半煤岩巷混合粉尘最低着火温度的实验研究

为研究半煤岩巷中岩粉含量、水含量与煤岩混合型粉尘云最低着火温度的关系,选取挥发分不同的5种煤样分别配制岩粉含量和水含量不同的混合型粉尘,采用控制变量的方法,利用粉尘云最低着火温度实验装置测定混合粉尘的最低着火温度。实验结果表明,岩粉不单只有抑制爆炸的效果,有时还会促进粉尘爆炸。水分的增加会使混合型粉尘云最低着火温度升高,当水的质量分数高于20%时,水分的增加会使混合型粉尘云最低着火温度大幅提高;挥发分越低的混合粉尘,对岩粉含量和水含量的变化越敏感。在半煤岩巷的生产和掘进过程中,应采用洒水等增加水分的方法,防止粉尘爆炸事故。     

挥发分对煤尘云最低着火温度的影响

挥发分是煤尘受热时析出的成分,是影响煤尘云最低着火温度的主要因素之一。利用煤尘云最低着火温度测定系统对7种不同挥发分煤样的煤尘云最低着火温度进行了测定。主要得到如下结论:挥发分不同的煤尘云在最佳着火情况下的火焰状态不尽相同,但并不能单纯根据挥发分的大小对着火火焰类型进行分类;随着喷尘压力的增加,煤尘云最低着火温度先降低后升高;随着煤尘质量的增加,煤尘云最低着火温度也呈现先降低后升高的现象;煤尘云最低着火温度随挥发分的增大总体呈下降趋势。     

挥发分对煤尘云最低着火温度的影响

挥发分是煤尘受热时析出的成分,是影响煤尘云最低着火温度的主要因素之一。利用煤尘云最低着火温度测定系统对7种不同挥发分煤样的煤尘云最低着火温度进行了测定。主要得到如下结论:挥发分不同的煤尘云在最佳着火情况下的火焰状态不尽相同,但并不能单纯根据挥发分的大小对着火火焰类型进行分类;随着喷尘压力的增加,煤尘云最低着火温度先降低后升高;随着煤尘质量的增加,煤尘云最低着火温度也呈现先降低后升高的现象;煤尘云最低着火温度随挥发分的增大总体呈下降趋势。     

基于煤质工业分析指标的煤尘云最低着火温度预测模型构建

为探究利用煤质工业分析指标预测煤尘云最低着火温度的可行性,开展了煤的工业分析指标测定与煤尘云最低着火温度试验。应用主成分回归方法分析了22种煤样的工业分析指标与煤尘云最低着火温度之间的关系,结果显示:不同煤质工业分析指标与煤尘云最低着火温度之间均存在高度的相关性,提取出三大主成分因子分别为固定碳因子、水分因子、挥发分因子,并构建出回归预测模型。该预测模型的预测结果与试验所测数据相比,误差小于5%,同时由挥发分因子前的系数为负数可知,挥发分越高对应的煤尘云最低着火温度就越低,这与实际情况一致,证实了所建模型的可靠性。     

煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能的影响研究

为探究煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能影响,选取252组不同煤阶煤岩样品,开展工业分析和等温吸附实验。结果表明:高煤阶煤岩兰氏常数对工业分析参数敏感程度大于中煤阶,低煤阶敏感性最低。高煤阶煤岩兰氏常数随着挥发分产率增加而减小,随着水分增加而增加,兰氏体积随着固定碳增加而增加;中煤阶煤岩兰氏体积随着水分增加而减小,随着固定碳增加而增加,兰氏压力随着水分和挥发分产率增加而增加。该研究结果可以为多区域预测煤层气含量、评价煤储层等提供重要数据支持。     

煤质特征对煤岩表面润湿性的影响研究

在煤层气的产出过程中,煤岩的润湿性控制着孔隙中气、水的分布,决定着岩石孔道中毛管力的大小和方向,影响煤层微粒的运移。通过测试煤岩的煤质特征和煤岩表面的润湿性,分析了煤岩的灰分、挥发分、水分、固定碳含量对煤岩表面润湿性的影响规律。研究认为:随着煤的灰分、固定碳含量的增加,接触角减小,煤岩中水分含量越大,煤岩表面越容易被润湿,而挥发分对煤岩的润湿性影响较小。     

烟煤煤尘云最低着火温度实验研究

为了研究彬县大佛寺矿不粘煤、安徽口孜东矿气煤、山西天池矿301工作面瘦煤等3种烟煤的煤尘云最低着火温度,实验采用Godbert-Greenwald加热炉对以上3种烟煤的煤尘云最低着火温度进行了测试。研究发现气煤、不粘煤、瘦煤的灰分依次增大,挥发分依次减小,固定碳依次增大,水分随瘦煤、气煤、不粘煤依次增大;这3种烟煤煤尘云的最低着火温度都随煤尘粒径的减小而降低;根据最低着火温度,得知煤尘云被引燃的难易程度依次为瘦煤、不粘煤、气煤。此基础研究可为煤矿的安全生产提供实验依据。     

煤质特征对煤岩表面润湿性的影响研究

在煤层气的产出过程中,煤岩的润湿性对煤岩孔隙中气和水的分布有较大的影响:控制着煤岩裂隙中毛管力的大小和方向,同时对煤岩微粒的运移有一定的作用。通过测试煤岩的煤质特征和煤岩表面的润湿性,分析了煤岩的灰分、挥发分、水分、固定碳含量对煤岩表面润湿性的影响规律。研究认为:随着煤的灰分、固定碳含量的增加,接触角减小,煤岩中水分含量越大,煤岩表面越容易被润湿,而挥发分对煤岩的润湿性影响较小。     

瓦斯煤粉耦合体系着火实验研究

为研究煤矿井下瓦斯、煤粉、空气3成分体系的着火特性,在改进的粉尘云最低着火温度测试装置(G-G furnace)内,选取4种煤样进行瓦斯与煤粉耦合条件下的引燃实验研究。 实验结果表明：当有煤粉存在时,瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的最低着火温度（MIT）均低于瓦斯、煤粉的最低着火温度,且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大,耦合体系的最低着火温度下降的越多。D50≈25 μm的1号煤样使得耦合体系的着火温度比瓦斯低340 ℃,比煤粉低110 ℃。说明煤矿井下电气设备按纯的甲烷气体进行防爆温度设计和选型,若不考虑煤粉的影响,具有引燃瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的风险,需加以完善和改进。     

基于Logistic统计方法的煤粉爆炸下限研究

粉尘云爆炸下限是表征粉尘易燃易爆危险性的主要参数,相对精确地测试并表示粉尘云爆炸下限对评估和预防粉尘爆炸灾害是十分重要的。基于统计分析的Logistic回归模型,应用以概率表示粉尘云爆炸下限的计算方法,在20 L球形爆炸罐中对不同粒径的煤粉-空气混合物进行爆炸下限测试实验,利用SPSS统计分析软件计算得到不同粒径、不同实验次数下煤粉点火成功概率-浓度分布曲线,结果表明不同点火概率下的爆炸下限均随粒径的减小而呈现逐渐减小的趋势,且粉尘粒径越小,点火成功概率从p=10%增至p=90%的浓度区间越窄,即其燃爆特性越稳定。实验次数对爆炸下限概率分布存在影响,实验次数越多,爆炸下限概率分布的浓度区间越窄,但点火概率为50%的浓度值与实验次数无关,是研究粉尘爆炸下限的关键值。与其他计算方法的结果相比,以概率表示特定物质的爆炸下限更符合实际情况,更能满足不同生产环境对安全控制的需要。     

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。     

济北矿区煤尘层最低着火温度变化规律分析

为了探究埋深、粒径对煤尘层最低着火温度的影响,选取济北矿区煤样,在对深部煤层物化性质研究的基础上,通过热板实验测得不同埋深、粒径的煤最低着火温度。结果表明:在实验温度范围内,煤尘层厚度为5mm,埋深增加,其挥发分含量上升,由33.65%增至38.9%,煤尘层最低着火温度从330℃降至270℃,煤尘层着火现象用肉眼可观测到。随煤样粒径不断减小,不同埋深煤样的煤尘层最低着火温度明显减小,在煤尘层同为5mm时,随煤样粒径由180μm逐渐减小到75μm,3种不同埋深煤样煤尘层最低着火温度分别减小了16%、19%、25%,差异显著。     

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。     

煤尘爆炸性与挥发分关系研究

采用大管状煤尘爆炸装置对挥发分已知的煤样进行煤尘爆炸性实验,研究结果表明:无爆炸性煤尘其挥发分<16%,<16%的煤尘超过1/3具有爆炸性。强爆炸性煤尘中,高以及特高挥发分煤尘占近90%,超过99%的中高挥发性煤尘具有爆炸性。发现了挥发分与火焰长度近似呈指数函数关系,火焰长度与抑制煤尘爆炸最低岩粉量近似呈对数函数关系。研究结果有助于理解煤尘爆炸性与挥发分的关系,为防尘抑爆提供基础数据。     

煤尘粒径与最低着火温度的关系研究

对所采集煤尘样品进行实验分析,测定了不同粒径范围下煤尘层和煤尘云的最低着火温度。结果表明,煤尘层和煤尘云的最低着火温度随着煤尘粒径的减小而降低;煤尘层的最低着火温度随煤尘层厚度的增大而降低;同一粒径范围内,煤尘层的最低着火温度低于煤尘云的最低着火温度。分析了煤尘层最低着火温度与煤尘云最低着火温度概念上的区别,并对煤矿防尘工作提出了可行建议。     

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。     

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。     

潞安喷吹煤的煤质特征及爆炸性研究

分析了潞安喷吹煤的煤质特征,并结合镜质体反射率、煤岩组分等测试数据探讨研究了潞安喷吹煤的爆炸性。研究表明:潞安煤的爆炸性低,其爆炸性返回火焰长度在20mm以下,抑制爆炸性加岩粉量最大为40%,即潞安煤可满足高炉生产单独喷吹的要求;潞安煤的爆炸性返回火焰长度与挥发分(Vdaf)、镜质体反射率之间的线性关系极好,其爆炸性返回火焰长度随着挥发分的增加而增加,随着镜质体反射率的增加而降低。     

煤质成分对煤尘爆炸特性影响实验研究

采用粉尘20 L爆炸特性测试系统,研究了不同煤样的煤尘爆炸特性特征参数,对煤质组成成分对爆炸特性影响情况给出了评价。研究结果表明:挥发分增加促进爆炸的进行,使爆炸下限降低,最大爆炸压力和最大压力上升速率同比增加,而灰分的增加却是相异的作用效果,阻碍爆炸的发展;挥发分是影响煤尘爆炸特性的首要因素,灰分次之,而固定碳含量40%-60%的煤尘压力特性特征参数受煤质成分的影响较显著。所得的结论为认清煤尘爆炸作用机理及煤尘爆炸事故预防及其控制提供了理论依据。     

不同浓度煤尘云爆炸前后微观结构分析

运用20 L粉尘爆炸特性测试系统,实验研究了某一典型高挥发分煤尘的爆炸压力变化特性,并通过电镜扫描技术对其爆后残留物的微观结构进行了分析。通过研究得出:煤尘爆炸压力和压力上升速率随着煤尘云浓度的增加先增大后减小;平均粒径为19.45μm的煤尘,随着煤尘云浓度的增加,爆后残留物的孔隙率和粒径逐渐增加,且粒径随煤尘云浓度的增加呈指数增大的趋势变化。所得结论为认清煤尘爆炸机理及有效防治煤尘爆炸事故提供了重要的理论依据。