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.     

瓦斯、煤尘共存条件下爆炸极限变化规律实验研究

采用20L近球形爆炸特性测试系统对瓦斯、煤尘共存条件下爆炸极限变化规律进行了实验研究。研究发现:在本实验条件下,煤尘的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而逐渐下降,纯煤尘时的爆炸下限浓度是28.4g/m3,当加入1.70%浓度瓦斯时,煤尘爆炸下限浓度下降到7.8g/m3,且煤尘爆炸下限与瓦斯浓度呈指数函数关系变化;瓦斯的爆炸极限随煤尘浓度的增加发生改变,且与煤尘浓度呈不同的指数函数关系;纯瓦斯的爆炸上限为15.8%,而加入100g/m3的煤尘后瓦斯的爆炸上限下降到了12.8%;瓦斯的爆炸下限随煤尘浓度的增加逐渐下降,纯瓦斯的爆炸下限为5.10%,而加入100g/m3的煤尘后瓦斯的爆炸下限下降到了3.1%。研究结果为煤矿井下瓦斯煤尘爆炸事故的防治提供理论依据。     

脉冲点火方式下点火能对甲烷爆炸极限的影响

为研究点火能对甲烷爆炸极限的影响规律,实验选用脉冲点火的方式,在校准了单个脉冲能量后使其满足在甲烷浓度8.9%时的最小点火能为0.28 mJ,在此基础上,选取点火能大小依次为0.7、2.2、3.7、5.2、9.6、26、106、241 mJ。实验结果表明,随着点火能量增加,甲烷爆炸上限会升高下限会降低,在点火能量0.7~26 mJ,甲烷爆炸上(下)限上升(下降)趋势明显,点火能量106~241 mJ,甲烷爆炸上(下)限上升(下降)趋势趋于缓和。比较上下限变化可知,点火能对甲烷爆炸上限的影响大于对爆炸下限的影响。     

煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一,研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律,是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响,特选用2种组分不同的煤尘(烟煤和无烟煤)。依据EN 14034标准,使用10 kJ化学点火头在标准20L球形爆炸容器中,分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m^3和70 g/m^3,瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后,烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m^3,无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m^3。基于上述测量结果,对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响,并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明:2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低,但挥发分含量低的煤尘降幅更大,即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值;Le Chatelier模型预测值高于实际测量值,且误差随瓦斯浓度的增大而增大;Bartknecht模型适用性相对较好,且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。     

低浓度瓦斯对煤尘爆炸下限的影响研究

采用20 L钢制近球形爆炸特性测试系统,对低浓度瓦斯参与条件下、3种不同煤尘的爆炸下限变化规律进行了试验研究。研究发现:在本试验条件下,煤尘的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而逐渐下降;当瓦斯浓度在0~1.0%范围内,煤质组成成分对爆炸下限影响较大,相应的瓦斯和煤尘共存的爆炸复合体系表现为"强煤尘"性;当瓦斯浓度大于1%时,煤尘爆炸下限浓度的数值差异不大,煤质成分对煤尘爆炸下限的影响不再明显,相应的瓦斯煤尘共存的复合爆炸体系表现为"强瓦斯"性。     

低浓度瓦斯对煤尘爆炸下限的影响研究北大核心

采用20 L钢制近球形爆炸特性测试系统,对低浓度瓦斯参与条件下、3种不同煤尘的爆炸下限变化规律进行了试验研究。研究发现:在本试验条件下,煤尘的爆炸下限浓度随瓦斯浓度的增加而逐渐下降;当瓦斯浓度在0~1.0%范围内,煤质组成成分对爆炸下限影响较大,相应的瓦斯和煤尘共存的爆炸复合体系表现为"强煤尘"性;当瓦斯浓度大于1%时,煤尘爆炸下限浓度的数值差异不大,煤质成分对煤尘爆炸下限的影响不再明显,相应的瓦斯煤尘共存的复合爆炸体系表现为"强瓦斯"性。     

矿井特殊气体对瓦斯爆炸特性的影响

瓦斯爆炸是煤矿重大灾害之一。矿井火区中微量气体成分对瓦斯爆炸极限及其它爆炸参数有显著影响,利用自行研制的配气系统和20 L球形爆炸系统,选用3种特殊气体成分作为代表气体,通过实验进行了对比研究。实验结果表明,氢气、异丁烷、正己烷都会对瓦斯爆炸特性产生较大影响,其中正己烷对甲烷爆炸下限影响较大,氢气对甲烷爆炸上限影响较小,最大爆炸压力指数影响的顺序为氢气>正己烷>异丁烷。     

基于本安型便携式井下测爆仪的爆炸趋势预测

本安型便携式井下测爆仪利用正交多项式最小二乘法曲线拟合对所测得的实时数据进行曲线拟合后,对甲烷和氧气浓度进行预测,并在爆炸三角形中显示预测点,临近或达到爆炸界限可同时发出声、光报警,提示使用人员采取必要的措施来进行危险区的处理,保证井下工作人员的人身安全。     

煤尘云爆炸下限浓度测量的研究

煤尘云的爆炸下限浓度是表征煤尘的爆炸性质的一个重要技术参数,井下防止煤尘爆炸的管理工作常需要参考应用.我们在实验室条件下开展了这项研究工作.为取得正确的实验结果,经过反复多次的试验和改进,建立一套能够制造均匀煤尘云而操作比较方便的实验装置.利用这套装置,初步测量了几种类型煤的煤尘云爆炸下限浓度值,对煤尘的粒度、甲烷以及岩粉等对爆炸下限浓度的影响也做了典型的考察.     

封闭空间低浓度CO对CH_4爆炸影响的数值模拟

为了研究煤在低温氧化过程中生成的CO对CH4爆炸产生的影响,首先在理论上分析了CO/CH4/O2/N2混合气体的爆炸下限,依据设定方案开展了充分预混情况下低浓度CO在封闭空间内对CH4爆炸影响的数值模拟。结果表明:相同条件下,CO浓度的增加降低了甲烷爆炸的可能性;而CO比例的增大提高了爆炸威力;对CO、NO2的生成影响最大的3个基元反应均为Rxn#155、Rxn#156和Rxn#158。     

初始压力对矿井可燃性气体爆炸特性的影响

采用20 L近球型爆炸反应器对不同初始压力下矿井单元及多元可燃性气体的爆炸特性进行了实验研究,并结合碰撞理论和火焰传播机理对实验结果进行了理论分析。实验结果表明：初始压力增加使可燃性气体的爆炸危险性增强,但使其到达最大爆炸超压的时间略有延长;最佳浓度与爆炸上限之间的可燃性气体较最佳浓度与爆炸下限之间的可燃性气体对初始压力更敏感;相同的初始压力下,矿井多元可燃性气体较单元可燃性气体甲烷爆炸的危险性更高,破坏性更强。     

管道中煤尘爆炸特性实验

在长度为32.4 m、内径为199 mm的圆形管道中采用强点火方式对甲烷-空气混合物及甲烷-煤尘-空气混合物爆炸超压传播规律及爆速进行了研究。研究结果表明：强点火条件下甲烷－空气混合物的最大爆压和爆速分别为4 MPa、1 766 m/s,在标准状态瓦斯爆炸极限浓度外2.5%、4.1%、15.2%时也出现稳定爆轰。相同浓度甲烷-煤尘-空气混合物爆炸超压及爆速要大于甲烷-空气、煤尘-空气混合物,甲烷-煤尘-空气混合物在爆炸当量浓度时,随着煤尘浓度越大,瓦斯浓度越小,爆炸超压和爆速越小。     

煤尘对低浓度瓦斯爆炸的影响研究

通过实验室试验研究揭示了瓦斯煤尘爆炸下限浓度的相互影响关系。实验表明,瓦斯参与情况下煤尘的爆炸下限浓度明显降低,同样煤尘参与情况下甚至1%的瓦斯也会发生爆炸。     

瓦斯煤尘共存条件下爆炸危险性的研究

论述了在20L试验装置中，分别用浓度为1％、2％和3％的瓦斯与煤尘共存时所测得的煤尘爆炸下限浓度、爆炸压力和爆炸压力上升速度。试验结果表明：瓦斯的存在，使煤尘的爆炸下限浓度降低、爆炸压力和爆炸压力上升速度增大，从而使煤尘爆炸危险性增大。     

含添加剂细水雾降低瓦斯爆炸下限的实验研究

采用自制的瓦斯爆炸实验系统进行实验,将同一实验条件下施加纯细水雾时测定的爆炸下限值作为参照值进行比较,通过改变细水雾中添加剂的种类和浓度,研究细水雾中的添加剂对瓦斯爆炸下限的影响。实验表明:在细水雾中加入添加剂后,瓦斯爆炸浓度下限值有不同程度的升高;对于同一种添加剂,随着其浓度的增加,瓦斯爆炸下限先呈升高的趋势,而后趋近于稳定。该实验研究为采用细水雾技术防治矿井瓦斯提供了理论基础,具有一定的指导作用。     

干涉型甲烷气体浓度光纤遥测技术研究

为解决甲烷气体浓度的遥测问题,采用通用的干涉型甲烷气体浓度计作为测头,将甲烷气体的体积浓度转为光程差,用由光纤率接的另一个干涉仪复现这一光程差,从而实现甲烷气体的浓度遥测。系统实验得到0．11％的甲烷气体浓度遥测精度,它相当于甲烷爆炸下限浓度的±2．2％。可用于防止甲烷气体爆炸的浓度检测。     

粘尘棒对煤尘爆炸的影响与分析

粘尘棒作为一种高效的煤层注水添加剂,不但能够有效地提高煤尘的降尘率,而且可使煤体产生的煤尘爆炸下限浓度升高,煤尘爆炸性减弱,具有综合防尘减灾的作用,对煤矿的安全生产具有重要的意义。煤尘爆炸下限浓度是煤尘爆炸特性的一个重要参数,论文利用Hartman装置通过对不同含水量下水与粘尘棒对煤尘爆炸下限浓度的对比试验研究,分析了添加粘尘棒煤层注水后对煤尘的爆炸下限浓度的影响及原因。     

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。     

矿井可燃性气体爆炸特性研究

利用20 L近球形容器,对不同浓度甲烷-空气混合气体的爆炸过程进行了实验,得出了单组分纯甲烷气体、双组分混合气体、四组分混合气体的爆炸极限、爆炸压力、爆炸压力上升速率的变化规律。     

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。