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。     

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。     

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。     

磷酸二氢铵与碳酸钙抑制煤尘燃烧试验研究

为了评价煤尘的着火危险性以及保证安全生产,采用Godbert-Green恒温炉测试装置研究粉体分散压力,磷酸二氢铵与碳酸钙惰性介质浓度,粒径对煤尘最低着火温度的影响。试验结果表明:对于粒径45~48μm质量0.3 g的煤尘,分散压力在0.03 MPa时其着火温度最低,温度为584℃。当添加粒径45~50μm磷酸二氢铵、碳酸钙以及碳酸钙与磷酸二氢铵质量比分别为1∶1、1∶2、2∶1的混合粉时煤尘的燃烧得到明显的抑制,其抑制能力顺序依次为磷酸二氢铵>混合粉>碳酸钙。惰性介质粒径为50~250μm、45~50μm、38~45μm、<38μm与煤尘混合燃烧,其最低着火温度随着粒径的减小而增大。     

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。     

氧化煤尘的爆炸特性及其变化规律北大核心

氧化煤是指经历过升温又降温过程的煤体,在矿井火区启封、分层开采、遗煤复采等区域一直广泛存在,这些区域煤炭开发利用产生的煤尘为氧化煤尘。由于煤体发生了不同程度的氧化,内部结构受到影响,所产生氧化煤尘的爆炸特性发生改变。针对不粘煤样,采用程序升温箱对样品进行了不同温度(25、75、115℃)的预处理,探讨氧化煤尘爆炸特性在不同变量(氧化煤尘云浓度、氧化煤尘粒径)条件下的变化规律。结果表明:氧化煤尘爆炸过程可划分为4个阶段,分别为初始负压阶段、高压喷尘阶段、爆炸升压阶段和压力衰减阶段;氧化煤尘爆炸特性与煤尘云浓度符合二次多项式规律,随浓度增大而先升后降,T_(25)、T_(75)和T_(115)煤尘最优煤尘云浓度集中在300 g/m^(3)和200 g/m^(3);在煤尘云浓度一定时,氧化煤尘最大爆炸压力值随粒径增大而减小。     

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。     

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。     

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。     

Numerical investigation on the spraying and explosibility characteristics of coal dust

This paper utilises FLUENT software to simulate the spraying and explosion of coal dust in a spherical explosion chamber. The influence of particle size on coal dust spraying is analysed. Explosion easily develops for small particle sizes under the same conditions of coal dust concentration and ignition temperature. For large-size coal dust particles, the speeds of release and transmission reduce dramatically due to lack of oxygen inside. Explosion is very difficult to develop in such conditions. Coal dusts with smaller particle size distribute uniformly in the chamber, whereas larger particles concentrate in parts of the chamber. The influence of coal dust concentration, ignition temperature and particle size on the pressure of coal dust explosion is also studied. The results show that, when ignition temperature is less than a certain value, the maximum pressure increases rapidly with the growth of ignition temperature. As ignition temperature is larger than the value, the change of the maximum pressure is small. The maximum explosion pressure increases first and then decreases with the increase of coal dust concentration. Because the inside of large size particles burn only partially due to lack of oxygen and slow combustion heat release and transfer, the decrease of the maximum explosion pressure is proportional with the increase of particle size.     

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。     

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。     

瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸作用模式

应用连续相、颗粒相计算方法对瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸的传播过程进行数值模拟,并以此对爆炸作用模式及其异同进行研究。根据模拟结果,从不同煤尘云点火机理在爆炸过程中所起主导作用将爆炸模式分别确定为沉积煤尘扬尘爆炸和沉积煤尘火焰燃烧。进一步分析表明：不同爆炸作用模式显著改变冲击波和火焰传播规律,影响小规模诱导火焰区的长度...     

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。     

受限空间煤尘爆炸残留气体特征分析

采用20 L球形爆炸装置进行煤尘爆炸实验,研究了不同条件下煤尘爆炸后气体体积分数变化及生成规律。结果表明:爆炸残留气体成分及体积分数与煤尘浓度、粒径、点火能量以及煤尘变质程度关系密切。随煤尘浓度升高,爆炸后残留气体体积分数φ(CH4),φ(CO),φ(H2)及φ(CO)/φ(CO2)呈上升趋势,φ(CO2)呈先上升后下降趋势。一定范围内随煤尘粒径减小,φ(CH4)增大,φ(CO)及φ(CO)/φ(CO2)呈减小趋势,当粒径小于25μm时,φ(CH4)急剧减小。随点火能量增大,φ(CH4)及φ(CO)增大,φ(CO)/φ(CO2)整体变化量不大,当点火能量大于10 k J时,φ(O2)明显减小。随煤尘变质程度增加,φ(CO)/φ(CO2)先增大后减小,φ(CH4)整体呈降低趋势,烟煤煤尘爆炸消耗的O2量较褐煤、无烟煤少。