水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸压力的研究

为研究水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸对压力的影响,防控煤矿瓦斯爆炸的发生,利用自制的水平管道式气体-粉尘爆炸测试装置研究了不同甲烷-煤尘配比浓度、煤尘粒度下,爆炸压力的变化.结果表明:随着甲烷和煤尘配比浓度的增加,最大爆炸压力先增大后减小,当甲烷-煤尘配比浓度为5%甲烷、400 g/m3煤尘浓度时爆炸压力达到最大;各甲烷-煤尘配比浓度所对应的最大爆炸压力不同,最大爆炸压力的增幅与降幅有显著的差异,最大分别为42%和52%;煤尘粒径与爆炸压力之间呈线性减小关系,在43~125μm范围内,煤尘粒径越大,爆炸压力越小.     

点火能量对煤尘爆炸火焰传播规律的影响

为了探明点火能量大小对煤尘爆炸火焰传播规律的影响,以褐煤粉为研究对象,采用哈特曼管在不同点火能量大小下对质量浓度为500 g/m3的煤尘爆炸的火焰传播行为进行了实验研究.以高速摄影记录火焰传播过程,并通过数形结合的方法处理得到火焰前锋阵面传播距离和传播速度,以此来评估点火能量对火焰传播的影响.实验中煤尘爆炸火焰向管口和...     

瓦斯与煤尘混合物爆炸特性数值模拟仿真

运用Fluent对瓦斯煤尘混合物爆炸过程进行了数值模拟,并对爆炸过程中爆炸超压和火焰温度,进行了分析.结果表明:在爆炸初始3ms内的火焰温度上升速率达到了3 000K/ms,火焰最高温度达到了3 400K.瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压随着煤尘粒径的增大而减小;当瓦斯浓度为5%,煤尘浓度为390g/m3时,瓦斯煤尘混合物爆炸的最大爆炸超压值最高.该模拟仿真系统的仿真结果为预防煤矿瓦斯、瓦斯煤尘爆炸提供数据基础和参考.     

细水雾粒径对管内瓦斯爆炸特性的影响机理研究

为了探讨不同粒径细水雾对管内瓦斯爆炸特性的影响机理,采用试验和数值模拟相结合的方法进行分析.结果表明,5μm粒径的细水雾对瓦斯爆炸具有很好的抑制作用,能够有效降低爆炸时的火焰温度、火焰传播速度和最大超压值,但45μm和160μm粒径的细水雾对管道内瓦斯爆炸却起到一定的促进作用.其原因是:小粒径细水雾在火焰锋面能够完全蒸...     

瓦斯煤尘耦合二次爆炸火焰传播实验

为揭示瓦斯爆炸与沉积煤尘耦合二次爆炸中瓦斯火焰的传播特性,利用瓦斯煤尘管道爆炸实验系统,测试爆炸火焰传播与冲击波诱导沉积煤尘扬起二次爆炸的关系。实验结果表明:瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸的关键在于瓦斯爆炸火焰的传播速度和距离,爆炸冲击波先行激起沉积煤尘,而后与到达的爆炸火焰耦合形成二次爆炸;瓦斯浓度一定时,爆炸火焰传播距离取决于瓦斯聚集长度,一般为原聚集长度的3～5倍,化学当量瓦斯爆炸火焰传播速度最快;一定条件下,浓度不同而化学当量接近9.5%的瓦斯爆炸峰值压力大、火焰传播快,极易诱导煤尘参与二次爆炸。研究结论可为煤矿瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸提供隔爆、抑爆的理论和技术支持。     

O_2/CO_2气氛下煤粉粒径分布对火焰传播的影响

采用高速摄像仪记录O_2/CO_2气氛下煤粉颗粒群在石英长管内着火及火焰传播的过程,分析粒径为16,82μm煤粉按一定比例混合,在不同氧浓度的O_2/CO_2气氛及空气中着火及火焰传播特性。结果表明:粒径分布对煤粉颗粒群着火和火焰传播有很大影响,小粒径煤粉着火快,火焰长度长;小粒径煤粉与大粒径煤粉混合燃烧可以缩短煤粉着火时间,提高火焰传播速度;氧浓度提高,火焰燃烧区间增加,小粒径煤粉比例越高,氧浓度对燃烧火焰传播速度的影响越明显。     

半封闭受限空间煤尘与瓦斯耦合爆炸研究

煤尘参与的瓦斯爆炸事故具有很强的破坏性和伤害性,是煤矿的重大事故之一.用一端开口的半封闭管道爆炸实验装置,通过改变瓦斯与煤尘耦合爆炸浓度及点火条件,揭示受限空间瓦斯与煤尘耦合爆炸的规律.实验结果表明,封闭下的耦合体爆炸火焰传播速度较开口状态达到极值快,但极值点距点火位置较近,开口爆炸火焰传播距离是积聚耦合体长度的2倍左右;瓦斯参与的煤尘爆炸,爆炸相对强度随瓦斯浓度的增加而增加,传播距离更远;理论推导瓦斯与煤尘耦合爆炸超压传播距离与爆炸能量的平方根成正比,与巷道断面积的平方根成反比,研究结果为防治瓦斯爆炸、事故勘验以及阻隔爆装置的研制提供了可靠的实验数据.     

不同间距障碍物下瓦斯爆炸特性的实验研究

利用自建的模拟煤矿巷道的水平管道式气体爆炸实验系统,在置障条件下对瓦斯爆炸特性进行实验研究,改变内置障碍物的间距,研究其对瓦斯爆炸压力及火焰传播速度的影响规律.结果表明:瓦斯爆炸压力随着障碍物间距的增加呈现缓慢递增的变化规律;而火焰传播速度也随着障碍物间距的增加而递增.总体来说,障碍物间距的改变对爆炸压力的影响程度比其对火焰传播速度的影响要小一些.     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

基于20L球形爆炸装置的煤尘爆炸残留物研究

采用20L球形爆炸装置进行煤尘爆炸实验,对3种煤尘在不同质量浓度下的爆炸气固态残留物进行了收集分析.通过对残留物SEM图像的形态特征分析,将残留物分为类原煤颗粒、类球形煤胞和残球形煤胞3类,半定量分析了3种形态残留物在不同质量浓度下的近似比例:在低质量浓度(100g/m3)时,残留物中类原煤颗粒所占比例最少且残留物容易结块,在最佳爆炸质量浓度(300~400g/m3)时类球形及残球形煤胞所占比例较高,高质量浓度(700g/m3)时类原煤颗粒所占比例较高.工业分析显示煤尘爆炸后挥发分、固定碳含量均减少,灰分含量大幅升高,水分含量变化较小,且变化量与煤尘变质程度密切相关.煤尘爆炸残留气体φ(CO),φ(H2)及烃类气体体积分数随煤尘质量浓度升高有上升趋势,φ(CO2)呈先升后降趋势.     

纳米级别铝粉粉尘爆炸的实验研究

以3种不同粒径的纳米铝粉为研究对象,采用20L球形爆炸测试装置对纳米铝粉的爆炸特性进行了实验研究.通过对实验过程中纳米铝粉的爆炸过程和爆炸特性数据的分析,得出纳米铝粉的爆炸规律.纳米铝粉的最大爆炸压力和最大压力上升速率受粉尘浓度的影响.当粉尘浓度在0.50kg/m3以下时,爆炸压力随粉尘浓度的增加而有较明显的增大,并逐渐趋向最大值,并在一定范围内趋于稳定;当浓度超过1.25kg/m3以后,最大爆炸压力随粉尘浓度的增加而减小.最大压力上升速率随粉尘浓度的变化与最大爆炸压力随粉尘浓度变化的规律相似.     

受限空间瓦斯爆炸火焰与毒气传播研究

为揭示瓦斯爆炸过程中火焰、毒气及压力三者间相互关系,采用一端封闭的爆炸试验装置,通过改变瓦斯聚集长度和点火强度,研究了瓦斯爆轰及爆燃状态下火焰、毒气及压力传播变化规律.结果表明,管道内瓦斯爆燃状态下火焰的传播速度远小于爆轰状态下的传播速度,变化趋势呈线性;瓦斯爆炸火焰传播速度的大小直接影响爆轰的形成以及爆炸强度和爆炸传播距离;爆燃状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均为原始瓦斯聚集总长度的2倍左右;爆轰状态下火焰和毒气传播的距离基本相当,均大于原始瓦斯聚集长度,但传播距离不确定.     

烟煤粉爆炸特性实验研究

为了评估和控制煤矿、发电厂等煤粉爆炸的危害,利用20 L球形爆炸装置的标准测试方法测试了烟煤粉的爆炸特性.重点讨论了煤粉粒径、粉尘浓度、点火能量对最大爆炸压力、最大爆压上升速率、爆炸指数、爆炸下限的影响.煤粉越细,其爆炸下限越低,爆炸烈度越大,但煤粉细到75 μm以下后,这种变化趋势趋缓;在所测浓度范围内(小于700 g/m~3),最大爆压、最大压力上升速率和爆炸指数均随煤粉浓度增大而增大;爆炸烈度随点火能增大而迅速增强,点火能小于1 kJ时各煤样在不同浓度的爆炸都很微弱.研究结果对理解煤粉爆炸危险性、控制煤粉爆炸危害以及进行内在安全设计有重要参考价值.     

湍流的诱导及对瓦斯爆炸火焰传播的作用

对巷道面积突变和巷道分叉对瓦斯爆炸过程中火焰传播速度的影响进行了试验研究。并利用加速环研究了巷道支架对瓦斯爆炸传播规律的影响，在此基础上对湍流的形成过程进行了理论分析。研究结果表明，管路分叉，面积突变对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响，导致产生附加湍流，使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速增大；在管道内装加速环，将使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧，火焰的传播速度更大，激波生成的位置。最大点位置前移。强度增大，研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸和减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用。     

管道条件下超细煤粉尘的爆炸特性研究

研究了4种不同粒径的超细煤粉尘在管道条件下的爆炸过程和爆炸特性.研究了超细煤粉尘爆炸前后工业成分及物理状态的变化;研究了煤粉尘的浓度和粒径对超细煤粉尘在管道条件下的最大爆炸压力及最大爆炸压力上升速率的影响规律.研究表明,随着煤粉尘粒径的减小,爆炸后产生的灰分减少,而最大爆炸压力越大,最大爆炸压力上升速率也越大.     

二元气态烷烃混合物爆炸特性研究

采用HY12474B型可燃气体爆炸极限实验装置,将CH4、C2H6和C3H8按不同组分比两两混合,研究三类二元气态烷烃混合物的爆炸特性。结果表明:在二元气态烷烃混合物的爆炸极限处,火焰传播速度较缓慢,火焰不太明显;二元气态烷烃混合物组分比对爆炸极限影响较大,三种单烷烃对爆炸极限的影响能力依次为CH4C3H8C2H6;当气态烷烃混合物组分比下降时,其爆炸极限范围能缩小3倍以上,而最大爆炸压力峰值逐渐增大。     

基于正交设计与统计分析的注水井储层伤害预测

通过对地层系数的计算统计明确了QK油田主力注水层位分布。综合考虑,取渗透率约为2 000mD的15块岩心进行了模拟注水实验,以岩心渗透率伤害率为指标,采用正交试验法,考察了颗粒粒径、颗粒质量浓度以及含油质量浓度等因素对伤害率的影响。各因素效应计算表明,对伤害率影响从大到小依次为含油质量浓度、颗粒质量浓度、颗粒粒径。同时应用统计分析方法对其余条件下的伤害率做了预测,得到了真实值与预测值之间的误差范围,并得以验证。结果显示注水最优条件:颗粒粒径、颗粒质量浓度与含油质量浓度分别为4μm、3 mg/L和18mg/L或4μm、7mg/L与15mg/L,伤害率分别为22.5%及25.0%。     

交错障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

为了研究交错障碍物对瓦斯爆炸火焰形状、火焰速度及爆炸压力的影响,设计并搭建了150mm×150mm×500mm半封闭透明腔体的瓦斯爆炸实验台,采用化学当量比浓度的甲烷-空气预混气体,并与平行障碍物工况进行了比较.实验结果表明:与平行障碍物相比,交错障碍物明显增强了火焰形变,提高了火焰速度和爆炸压力,其中火焰速度和爆炸压力的提升率最高分别达到78.0%和198%.因此,在实际巷道中,应尽量避免障碍物的交错放置.     

管道开口阻塞比对瓦斯爆炸火焰传播特征的影响

运用自制瓦斯爆炸实验平台进行了不同开口阻塞比下瓦斯爆炸实验研究.结果表明:开口阻塞比对"郁金香"火焰有重要影响,随着阻塞比的增大,火焰锋面逐渐变得平滑,并由对称向不对称结构转变;"郁金香"火焰出现过程特征时间不受开口阻塞比的影响,但特征时间对应的火焰锋面位置随阻塞比增大而减小;爆炸压力峰值随着阻塞比的增大逐渐增大,对应平均火焰传播速度逐渐降低.     

煤粉—惰性介质混合体系爆炸特性实验研究

为深入认识煤粉—惰性介质混合体系爆炸行为,在Siwek 20 L球形爆炸测试系统内研究了煤粉—惰性介质混合体系的爆炸威力(最大爆炸压力、最大升压速率、燃烧持续时间)、敏感度(爆炸上、下限)和惰性介质的抑爆效力,并重点考察了点火能量、煤粉热值、惰性介质组分、煤粉浓度、煤/惰性介质混合比等因素的影响。结果表明,添加惰性介质能显著降低煤粉爆炸威力,其抑爆效力随点火能量增加而下降,并由此建议采用5～10 kJ点火能量考察惰化效应;煤粉热值增加可显著提高混合体系的爆炸威力;就惰化效应而言,湿分的抑爆效力优于磷酸二氢铵和碳酸钙,而磷酸二氢铵的抑爆效力又优于碳酸钙,其中煤粉完全惰化所需惰化剂量与煤尘浓度密切相关,在200～400 g/m3处有最大值,为"最危险浓度";增加惰性介质添加量可降低爆炸上限,提高爆炸下限,有效压缩煤粉尘可爆浓度范围。研究结果对深入理解粉尘爆炸规律、优化惰化标准,完善测试方法有参考价值。