变缓。     

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。     

瓦斯爆炸界限的影响因素研究

分析了瓦斯爆炸条件,实验总结了不同点火能量、环境温度、压力、爆炸性粉尘(煤尘)及其他易燃易爆气体伴生等情况下,低浓度瓦斯爆炸的规律。     

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。     

高压环境条件下煤矿瓦斯爆炸特性数值模拟

环境压力对瓦斯爆炸特性有明显影响。针对处于高压环境的瓦斯气体爆炸特性,运用流场模拟软件对瓦斯爆炸过程进行数值模拟,对爆炸过程中的压力场、温度场和速度场进行分析。数值模拟结果表明:当环境压力为2.0 MPa范围内时,最大爆炸压力随着环境压力的升高成倍增加;随着初始环境压力的增大,各测点火焰的到达时间相应变短,爆炸温度也同比升高;初期燃烧过程受环境压力影响明显,在前20 ms内,燃烧速度随环境压力的升高先下降后上升,而终态燃烧速度基本一致。     

掘进工作面不同瓦斯源爆炸过程的数值模拟

为研究独头巷道中不同瓦斯源对其爆炸过程的影响,运用数值仿真技术系统模拟不同瓦斯积聚长度及浓度对其爆炸特性的影响。结果表明:随着瓦斯积聚长度的增大,最大爆炸压力和最高爆炸温度均增大;最强压力波破坏的区段由巷道封闭端向开放端转移。瓦斯浓度在6%~10%范围内,最大爆炸压力随浓度的增大而增大;浓度超过10%后,最大爆炸压力随浓度的增大而减小;最高爆炸温度则一直随浓度在增大;反向稀疏波与正向冲击波多次相遇叠加而出现多个压力峰值。     

点火能量对瓦斯爆炸传播压力的影响实验研究

为了研究点火能量对瓦斯爆炸传播压力的影响,在封闭的全管道瓦斯-空气混合气体中,进行不同点火能量条件下瓦斯爆炸传播实验,并对瓦斯爆炸压力峰值和呈现时间进行了分析研究:瓦斯爆炸压力峰值在爆源点附近先降低,传播一段距离后出现拐点,压力开始上升且在出口附近达到最大值;点火能量越高,爆炸压力峰值越大;在点火能量一定时,瓦斯爆炸压力峰值与管道长径比呈二次函数关系Y=AX2+BX+C;在管道长径比一定时,瓦斯爆炸压力峰值与点火能量呈二次函数关系Y=A1W2+A2W+A3;瓦斯爆炸压力峰值在爆源附近呈现时间最晚,而在出口附近呈现时间最早;点火能量越大,瓦斯爆炸压力峰值呈现时间就越短。     

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。     

环境因素对甲烷爆炸极限浓度的影响研究

通过特殊环境条件20 L爆炸特性测试系统,对单因素条件下环境温度、环境压力、环境湿度和点火能量的变化对甲烷爆炸极限浓度的影响进行实验。运用Origin软件处理实验数据,绘制回归曲线得出拟合函数,获得单因素环境因素变化对甲烷爆炸极限影响的统计关系。并对单因素影响结果进行对比分析得出其影响程度。