障碍物对瓦斯煤尘火焰传播过程影响的实验研究

对障碍物在瓦斯煤尘燃烧爆炸过程中的火焰传播规律进行了实验研究,结果表明:障碍物对火焰的传播速度具有重要的影响。有障碍物存在时,火焰传播速度将迅速提高,且随着障碍物的数量和特征尺寸的增大,火焰的传播速度也将迅速提高。在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰的加速作用机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈。瓦斯浓度对火焰传播速度也同样具有重要的影响,对于同一特征尺寸的障碍物,瓦斯浓度越接近化学计量比,障碍物对火焰的加速作用越显著。     

有沉积煤尘的管道内瓦斯火焰传播特性

在火焰加速管中，对不同障碍物情况下的纯瓦斯、有沉积煤尘的瓦斯燃烧过程进行了实验研究。结果表明，障碍物存在时，瓦斯火焰、瓦斯煤尘复合火焰的传播速度迅速提高，并伴随有巨大的爆炸声，且障碍物尺寸越大、个数越多火焰传播加速现象越显著。因此，应尽量减少矿井巷道中的障碍物。     

开放管道内煤粉云形成机制及爆炸过程火焰动态行为数值模拟

半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用。为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开口的哈特曼管道为对象,分别对管道内煤尘扩散特征和爆炸过程进行模拟分析。基于物理实验验证及数值模拟研究,分析了煤尘在开口管道内的分散、悬浮及沉降特征,获取了粉尘扩散过程中流场的时空演化特征,得到了煤尘云爆炸过程中的温度变化规律,获取了爆炸过程中火焰动态行为及火焰高度、火焰速度的变化规律,研究了煤粉粒径及点火延时对火焰高度及火焰速度的影响规律,揭示了开放管道内煤粉云爆炸火焰传播的动力学机制。结果表明:(1)煤尘颗粒经过快速注入、减速分散、自由扩散和沉降阶段并最终形成粉尘云;(2)在爆炸的不同阶段,影响火焰形态的因素不同;整个爆炸过程中,火焰阵面演化趋势为:"非球形—飞火及点状火—蘑菇状";(3)随着爆炸的发展,火焰高度呈现Logistic函数特征,火焰速度呈现先迅速增大后缓慢减小;(4)湍流对均相燃烧及非均相燃烧的耦合影响造成了火焰锋面的不稳定性,火焰阵面热气流对管道口外侧...     

瓦斯火焰传播规律及其加速机理的实验研究

在全透明的火焰加速管中,利用火焰加速系统和高速摄像系统,研究了管道中瓦斯火焰的传播规律及其加速机理。研究结果表明:障碍物对瓦斯火焰传播规律具有重要影响,当有障碍物存在时,瓦斯火焰的传播速度将迅速提高。在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰具有加速作用,这种加速作用的机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈。     

点火位置对独头巷道瓦斯爆炸火焰参数影响实验!

在实验室模拟独头巷道的小型方形管道内,采用微细热电偶、离子电流传感器和火焰光信号传感器,测试了闭口终端处和距离闭口终端200mm、400mm、600mm、800mm位置处五种点火情况下甲烷-空气预混火焰锋面传播过程中温度、离子电流强度及速度的变化情况。实验结果表明:闭口终端点火时,火焰锋面向开口端传播过程中各截面的温度先减小后增大;距离闭口终端200mm、400mm、600mm、800mm处点火时,火焰传播过程中点火处的温度均最高,火焰向闭口端传播过程中温度有逐渐降低的趋势。不同位置点火时,火焰向开口端传播速度是闭口端传播速度的20倍左右;闭口终端处、距离闭口终端200mm处点火火焰向开口方向传播过程中,火焰传播速度均呈现先增大后减小再增大的趋势;火焰向闭口方向传播过程中,火焰传播速度较小,但有逐渐增大的趋势;离子电流峰值的变化趋势与火焰传播的速度基本吻合,说明火焰向开口端传播比向闭口端传播更剧烈。     

湍流状态下竖直管道内甲烷-煤尘预混特征及爆炸过程数值模拟

为揭示管道内甲烷-煤尘预混湍流特征及爆炸火焰传播过程,构建了竖直管道内甲烷-煤尘预混扩散及爆炸物理数学模型;基于流体力学及传热-传质理论,对管道内甲烷-煤尘扩散特征和爆炸过程进行了数值模拟。划分了管道内气固两相扩散特征阶段,分析了初始真空度和进气压力对扩散湍流强度的影响规律;研究了煤尘粒径、浓度及甲烷浓度对爆炸最大压力及最大爆炸压力上升速率的影响特征;揭示了管道内甲烷-煤尘预混爆炸过程中火焰传播特征及爆炸机制。结果表明:煤尘颗粒在竖直管道罐内扩散可分为快速注入、减速分散、稳定和沉降4个连续阶段,初始真空度及进气压力对湍流强度均有影响;爆炸过程中,不同时刻下管道整体爆炸压力场基本均匀分布。甲烷浓度、煤尘浓度及粒径与最大爆炸压力P_(max)及最大爆炸压力上升速率(dP/dt)_(max)均呈现二次函数关系;不同时刻下爆炸火焰结构及火焰高度、火焰传播速度的模拟与试验结果具有较好的一致性,火焰结构呈现"月牙-S-下凹月牙-指尖"传播至爆炸结束。温度分布不均,高温区集中在管道上部和中下部。火焰传播速度先增大后减小,后期呈现震荡性特征。     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理的研究

在实验的基础上,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理．研究结果表明,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律具有重要影响．当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度将迅速提高．在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰具有加速作用,这种加速作用的机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈．     

立体结构障碍物的不同放置方式对甲烷预混火焰传播的影响

分别就长方体、三棱柱和圆柱3种立体结构障碍物的不同放置方式,对甲烷预混火焰在管道内传播的速度和超压的影响进行了研究。研究结果表明：不同立体结构障碍物的放置方式对火焰传播速度和超压的影响程度不同。对于火焰传播速度,长方体影响较小,三棱柱和圆柱影响较大。对于管道中峰值超压,不同放置方式之间导致的差异不大,在33%范围内。对于同一阻塞比立体结构障碍物,当放置于管道中,火焰经过的障碍物表面面积越大,对火焰传播速度和管道超压影响也越大。当障碍物使流通管道分叉时,对火焰传播影响将更大。对于同一立体结构障碍物,火焰传播速度越快,其导致的管道超压也越大,而不同立体结构障碍物火焰传播速度和超压之间没有必然联系。     

障碍物对瓦斯火焰传播过程的影响

该文对存在障碍物的瓦斯爆炸过程中的火焰传播规律进行了研究,结果表明:障碍物对火焰的传播速度具有重要影响。有障碍物存在时,火焰传播速度将迅速提高,且随着障碍物数量的增加,火焰的传播速度也将迅速增加。在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰的加速作用机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈。     

障碍物对泡沫金属阻抑瓦斯爆炸影响的试验研究

泡沫铁镍金属具有阻隔瓦斯爆炸作用,为研究煤矿井下障碍物对泡沫铁镍金属阻抑瓦斯爆炸效果的影响,利用瓦斯煤尘爆炸系统,对阻塞率15%、25%、40%,1层、3层、5层障碍物进行阻抑对比试验。试验结果表明:在放置障碍物后,泡沫铁镍金属在管道内对瓦斯爆炸超压、火焰速度阻抑作用降低;对瓦斯爆炸超压阻抑作用降低更明显,在放置5层、阻塞率25%障碍物和5层、阻塞率40%障碍物时,泡沫铁镍金属失去在管道内对瓦斯爆炸超压阻抑作用。障碍物阻塞率和层数是影响泡沫铁镍金属阻抑瓦斯爆炸效果的2个因素,定义了阻塞率和层数的乘积为障碍物影响极限,得到当障碍物影响极限值达到125%及以上时,泡沫铁镍金属失去在管道内对瓦斯爆炸超压阻抑作用。     

障碍物排列方式对甲烷/空气爆炸特性影响研究

为了研究煤矿井下设备尺寸及安装位置对瓦斯爆炸特性的影响,利用自行搭建的小型瓦斯爆炸实验平台开展了不同阻塞率障碍物在管道内位置的变化对甲烷/空气混合气体爆炸特性影响的研究。结果表明,在阻塞率相同时,到达管道末端的时间随着障碍物距离点火源位置的减小而减小,障碍物距离点火源越近、阻塞率越大,火焰到达管道末端的时间越短,障碍物对传播火焰前期的影响要大于对传播火焰后期的影响;随着距离点火源位置的增加,不同阻塞率的障碍物对爆炸压力峰值呈现先增大后减小的变化规律,障碍物的位置在距离点火源400 mm时,爆燃压力峰值达到最大;在相同管道位置下,爆炸压力峰值随着障碍物的阻塞率的增加而增加。研究结果可为井下设备设计及安装位置提供理论支撑。     

平顶山矿区主采煤层孔隙特征研究

对平顶山矿区主采煤层丁组、戊组和己组煤样进行低温氮气吸附试验,分析等温吸附-脱附曲线形态,计算孔体积和比表面积,研究了不同煤层的孔形态及其对瓦斯的吸附-解吸能力。实验结果表明:原始煤层煤样比表面积为0.026~2.988 m^2/g,以小于8 nm的孔为主;孔隙结构复杂,大量存在一端闭合孔和"墨水瓶"孔,增加了煤层瓦斯抽采难度。     

分岔处点火T型管道内瓦斯爆燃火焰传播规律研究

采用自制T型透明分岔管,由分岔处点火并测试瓦斯爆燃火焰阵面在两端完全封闭一端弱封闭的分岔管道内传播过程中的光电信号、离子电流、温度信号、超压信号的变化。结果表明：分岔处点火T型管道内瓦斯爆燃火焰向三个端口传播过程中,表现出层状火焰、振荡火焰、爆燃火焰三种典型状态|火焰向完全封闭的支管和直管右端口分别传播的过程中,速度、离子电流强度均较小(最大1.32m/s、0.024μA),而向直管左侧弱封闭端口方向传播相对较大(最大33.17m/s、0.31μA),均相差一个数量级|各截面测点峰值温度,分岔处1042K＞支管处928K＞直管左侧793K＞直管右侧669K,而峰值超压,支管处0.162MPa＞直管右侧0.135MPa＞直管左侧0.036MPa|爆燃火焰向两个完全封闭端口传播过程中,由于压缩波的负反馈作用产生逆流现象|特别是向支管端口传播过程中,由于分岔壁面的存在,在压缩波负反馈和高温气体产物正反馈的共同作用下,火焰又呈现出振荡前行的状态。     

障碍物形态对瓦斯爆燃火焰传播影响研究

为了充分理解和认识瓦斯空气预混火焰在弱点火条件的加速演化规律,采用高速摄像机、光电传感器和压力传感器测试了四种形态障碍物(平板、正三棱柱、长方体、圆柱体)、三种阻塞比(20%、40%、60%)下,浓度为8.62%瓦斯空气爆燃火焰的高速摄像照片、火焰传播速率及测点处峰值超压分布等情况。实验结果表明：平板型、正三棱柱型障碍物诱导火焰加速程度较大,长方体次之,而圆柱体影响最小|障碍物能显著加速火焰传播,而其表面的不规整性或曲率突变是火焰湍流化的重要原因|不同形态障碍物对火焰传播初期影响较小,而火焰绕过障碍物后传播速率和压力有明显的增加。实验结论对矿井瓦斯爆炸灾害的预防和控制及其它工业管道可燃气体储运安全具有一定参考价值。     

The experimental of methane-air flame propagation in the tube with quadrate cross section

The flame propagation of methane-air mixture with various methane concentrations was experimentally investigated at venting flame acceleration tube with quadrate cross section under different obstacles presented. The flame shape and propagation speed was observed by high-speed color video camera. The explosion pressure was determined by piezoelectricity pressure transducers. The results are： The flame propagates in the shape of a hemisphere before the flame reaches the first baffle and flame propagation speed is not more than 15 m/s. When the flame propagates across the baffle, the flame begins to accelerate due to turbulence induced by obstacle. Blockage ratio has relatively greater effect on the flame propagation speed than repeated baffle number does. The flame propagation speed and the pressure at different location along the tube are maximum when methane-air mixture is near the chemical stoichoimetric ratio. The pressure increases with the distance from ignition end at first and the maximum pressure was obtained at the middle of tube, but the pressure decreases and again increases at venting end.     

密闭管内甲烷－煤粉复合爆炸火焰传播规律的实验研究

在1.2 m长竖直爆炸管内对不同初始条件下的甲烷－煤粉混合物进行了弱点火火焰传播实验。分别考察了甲烷浓度、煤粉浓度、煤粉粒径以及点火延迟时间对复合爆炸火焰传播特性的影响。结果表明,煤粉的存在使得纯甲烷在空气中爆炸火焰传播速度显著增大,最大火焰传播速度出现在距离点火端0.425 m（长径比等于6）处;火焰传播至长管末端壁面后,爆炸压力达到最大值;甲烷浓度越接近化学当量比,火焰传播速度越快;火焰传播速度随煤粉浓度和点火延迟时间的变化趋势为先增大后减小,最佳煤粉浓度为500 g/m³,最佳点火延迟时间为500 ms;在一定粒径范围内,火焰传播速度随着煤粉粒径的增大而减小。     

基于压汞法的成庄井田3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征是煤储层物性特征的关键参数之一,控制着煤层气赋存、运移和煤层气开发效果。采用压汞法对成庄井田3号煤孔隙进行了深入和系统研究,结果表明:成庄井田3号煤孔隙形态基本一致,以一端封闭的不透气性孔隙为主;煤中过渡孔和微孔最为发育且所占比例较高,煤总孔隙面积和比表面积较大;煤中有效孔隙不甚发育,煤的孔隙度较低;孔隙大小对孔容控制显著,孔隙越大煤的孔容越大,反之亦然。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

巷道内检验“防止煤矿内瓦斯爆炸方法”的特殊爆炸试验

为了检验使用“防止煤矿巷道内瓦斯爆炸装置”在特大瓦斯涌出量情况下的爆炸烈度可能造成的伤害，在总长8 m，一端封闭、一端开口，且封闭端高度（在3.1 m长度上截面为3.1 m×3.1 m）比靠近开口端（截面为3.1 m×2.5 m）高出0.5 m的试验巷道内做了天然气特大送气速率（模拟采煤的特大瓦斯涌出量）4次特殊爆炸试验.其中3次发生了爆炸，但是爆炸的烈度很小.经过3次爆炸，三合板壁面只坏了2块（各1 m面积），试验巷道内部地上枯草、纸片都无燃烧痕迹.证明应用“防止煤矿巷道内瓦斯爆炸的方法（装置）”有较好的防爆效果，在出现特大瓦斯涌出量发生爆炸时也未曾产生大的损失与伤害.