瓦斯爆炸气体成分实验研究

通过瓦斯爆炸实验,分析了瓦斯爆炸后的各种气体成分;总结了不同体积分数的瓦斯爆炸后CO,CO2,H2气体的体积分数变化规律。研究结果能够为瓦斯爆炸事故调查提供依据,对减少瓦斯爆炸事故中的伤亡具有重要意义。     

初始瓦斯浓度对爆后气体成分影响研究现状

瓦斯爆炸是煤矿主要灾害之一，初始瓦斯浓度会对爆后有毒有害气体的产生以及浓度变化规律产生重要的影响。瓦斯爆炸后产生的毒害气体是造成群死群伤的主要原因之一，分析初始瓦斯浓度对爆后气体成分影响的研究现状，将为不同初始条件下瓦斯爆炸后气体成分及变化规律提供方向，同时为瓦斯爆炸灾害的控制、救援以及事故调查提供重要的理论依据。     

点火方式对甲烷爆炸生成气体产物的影响研究

采用自主研发的采空区自燃诱发瓦斯爆炸系统,实验研究电火花和高温源2种点火方式引爆CH_4的气体产物变化规律。结果表明:2种点火方式引爆CH_4后,生成的碳氧化合物规律基本一致;低体积分数爆炸几乎不生成CO;CH_4体积分数大于9.5%时,随CH_4体积分数增大,CO的体积分数随之增加;CO_2的体积分数随CH_4体积分数先增大后减小,在CH_4体积分数为9.5%时CO_2生成量的最大;电火花引爆CH_4生成CO的量高于高温源引爆;高温源引爆CH_4生成CO_2的量高于电火花引爆;电火花点火方式在CH_4体积分数9.5%时,CO的生成较高温源点火方式有着更为敏感的表现。引爆CH_4体积分数较高(11.5%以上)的CH_4后会生成C_2H_6、C2H_4和C_2H_2等C_2类烃气。     

激波管中水对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为揭示水对激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的影响规律,运用化学反应动力学数值分析方法,建立了描述激波诱导瓦斯爆炸反应动力学特性的数学模型,就激波诱导瓦斯爆炸过程中水对爆炸温度、冲击波速度、反应物摩尔分数、自由基摩尔分数及主要致灾性气体摩尔分数变化趋势的影响进行了数值模拟研究与对比分析。研究结果表明:在一定范围内,随着初始混合气体中水含量的升高,激波诱导瓦斯爆炸后,爆炸温度、冲击波速度,以及O自由基、H自由基、CO、NO和NO2等的摩尔分数均依次降低,而CO2的摩尔分数则依次升高。这说明在一定范围内混合气体中含水量的增加,会降低瓦斯爆炸强度,促进CO2的生成,抑制CO,NO及NO2等有毒有害气体的生成,尤其对H自由基和O自由基的抑制作用最为显著。     

煤的自燃和氧化对瓦斯爆炸压力和温度的影响

应用GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理,建立相应的定容燃烧模型,对瓦斯爆炸过程中影响其温度、压力的C_2H_6,C_2H_4和C_2H_2三种气体进行分析研究。结果表明:在混合气体中充入C_2H_6、C_2H_4和C_2H_2气体,瓦斯爆炸的温度以及压力会显著增加;使得爆炸最大压力和最高温度所对应的CH4体积分数减小,对应最高温度和最高压力值亦变大。气体C_2H_2对瓦斯爆炸的促进效果最强,其次是C_2H_4,相比C_2H_4和C_2H_2气体,C_2H_6的影响效果相比较弱。     

受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

变温下多元可燃气体对甲烷爆炸特性的影响数值模拟

为有效地预防及控制矿井下煤自燃过程中产生的常见可燃气体对甲烷爆炸所造成的后果,利用FLACS软件模拟研究了5种初始温度(25、60、100、140、180℃)下C2H4、C2H6、H2和CO这4种气体按不同比例混合后对甲烷最大爆炸压力和最大爆炸温度的影响。研究表明:在定容常压下,随初始温度的增加,与任意多元气体混合后的甲烷,其最大爆炸温度呈上升趋势,最大爆炸压力则呈下降的趋势。随4种可燃气体的混合体积分数从0.4%增加到2.0%,甲烷最大爆炸温度和最大爆炸压力上升且初始温度较低时升幅更大。     

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。     

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。     

瓦斯浓度对瓦斯爆炸影响的数值模拟研究

采用流体动力学软件Fluent,对方形管道内体积分数分别为7.5%,9.5%,11.5%的瓦斯气体爆炸过程进行数值模拟研究,分析其爆炸过程中的压力、温度和火焰传播速度。结果表明:在3种不同浓度的瓦斯气体爆炸过程中,火焰的传播趋势大致相同,但火焰传播速度、管道内的超压以及温度有较大的区别;体积分数为9.5%的瓦斯气体爆炸过程中火焰传播速度、超压和温度均最大。模拟结果与前人的实验结果吻合。