黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体爆炸特性及预警技术研究

针对黄陇矿区含油型气矿井瓦斯涌出随机性强、气体组分不稳定、防控难度大的特点,通过分析瓦斯-油型气混合气体组分特性,采用可燃性混合气体爆炸极限测算方法以及10 L球形多组分气体爆炸试验,研究了瓦斯-油型气混合气体爆炸范围的变化规律,提出了基于CH4浓度和采空区煤自燃联合防控的瓦斯-油型气混合气体爆炸预警技术,建立了瓦斯-油型气混合气体爆炸预警指标体系,设计了混合气体爆炸预警系统。结果表明,黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体组分中CH4降低到13%～67%,C3H8和C4H10升高到10%～30%,各向异性明显;烷烃类气体增加,使得混合气体爆炸范围降低为1.85%～9.85%,混合气体爆炸危险度升高到4.32,高于普通矿井2.15倍;确定了黄陇矿区回风巷CH4的预警体积分数为0. 38%,基于煤自燃氧化升温试验得出了煤自燃监测指标为CO、φ(C2H4)/φ(C2H6)。研究成果为瓦斯-油型气混合气体爆炸灾害防控提供了依据。     

受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

采空区煤自燃引爆瓦斯的机理及控制技术

为有效防治高瓦斯易自燃矿井煤自燃引发瓦斯爆炸的难题,实验研究了CH₄与煤自燃火灾主要气体CO的混合气体的爆炸浓度范围及爆炸危险度,理论分析了煤自燃引爆瓦斯的可能发生区域和参与过程.结果表明,在高瓦斯易自燃矿井采空区内,当CH₄气体中混入大量CO,则混合气体的爆炸浓度上、下限的范围大大增加,爆炸危险度增大;同时,在煤自燃产生的火风压作用下,在发火区与非发火区之间不断形成CH₄,CO与新鲜空气的充分混合和热量的对流交换,导致瓦斯爆炸事故的发生.最后提出了采用大流量高品质的含N2三相泡沫来防治煤自燃引爆瓦斯的新技术.     

煤矿火区混合气体爆炸风险趋势性分析研究

当煤矿发生火灾后,对其进行爆炸危险性分析对于指导火灾救灾非常重要。通过对科瓦德爆炸三角形进行改造,构造了一个以时间为横坐标、爆炸危险性为纵坐标的混合气体爆炸危险性连续分析图。使用该方法对矿井火灾救灾过程中的实测数据进行处理,并将分析结果与爆炸四方图、爆炸三角形(美国)的分析结果进行对比,结果表明:使用混合气体爆炸危险性连续分析图,不仅可以有效地对多种可燃气体与多种惰气的混合气体进行爆炸危险性判断,还可以清晰地显示矿井火区爆炸危险性的变化趋势,便于对混合气体爆炸危险性进行长期连续分析。     

基于MATLAB软件的瓦斯爆炸光学特征分析

瓦斯爆炸的触发因素是点火源。从点火因素出发,构建了2种点火能量的瓦斯爆炸管道实验平台,对同一浓度的瓦斯混合气体进行引爆,借助高速摄影仪对瓦斯爆炸火焰进行拍摄,同时利用MATLAB编程对所拍摄照片进行分析。分析了2种相差较大点火能量下的瓦斯爆炸火焰传播的光学特征,得出了不同点火能量下瓦斯爆炸光学特征规律,提出了小尺度管道内瓦斯爆炸的3个阶段的划分。     

KJC-A型矿山救援指挥车专家系统软件的开发

矿山救援指挥车专家系统软件,是为满足煤矿瓦斯煤尘爆炸和火灾等重大灾害事故救援过程中的特殊需求而开发的专家软件,其软件功能和数学模型可实现对有毒有害可燃混合气体的检测数据的自动分析管理,为应急救援决策提供帮助。     

热效应下瓦斯燃爆的突变分析

在应用燃烧管来模拟煤矿井巷对瓦斯爆炸进行实验研究时发现，甲烷一空气混合气体在系统的某些控制变量连续变化时，在某一临界状态状态参数会发生突跃变化。应用突变理论对热效应下瓦斯燃烧爆炸过程的突变现象进行了分析。     

矿井防灭火方法和手段

<正>在800～1000m以及更深的地方进行采掘的现代化煤矿中,瓦斯涌出量的增加,突出危险性和煤的自燃倾向性增大,围岩温度和矿山压力的升高等,决定了扑灭井下火灾的复杂性和危险性。发生火灾时,支架的燃烧可以导致巷道冒顶、火区通风恶化,使可燃瓦斯的积聚达到爆炸危险浓度,由于存在着沼气空气混合气体和煤尘爆炸的潜在威胁,也给矿山救护工作带来极大的困难。     

褐煤煤层瓦斯爆炸引发火灾的热力分析

对褐煤煤层瓦斯爆炸诱发火灾进行了热力着火分析,分析了爆炸的危害性,从热力着火的角度进行了数学模型推导,得出瓦斯爆炸引发次生火灾的热力着火条件：瓦斯爆炸后短期内的动态特殊热环境温度高于可燃物临界着火温度,就有可能引发次生火灾。结合爆炸后特殊热环境下褐煤析出产物的着火条件和热力着火条件进行了着火分析：只要褐煤煤层瓦斯爆炸的初始瓦斯浓度和体积满足爆炸后的可燃物着火三要素,就会产生爆炸引发热力着火的现象。     

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。     

矿井火区密闭过程中自燃诱发瓦斯爆炸规律的研究

建立了煤矿火灾封闭过程中瓦斯爆炸的数学模型,以鹤岗某矿"8.21"煤层自燃火灾诱发瓦斯爆炸事故为原型进行了验证,分析了正常通风条件和火区密闭过程中火区气体流场、温度场、压力场分布特征,以及煤层自燃火灾诱发瓦斯爆炸危险性和煤层自燃引爆瓦斯过程的特征。     

矿井应急救援现场气体数据采集分析技术

煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、矿井火灾等事故发生后,往往会产生大量的有毒有害易燃易爆混合气体。针对救援现场气体数据采集方法、应测试灾害气体的种类、混合灾害气体采集数据的可靠性判断等气体采集数据进行全面分析研究,在此基础上提出救援现场气体数据采集分析技术规范,为救援现场决策提供科学依据。     

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。     

激波管中水对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为揭示水对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的影响规律,运用化学反应动力学数值分析方法,建立了描述激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的数学模型,就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响进行了数值模拟研究与对比分析。研究结果表明:在一定范围内,随着初始混合气体中水含量的升高,激波诱导瓦斯爆炸后,爆炸温度、冲击波速度,以及O自由基、H自由基、CO、NO和NO2等的摩尔分数均依次降低,而CO2的摩尔分数则依次升高。这说明在一定范围内混合气体中含水量的增加,会降低瓦斯爆炸强度,促进CO2的生成,抑制CO,NO及NO2等有毒有害气体的生成,尤其对H自由基和O自由基的抑制作用最为显著。     

管内瓦斯爆炸传播影响因素及火焰加速机理分析

基于瓦斯爆炸机理,对管内瓦斯爆炸传播影响因素和火焰加速机理进行了分析,得出了管内瓦斯爆炸传播影响因素和火焰加速机理,影响因素有:管道因素、混合气体的浓度、混合气体的性质、瓦斯在管道中的充填长度、障碍物、点火方式和点火位置、环境条件,不同的影响因素在不同时期和不同状态时起着不同的作用;火焰加速机理有:在气相燃烧理论中的压力波与燃烧阵面相互作用而导致界面不稳定性理论;由火焰产生的前驱冲击波对未燃混合物的加热和压缩的正反馈机理;火焰阵面微分加速机理;火焰阵面湍流加速机理等.在管内瓦斯爆炸传播过程中,火焰传播有多种加速机理,具体哪种机理对瓦斯爆炸传播起主导作用,取决于加速时间、距离长短、管道具体情况等影响因素.     

矿井连续瓦斯爆炸事故的原因及其分类

连续瓦斯爆炸事故，大多发生在高瓦斯矿井。据目前资料，我国发生连续瓦斯爆炸事故中，连爆次数最多的可达到1000多次。矿井连续瓦斯爆炸的原因是多方面的，从客观上讲，主要有以下几种原因：一是火灾或首次瓦斯爆炸破坏了通风系统，局部风量变化使爆炸区域内瓦斯再次积聚，接触明火后引起连续爆炸。如：1977年6月北票局台吉矿竖井－550m水平东3石门4层水采区，在6道顺槽的挺眼扩大断面过程中，考虑到7道顺槽的风简可能被烧断引起风量的变化，因而造成瓦斯积聚，有可能引起瓦斯爆炸，因此撤出了全体人员，当撤到－475m水平车场时，突然风流…     

瓦斯爆炸引起支护木材起火的分析和判定

为了研究木材的支护煤层发生瓦斯爆炸后引起次生火灾的危险性,进行了瓦斯爆炸情形下支护木材次生火灾的发生机理的分析和研究。对包括不同初始浓度和体积的瓦斯爆炸火焰波的特性、爆炸后爆源临近区域的动态热环境进行了分析和研究。基于对爆炸后热环境的分析,应用快速热裂解仪开展了支护木材的快速热裂解实验,实验选取温度处于592~1 313 K,热作用持续时间分别为1,2,5,10 s。结合燃烧学基础理论,分别从可燃物、燃烧浓度极限、最低助燃氧浓度、感应期4个方面对瓦斯爆炸热环境下支护木材的起火可能性进行了分析和判定。得出,如果木材支护的煤层发生初始瓦斯浓度处于5.0%~9.25%之间的某个体积的瓦斯爆炸,则在爆炸后距爆源一定距离范围内就构成了引发支护木材着火的必要条件,就有瓦斯爆炸引起了支护木材次生火灾的可能。     

试验巷道内瓦斯爆炸对动物的损伤试验

针对煤矿井下瓦斯爆炸事故容易造成大量的人员伤亡的问题,采用大型巷道试验系统,研究了100 m3的瓦斯空气混合气体发生爆炸后对不同传播距离内SD大鼠的损伤效应。通过研究得出:瓦斯爆炸产生的爆炸冲击伤害是造成动物死亡的主要原因,即使远在240 m处,SD大鼠也会由于爆炸冲击而出现死亡。井下100 m3瓦斯爆炸过程中,爆炸火焰波及到了40 m的范围,安装在40 m处笼子内的SD大鼠除了受到爆炸冲击伤害外,还受到了高温灼伤的伤害。研究结论可为煤矿井下瓦斯爆炸事故的应急救援和抢救提供理论依据。     

液氮扑灭模拟火灾试验

<正>矿井火灾与伴随火灾引起的瓦斯爆炸是煤矿生产中的重大灾害之一,随着矿井的延深,机械化程度的提高,矿井发生火灾的机率越来越大,为予防瓦斯爆炸,消灭矿井火灾,各矿采取了种种措施,然而由于某些措     

有瓦斯爆炸危险火区的封闭

<正>六枝矿务局七对生产矿井均属高沼气、自然发火矿井,并有煤与瓦斯突出危险.自1960年投产至1985年底,全局共发生自燃性火灾182次,其中采空区自燃89次,封闭火区114处.由于煤自燃引起的瓦斯爆炸事故共15起,占全部瓦斯爆炸事故总数的48.4%,引起瓦斯爆炸的自燃火灾占火灾总次数的8.2%.现将我局处理有瓦斯爆炸危险火区的经验与教训叙述于下: