泄压条件下管道内瓦斯爆炸传播的氮气阻爆

矿井瓦斯爆炸发生后,采用灭火剂进行阻爆,将有助于从根本上消除爆炸的灾难性后果。本文在爆炸管道上设置双喷头,探索喷出N₂来实现阻爆和熄灭火焰。对于四周保持密闭的平直管道,采用不同压力将氮气喷出,但均未能阻止爆炸火焰沿管道的传播。在管道下表面设置开口进行泄压后,可以观测到爆炸过程中大量的高温气团和预混气从该开口流出,并在开口外继续发生反应。结合侧向泄压,当双喷头中左喷头（第二喷头）不喷N₂时,右喷头（第一喷头）所喷N₂在各个压力下也仍未能实现阻爆。但当左喷头（第二个喷头）压力在0.1 MPa及以上时,均能实现阻爆。并且双喷头所喷N₂压力越大,爆炸火焰被阻止和熄灭的位置越靠前。通过侧向泄压使管道内的反应变弱是有利于阻爆的第一个主要原因。侧向泄压使管道内爆炸火焰的传播速度下降,从而喷出更多氮气并获得更长的时间来对预混气进行充分稀释,这是实现阻爆和熄灭火焰的第二个主要原因。     

不同初始应力下卸荷煤体氧化特性

为探讨不同初始应力下卸荷煤体氧化特性,采用程序升温实验、煤岩三轴蠕变实验、压汞实验对易自燃原煤样及其不同初始应力下卸荷煤样进行微观氧化特性对比研究。结果表明:宏观方面,不同初始应力下卸荷煤体比原始煤样更容易氧化,特征温度点下各实验煤样的CO产生量-应变曲线与轴应力-应变曲线具有相似的规律,且煤样氧化能力随初始应力大小变化曲线呈"驼峰状",当初始应力达到15 MPa,煤岩处于塑性变形裂隙扩展阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力显著增强;初始应力达到25 MPa,煤岩处于应变软化阶段,煤样卸荷后与氧气接触能力最强,间接增强了煤样的氧化能力。不同初始应力下卸荷煤体的特征温度点均提前于原始煤样,使得发生氧化自燃的时间提前。微观方面,煤体总孔容和孔径分布共同制约着氧化反应进程,初始应力使煤体的孔容积、孔径增大,小孔和微孔是O_2与煤基质氧化反应区域的主要贡献者,小孔、微孔孔容值和比表面积随初始应力的变化趋势与实验煤样氧化能力随初始应力变化趋势相同。根据实验结果,随着煤层埋深增大,地应力增高,采动卸荷后煤体氧化危险程度增大;当煤层赋存地应力随埋深达到临界值后,采动卸荷后煤体氧化危险性程度将会降低;对于同一开采水平,应力相对集中区卸荷后煤体将更易发生氧化自燃,其氧化难易程度与煤体强度、赋存应力存在一定关联。     

自燃煤矸石山爆炸的危害及治理技术

自燃煤矸石山濒发爆炸事故,会造成大量的人员伤亡和经济损失,从而极大地影响煤炭企业的快速发展.结合某矸石山爆炸的实际情况,分析诱发自燃煤矸石山爆炸的主要因素,指出其爆炸所产生高压、高温热浪、粉尘、冲击波等对周围环境的危害,提出自燃煤矸石山爆炸的防治措施,对促使煤炭企业意识到矸石山爆炸的危害并主动预防矸石山爆炸具有重要的现实意义.     

防控采煤工作面瓦斯燃烧新技术实验研究

在分析井下瓦斯燃烧起因和特点的基础上,结合目前煤矿多发的瓦斯燃烧事故,建立超细水雾作用下采煤工作面瓦斯燃烧防控实验平台。在不同条件下进行系列超细水雾抑制瓦斯燃烧实验,以甲烷流量150 mL/min、其体积分数90%、超细水雾流量220 mL/min、水雾粒径5～30 μm为最佳实验工况进行水雾与瓦斯燃烧作用机理研究。结果表明：超细水雾与瓦斯火焰作用后,在火焰周围形成封闭水雾圈,瓦斯燃烧火焰出现被抑制-切割-再抑制-再切割的过程,使火焰由大变小,直至熄灭;与自由燃烧相比,火焰周围温度和氧气体积分数均出现不同程度的降低,整个熄灭过程仅用90 s。     

竖直管道中氧化铝抑制铝粉爆炸特性研究

为研究氧化铝对铝粉爆炸的影响,在自行搭建的实验平台进行铝粉爆炸实验研究。对火焰结构演化特性、火焰锋面传播特性和爆炸超压波形分析的结果表明：在惰化比不断增加的情况下,氧化铝表现出对铝粉爆炸火焰的明显抑制作用,且粒径较小的氧化铝粉抑制效果更好;在火焰锋面传播方面,氧化铝对后期火焰锋面传播抑制效果更明显,火焰传播速度下降,锋面到达管口需要更长的时间;粒径4 μm的氧化铝在其惰化比φ=30%的条件下,第二波爆炸超压波峰消失,在惰化比φ=70%条件下,抑爆效率高达88.9%,抑爆效果十分明显。但是粒径为89 μm的氧化铝抑爆效用有明显的极限值,超过该极限值,抑爆效用不再提高。     

风井防爆门自动泄压技术

针对传统防爆门开启泄压不及时以及锁扣装置自动化操作程度低的问题,从力学角度出发,详细分析了在风机正常工作及反风工作2种状态下防爆门的受力情况,在传统锁扣的基础上研究了新型电磁锁扣技术在防爆门泄压和反风过程中的应用,计算了新型电磁锁扣在风机不同工作状态下所需的吸力,并基于电磁锁扣技术进一步提出了防爆门自动泄压设计。结果表明：防爆门在泄压和反风过程存在只有爆炸威力较大时才能将防爆门打开以及反风过程中可能出现漏风的情况。为防止以上情况的发生,在提出的防爆门自动泄压设计中将防爆门配重增加至自然状态下拉起防爆门,利用新型电磁锁扣提供足够的吸力来满足防爆门泄压和反风工作的要求。通过计算得出当配重以114 484 N来保证防爆门的平衡状态时,电磁锁扣至少提供166 169N的吸力才能保证防爆门在风机不同工作状态时的平稳运行;此外利用新型电磁锁扣和高性能传感器技术,在防爆门配重大于防爆门盖重力、正（负）压和摩擦力的合力的条件下,实现防爆门在任何爆炸威力下的快速泄压应满足的条件为爆炸位置与防爆门之间的距离大于锁扣断电时爆炸冲击波已传播的距离,并通过理论计算得出防爆门自动泄压设计中爆炸位置与防爆门间的安全...     

不同漏风条件下卸荷煤体氧化特性研究

为了掌握不同漏风条件下卸荷煤体氧化特性,以便防治煤自燃火灾,采用程序升温试验研究的方法,对易自燃煤样施加相同初始应力后卸荷,通过逐渐增加风量的手段,对比了耗氧速率、CO浓度、CO产生率随煤温和漏风量的变化规律。结果显示:不同漏风条件下,卸荷煤体比原始煤样更易于氧化,各煤样氧化能力由大到小的漏风量分别为150、180、120、90、60、210、240 m L/min,且CO浓度和产生率与煤温呈指数关系;煤温一定时,CO浓度和产生率随漏风量的增加先增加后减小,漏风量达到150 m L/min时,CO浓度和变化率最大,煤样氧化能力最强。基于试验结果,将井下漏风量控制在当量流量以外,避免高温点的形成,可有效防治井下煤体自燃。     

细水雾扑灭瓦斯抽放钻孔火灾的实验研究

针对目前国内瓦斯抽放钻孔火灾的治理方法存在的问题,采用细水雾灭火技术,利用自行设计、加工的钻孔火灾模拟灭火装置,对瓦斯抽放钻孔火灾治理进行了大量模拟试验。结果表明:细水雾灭火系统完全适合于煤矿井下瓦斯抽放钻孔火灾的防治,不但其灭火效果优于传统的灭火方法,而且还有降尘、不污染环境、预防火灾发生等优点。     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气规律及封孔技术研究

顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况,为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,据巷道围岩应力分布规律,分析了抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的4种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤体漏气、封孔材料与钻孔壁间隙漏气以及邻近钻孔影响漏气。基于漏气通道分析结果,得出顺层钻孔抽采应堵实钻孔径向松动圈和设计合理的封孔长度的封孔原则。根据钻孔漏气机理及封孔原则并结合现场条件,对孟津煤矿原聚氨酯封孔工艺进行考察并优化,得出优化后的封孔深度应为20 m,并结合径向裂隙范围,提出了两堵一注全程注SRS-Ⅱ高强微膨胀型快速凝固封孔材料的封孔工艺,在12030运输巷进行了工业试验。通过对封孔优化前后的跟踪监测数据进行对比分析,得出封孔优化后的瓦斯抽采体积分数为原封孔工艺瓦斯抽采体积分数的1.1～1.9倍,优化后的瓦斯抽采纯量为原封孔工艺的2.6倍左右,且原封孔工艺较封孔优化后的抽采体积分数和抽采纯量衰减明显。因此,优化后的封孔工艺抽采效果较原工艺明显提高,为同类型矿井顺层抽采封孔提供了借鉴。     

乌达矿区煤自燃预测标志气体研究

为遴选预测煤自燃进程的标志气体,采集了乌达矿区6个具有代表性的煤样．在实验室开展煤升温氧化气体产物的测定实验,主要测试了煤样在升温氧化条件下各种气体组分的发生量．根据各种气体组分的发生量及最低检测温度,确定了乌达矿区煤自燃预测预报的标志气体,为该矿区煤自燃火灾的预测预报提供了实验依据,对矿区的安全生产具有较好的指导作用．