外部条件对煤粉爆炸特性的影响

为了探明外部条件对煤粉爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,探讨了不同点火能量对爆炸的影响,对比CaCO_3和Al(OH)_32种惰性介质的抑爆效果,不同含水量煤粉的燃烧爆炸行为。结果表明:随着点火能量的增加,粉尘最大爆炸压力呈线性上升,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低煤粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆而言,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;煤粉爆炸最大爆炸压力随粉尘含水量降低而不断增大。     

点火能量对煤粉爆炸行为的影响

为了探明点火能量对煤粉爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,试验研究了不同点火能量对煤粉爆炸行为的影响,对煤粉爆炸猛度(最大爆炸压力和最大升压速率)及惰性介质的抑爆效力随点火能量的变化规律进行了重点探讨。结果表明:随着点火能量的增加,爆炸压力随着煤粉浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,在同一浓度下,粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升,在高浓度下,粉尘爆炸压力受点火能量的影响更显著;惰性介质抑爆效力随点火能量增加而下降,建议采用5~10 kJ点火能量考察惰性介质对煤粉爆炸的抑制效力。     

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。     

超细Al(OH)3粉体浓度对甲烷爆炸压力的影响

采用20 L的球形不锈钢爆炸罐试验系统,考察不同浓度Al(OH)₃超细粉体抑制瓦斯爆炸的效果.实验结果表明,随着Al(OH)₃粉体浓度的增加,甲烷最大爆炸压力先减小后增大,即存在控制瓦斯爆炸的最佳的粉体浓度.当甲烷浓度为9.5%时,1.3 μm超细粉体Al(OH)₃的最佳控爆浓度约为250 g/m³,此粉体浓度下的最大爆炸压力、最大压力上升速率、到达最大爆炸压力的时间分别为0.583 MPa,9.082 MPa/s,190 ms;当甲烷浓度为7.0%时的最佳控爆浓度约为200 g/m³,此粉体浓度下的最大爆炸压力、最大压力上升速率、到达最大爆炸压力的时间分别为0.474 MPa,3.76 MPa/s,400 ms.     

分散度对煤粉爆炸特性的影响

煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_(ex)、最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(ex)、开始点火至最大爆炸压力的时间段t_1和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t_2四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t_1和t_2明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D_(10),D_(25)(为投影面积的10%和25%的颗粒直径)、D_(3,2)(索特尔直径)与最大爆炸压力上升速率、t_1和t_2三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D_(10),D_(25)和D_(3,2)可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。     

瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势

为了有效控制和降低瓦斯爆炸事故带来的破坏效应,不断完善抑爆理论体系,在调研国内外抑制瓦斯爆炸相关文献的基础上,按抑爆材料种类的不同,分别从气体、水雾、粉体以及多相复合抑爆4个方面总结和分析了近年来瓦斯抑爆材料和抑爆机理的研究进展,并提出未来的创新发展趋势。大部分研究通过试验研究对比分析各类材料抑爆效果的差异性,结合最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸极限、爆炸威力指数、火焰传播、火焰温度等特征参数的变化规律,基于理论分析和数值模拟解释其爆炸抑制机理,主要基于物理惰化可燃气体及氧气浓度、冷却或吸收爆炸区域热量、隔绝热传递、消除甲烷爆炸支链反应产生的H、O、OH等关键自由基等进行瓦斯抑爆机理分析,发现能有效探明抑爆材料影响瓦斯爆炸反应微观作用机理的试验检测手段明显不足。多相态材料复合抑爆是近年来研究的热点,发现了多种抑爆材料联合使用时会出现协同增效现象,其抑爆效果明显比单一材料使用时抑爆效果好,但其协同抑爆机理尚未揭示清楚,有待深入研究。多种材料的组合抑爆规律、多种材料协同抑爆机理的精准揭示、使用先进的试验设备检测反应微观过程、高效环保的新材料抑爆剂研发等将是未来瓦斯抑爆研究的重点。     

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。     

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。     

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。     

煤粉爆炸特性与煤粉仓防爆措施研究

为明确煤粉工业锅炉用煤的爆炸特性,给煤粉仓安全防爆设计提供依据,在20 L球型爆炸测试装置上研究了3种煤粉(褐煤、烟煤)工业锅炉典型用煤的爆炸特性,得到了3种煤粉的爆炸特性参数最大爆炸压力P_(max)、最大爆炸压力上升速率γ_(max)和最大爆炸指数K_(max),同时对煤粉粉尘爆炸的压力随挥发分的变化规律、煤粉爆炸猛烈程度及其影响因素进行了分析;最后对影响煤粉仓安全的防爆因素与处理措施进行了研究。结果表明:3种煤粉的P_(max)依次为0.764 3、0.756 9、0.752 8 MPa,挥发分对煤粉的爆炸特性有较大的影响,挥发分高的煤粉,其P_(max)相应较大;3种煤粉的K_(max)依次为19.584 5、19.539 1、19.221 0 MPa·m/s,挥发分越高,最大爆炸指数越大,煤粉爆炸猛烈程度越大;K_(max)对应的煤粉浓度与煤中可燃基含量有关,可燃基越高,K_(max)对应的煤粉浓度越低。煤粉工业锅炉系统煤粉仓安全防爆设计可采用浓相操作、封闭、惰性气体保护、防静电接地、泄爆等措施,以保障煤粉仓的安全运行。     

Mg(OH)_2/CO_2抑爆瓦斯实验研究

采用自主改进的20 L近球型抑爆实验系统,进行了Mg(OH)2、CO2气体及两者同时添加抑制瓦斯爆炸的实验。实验结果表明,Mg(OH)2和CO2气体均对瓦斯爆炸具有一定的抑制作用。CH4体积分数为11%,同时添加250 mg/L Mg(OH)2粉末和8%CO2气体后,爆炸压力峰值时间延长3倍多,压力峰值、最大压力上升速率下降幅度分别为45.6%、79.9%。Mg(OH)2混合CO2气体的抑爆效果,比理论上叠加各自的抑爆效果弱。     

障碍物形状对瓦斯爆炸影响的研究

文章利用水平管道式气体--粉尘爆炸实验装置,研究了障碍物形状对瓦斯爆炸火焰传播速度、最大爆炸压力及爆炸压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的存在极大的提高了瓦斯的火焰传播速度、最大爆炸压力及压力上升速率;障碍物的形状整体上对最大爆炸压力影响不大,对火焰速度和爆炸压力上升速率影响较大,其中,条型障碍物的影响最为明显,半圆型次之,圆环型影响最小.     

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。     

不同变质程度煤尘爆炸特性对比分析

采用20L球形爆炸装置研究了煤尘浓度、点火能量、煤尘粒径对不同变质程度煤尘爆炸特性的影响,分析了不同变质程度煤尘在相同条件下的爆炸特性差异性。结果表明:浓度为100g/m3时不同变质程度煤尘最大爆炸压力相差较大,700g/m3时差异不大,最佳煤尘浓度下爆炸最大压力与变质程度呈负相关。低变质程度煤尘爆炸最大压力随点火能量增大而增大,高变质程度煤尘爆炸最大压力受低点火能量影响显著,当点火能量增大至8kJ后影响作用减弱。高变质程度煤尘的燃烧持续时间受点火能量影响作用明显,低变质程度煤尘的燃烧持续时间受粒径影响作用明显。     

脉冲点火方式下点火能对甲烷爆炸极限的影响

为研究点火能对甲烷爆炸极限的影响规律,实验选用脉冲点火的方式,在校准了单个脉冲能量后使其满足在甲烷浓度8.9%时的最小点火能为0.28 mJ,在此基础上,选取点火能大小依次为0.7、2.2、3.7、5.2、9.6、26、106、241 mJ。实验结果表明,随着点火能量增加,甲烷爆炸上限会升高下限会降低,在点火能量0.7~26 mJ,甲烷爆炸上(下)限上升(下降)趋势明显,点火能量106~241 mJ,甲烷爆炸上(下)限上升(下降)趋势趋于缓和。比较上下限变化可知,点火能对甲烷爆炸上限的影响大于对爆炸下限的影响。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

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.     

催化型复合粉体抑爆剂抑制瓦斯爆炸压力实验研究

矿井瓦斯爆炸影响着矿井安全生产,瓦斯爆炸防治技术一直是矿井安全生产的重中之重。除了泄爆、隔爆等安全措施,抑爆也是一种高效防治技术。目前,投产使用的瓦斯爆炸抑制剂大多效果不佳,为了获取高效的粉体抑爆剂,以传统灭火剂KHCO3为基体材料,加入适量的二茂铁和微量的助磨剂、干燥剂,运用行星式球磨机,采用干法复配技术得到催化型复合粉体抑爆剂。通过标准的20 L球型爆炸装置,测试催化型复合粉体抑爆剂对瓦斯爆炸产生最大爆炸压力、最大压力上升速率等相关特征参数的影响。根据爆燃指数的计算结果对催化型复合粉体抑爆剂减缓瓦斯爆炸的危害程度进行详细分析。基于粉体表征结果对催化型复合粉体抑爆剂的抑制机理进行讨论。结果表明,二茂铁的加入明显改善了传统灭火剂KHCO3的团聚现象,提高了其热解性能。干燥剂增加复合抑制剂的疏水性能,使其在常温常压下更易储存和运输。球磨机的研磨使得复合抑爆剂的粒径大幅减小,经检测,催化型复合抑爆剂体积加权平均粒径为40.61μm。催化型复合粉体抑爆剂最佳的抑爆减灾质量浓度为0.1 g/L,当二茂铁、KHCO3、助磨剂与干燥剂3者质量比达到3∶16∶1时,催化型复合粉体抑爆剂展现了良好的抑...     

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。