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。     

二甲醚对低浓度甲烷爆炸参数的影响研究

煤炭开采过程中产生的大量低浓度瓦斯直接排入大气,造成严重的大气污染,为提高低浓度甲烷(CH_45%)利用率,理论分析了极低浓度甲烷与二甲醚掺混爆炸的可行性,通过掺混爆炸试验,研究了不同掺混当量比下爆炸参数,结果表明:掺混爆炸最大压力和最大压力上升速率随当量比的增加先升高后降低,在化学计量比附近达到最大值。     

管道内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究

在水平管道式气体爆炸装置中,选取5种不同浓度的甲烷进行爆炸实验,研究在甲烷爆炸传播过程中,最大爆炸压力、压力上升速率及压力峰值时间随甲烷浓度及传播距离的变化规律。研究结果表明:甲烷浓度对最大爆炸压力、压力上升速率和压力峰值时间的影响显著:甲烷浓度越接近化学当量浓度,最大爆炸压力和压力上升速率越大,压力峰值时间越短。随着传播距离的增大,最大爆炸压力和压力上升速率先增大再减小,压力峰值时间则依次延长。甲烷浓度偏离化学当量浓度越多,压力峰值时间成倍延长。     

激波条件下煤粉爆炸压力的实验研究

通过管道式气体粉尘爆炸装置对激波诱导下煤粉爆炸压力进行了实验研究,并对其进行了分析,主要研究了不同激波强度,不同煤粉浓度,不同煤粉粒度对爆炸压力的影响.     

甲烷-煤尘复合爆炸威力实验

建立了由压力变送器、数据采集卡、计算机和电极点火装置组成的密闭空间甲烷-煤尘复合爆炸实验系统,动态响应时间小于1 ms,测试精度为0.5级.对甲烷－煤尘复合爆炸威力进行了系统的实验研究.结果表明:密闭空间内甲烷－煤尘复合爆炸的最危险爆炸条件为甲烷浓度5%,煤尘浓度500 g/m³,煤尘粒径26 μm,点火延迟时间40 ms;最大爆炸压力与甲烷浓度、煤尘浓度和点火延迟时间呈二次函数关系;最大爆炸压力随着煤尘粒径的增大而减小.甲烷的存在使得纯煤尘在空气中的爆炸下限降低,而爆炸压力增大;同样,煤尘的存在使得甲烷的爆炸下限降低,而爆炸压力升高.     

细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究

对内径68 mm,长1 200 mm的密闭管内甲烷爆炸的细水雾抑制效果进行了实验研究,分析了不同喷雾量对瓦斯爆炸最大爆炸压力及最大压力上升速率的影响。实验结果表明,喷雾量较小时,瓦斯爆炸的最大爆炸压力及最大压力上升速率都出现增大,达到压力峰值的时间缩短。随着喷雾量的增加,最大爆炸压力及最大压力上升速率会随着下降,达压力峰值的时间延长。这表明细水雾的喷雾量较大时,对瓦斯爆炸的抑制作用比较明显。     

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。     

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。     

密闭空间煤粉气动分散湍流对爆炸参数的影响规律

采用自行设计的20 L长径比1∶1圆柱形透明有机玻璃罐、铸铁爆炸实验罐及对称式双喷头气动喷粉分散装置,研究了气动湍流强度、煤粉粒径及其爆炸特性,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。实验结果表明在不同气动分散作用下,湍流均方根速度Urms测得1.1~6.2 m/s,平均湍流积分尺度在40~72 mm,雷诺数在8 000~16 300;爆炸超压峰值随湍流均方根速度呈线性增长,而爆炸超压上升速率Urms在1.1~3.5 m/s范围增速明显,Urms在3.5~6.2 m/s范围增速变缓。较大的湍流强度虽然具有加速煤粉与空气充分预混及自身反应,但同样导致对煤粉粒径间的传热传质效率下降;由最大有效燃烧速率理论计算与实验结果对比,也间接性的验证了实验结论的一致性。     

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。     

表面活性剂复配煤尘亲水性实验研究

添加表面活性剂是提高煤尘亲水特性的重要方法,在矿井煤层注水及工作面洒水等降尘工序中有着重要应用。通过采用煤尘亲水性实验、表面张力实验就十二烷基硫酸钠(SDS)、C9脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)及二者的复配试剂对淮南张集矿和汾西双柳矿煤尘进行了研究。实验结果表明:张集矿气煤煤尘的亲水性好于双柳矿焦煤的煤尘;SDS的最佳润湿质量浓度0.5%,且0.5%SDS复配0.1%AEO-9试液湿润能力在单体0.5%SDS溶液的基础上得到了提高。     

掘进巷道粉尘封闭治理技术研究

针对岳城煤矿综掘巷道粉尘扩散严重、治理效果差等现状,提出在摇臂附近安装引射除尘装置实现尘源降尘、在掘进机右侧安装机载高压喷雾装置实现传播降尘、利用轻质附壁风筒和自移式高频脉冲除尘风机实现巷道降尘的三步封闭除尘法。经过现场验证,掘进机司机处、转载处和巷道100～200m范围内均实现了有效降尘,降尘率均在90%左右。     

水力吸尘管性能优化实验研究

应用水射流原理设计了水力吸尘管,建立了实验系统,进行了不同吸尘管结构、喷嘴型式及水压对水力吸尘管性能影响的正交试验,同时对实验结果进行了分析,确定其最优结构。实验结果表明在实验室条件下,水力吸尘管有效地满足了机采作业面对处理粉尘量和降尘效率的要求。     

巷道中粉尘弥散的实验研究

通过在实际规模风巷中粉尘弥散实验研究，得出了实验条件下粉尘浓度沿风巷变化曲线和风速场与粉尘浓度场之间的关系，从理论上阐明了其正确性，提出了实现风、尘分流的技术途径。     

气动孔口除尘器的实验研究

针对煤矿井下钻孔工作面粉尘难以治理的实际现状,提出了气动孔口除尘器技术,并对气动孔口除尘器的工作原理进行了介绍。设计了孔口除尘器的节能实验方案,在保证压气参数不变的情况下,分别进行了无旋流器无喷淋、无旋流器加喷淋、有旋流器无喷淋和有旋流器加喷淋4种工况的引射性能实验,得出了进口静压、引射风量、引射比、噪声及耗水量随着压气压力的变化情况。除尘实验表明:在压气参数为0.3 MPa的工况下,无旋流器和有旋流器2种结构除尘器的除尘效率分别达到了97.6%和98.5%,均体现了很好的除尘效果。     

矿用泡沫降尘剂试验研究

改进泡沫降尘剂的起泡性能、湿润性能及稳泡性能是改进泡沫除尘技术的主要方向。以对比试验的方法,比较传统泡沫降尘剂与改良后的新型泡沫降尘剂的发泡能力,并测试新型发泡剂的稳泡能力、润湿能力,通过多次正交复配试验确定最优复配方案。选取8种常见的表面活性试剂,用Magnetic stirring法和改进的Ross-Miles法研究其起泡性能及泡沫稳定性,使用沉降法测定湿润性能,最终得出起泡率高、湿润性好且稳定时间长的最佳复配方案,发泡率达到17.67倍。     

表面活性剂抑尘性能的实验研究

表面活性剂作为改善防尘用水湿润性能的有效方法之一,广泛应用于煤矿粉尘治理工作中。通过对相同条件下不同表面活性剂及复配试剂进行接触角、表面张力测定实验,分析了其各自的湿润性能,得出复配试剂B、BS-12、快渗T、APG的湿润性能较好,且复配溶液的湿润性增益与否同表面活性剂单体的自身物理化学性质有较大关系。     

矿尘凝聚机理及实验研究

通过尘粒起动风速与尘粒粒径的关系的研究,认为可以通过使粉尘颗粒牢固凝聚,生成大尘粒的办法来减少矿井扬尘。通过对尘粒间作用力的比较和分析,肯定了洒水降低井下扬尘的科学性;同时认为用化学方法增大尘粒间的凝聚力,减少矿井扬尘是可行的。     

锚喷工作面粉尘治理试验研究

针对煤矿井下锚喷工作面的产尘特点,采用涡流控尘、控尘罩控尘与湿式除尘器除尘相结合的综合粉尘治理技术,分别对喷射机喷射产尘区和喷射机机身产尘区的降尘技术进行了试验研究并优化了相关技术参数和结构参数,最后通过模拟煤矿井下锚喷工作面锚喷作业时的工作情况对喷射产尘区和喷射机机身产尘区的降尘效率进行了试验。结果表明:采用综合粉尘治理技术后,喷射产尘区降尘效率达到98.4%,喷射机机身产尘区的降尘效率达到98.1%,极大降低了锚喷工作面的粉尘危害。     

矿用泡沫降尘剂的试验研究

根据泡沫降尘技术对泡沫降尘剂的要求,采用泡沫扫描仪和沉降方法,研究了4种活性试剂在不同浓度时的起泡性能、润湿性能和泡沫稳定性。试验结果表明:L3的起泡性能最好,SD12的润湿性最优,AP的半衰期最短。综合考虑降尘泡沫的性能要求,SD12最适宜用作泡沫降尘剂,或进行复配以提高其性能,泡沫降尘剂的最优添加浓度为0.5%。