低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究

煤矿抽采的低浓度特别是爆炸浓度范围内的瓦斯直接利用存在诸多技术难题,直接排空时也存在安全风险。通过对金属纤维燃烧器和阻火器的阻火阻爆机理研究、实验研究、设计和现场试验,证明在合理的设计参数下,金属纤维燃烧器能够有效阻火、隔热,可将瓦斯爆炸转变为安全燃烧;金属纤维阻火器能够有效实现管道的阻火、阻爆,隔断瓦斯爆炸的传播。在此基础上研发出处理能力为2 000 m3/h、甲烷体积分数为10%的低浓度瓦斯安全燃烧系统,通过安全分析和工业性试验,证明了该系统的安全性和可靠性,能满足煤矿低浓度瓦斯的处理要求,为爆炸浓度范围内的瓦斯安全排空、减少甲烷排放和瓦斯利用提供了新的技术途径。     

煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障技术

随着加快矿井瓦斯抽采利用,低浓度瓦斯,特别是浓度在5%～16%爆燃极限内的瓦斯输送的安全隐患凸显。自动阻爆装置、水封阻火泄爆装置、自动抑爆装置等一系列技术装备为煤矿低浓度瓦斯管道输送安全提供了保障。     

激光纹影技术在煤矿瓦斯爆燃研究中的应用

为了得到煤矿井下瓦斯/空气预混气体爆燃流场波系演化过程,获取结构内部"看得到"的图像,重新认识激波和火焰之间的耦合关系、障碍物加速火焰的激励效应、惰性介质阻燃剂抑制爆燃的本质,在已建成的中尺度爆炸激波管道上进一步搭建超高速激光纹影系统,并提出"M"型、"Z"型和直线型3种光路布置方式的瓦斯爆燃流场测试方案,以代替传统的压力火焰传感器测试手段,为获取瓦斯/空气预混气体爆燃时激波的演变过程和火焰的微观结构流场提供新思路。     

基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧的二维数值模拟

利用商业软件Fluent 6.3建立二维模型并进行合理设置,对基于多孔介质的煤矿低浓度瓦斯燃烧进行数值模拟,研究了入口瓦斯浓度、瓦斯流速对燃烧器轴向温度和CO2分布的影响,以及多孔介质燃烧器中速率分布情况。结果表明,不同瓦斯浓度下,随着流速的增大,最高温度位置逐渐向燃烧器出口处移动,最高温度大小也随着流速增加逐渐增大;不同瓦斯流速下,轴向最高温度随着瓦斯浓度的增加而变大,到达最高温度时的位置随浓度变大而越靠近瓦斯入口处;燃烧器中的速率分布由于受到多孔介质的影响,有明显的规律性。     

不同当量比条件下矿井瓦斯爆炸过程的数值模拟

为了研究管道预混火焰的传播特性及内在机理,运用数值模拟的方法,建立矿井瓦斯气体爆炸的数学模型和物理模型,对不同当量比浓度的矿井瓦斯气体爆炸过程进行模拟研究。计算结果表明,矿井瓦斯气体爆炸过程中速度和压力值均会经历上升-下降-二次波峰-下降-震荡的过程。火焰传播初期,气体爆燃体积迅速增大,火焰的速度、压力和温度随之迅速上升,并在一段时间内呈现层流燃烧状态。而后速度和压力图均出现了不同程度的波动,可知这是压力波和反射波共同作用的结果。速度和压力并未同时达到峰值,速度要超前于压力达到最大状态,这主要是爆炸压力波和反射压力波的相互叠加作用导致压力上升,而反射压力波导致速度下降。当量比浓度的压力、速度值最小,燃烧持续时间最长,此时气体还未完全加速,未形成爆轰状态。     

典型盐粉及盐溶液对甲烷爆燃火焰传播特性的影响研究

为了探究典型盐粉及盐溶液对瓦斯爆炸的抑制规律,在自行搭建的不锈钢火焰加速管道内开展了NaCl、KCl粉末及NaCl溶液抑制甲烷/空气预混气体爆炸试验,研究了不同粉末铺设面密度、铺设长度、铺液浓度、铺液长度对甲烷爆燃火焰传播的抑制效果及其抑爆机理。结果表明,铺设NaCl、KCl盐粉对甲烷爆燃火焰传播具有抑制作用,爆燃压力及火焰平均传播速度均低于空白对照组|当NaCl、KCl盐粉的铺设面密度为150mg/cm2时,两种盐粉的火焰平均传播速度均衰减最大|随着粉末铺设长度的增加,对火焰传播抑制和促进作用均增强,KCl粉末的抑制作用相对于NaCl粉末更明显。布设NaCl溶液,爆燃火焰压力低于空白组。随着NaCl浓度的增加,爆燃压力的变化不明显,火焰平均传播速度呈降低趋势。溶液铺设长度增加,火焰平均传播速度、爆燃峰值压力逐渐降低。     

底分层回采期间瓦斯及火灾防治技术

在矿井七采九面底分层回采期间,为治理工作面40～41号支架上部原七采八面上层泄水巷空巷瓦斯和防灭火需要,采取多种治理方法:调整工作面风量;在工作面上巷向上部泄水巷内打钻注氮置换瓦斯,逐步稀释排出上部采空区内积存的瓦斯气体;利用束管监测系统采样监测工作面气体;在工作面回采末期喷洒防灭火阻化剂;保证工作面推进度等综合瓦斯防治及防灭火措施。结果表明:采取上述措施后在回采期间八面泄水巷里部瓦斯浓度低于3%、氧气浓度低于6%、乙烯浓度为0;工作面回风流瓦斯浓度控制在0.6%以下,工作面瓦斯浓度始终控制在0.4%以下,保障了工作面的顺利回采。     

基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器的实验

针对目前传统瓦斯传感器的缺点，借鉴现有的红外气体分析器的设计思路，研制了基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器.它采用开腔气室结构及单光束双波长探测技术，在实验室里通过对不同浓度的甲烷气体进行测量得到了其浓度反演式.在实验测量中，当瓦斯浓度小于22%时，误差为0.1%；当瓦斯浓度超过22%时，误差小于1%.     

瓦斯抑爆材料研究进展及瓦斯吸收剂初步研究

瓦斯抑爆材料作为瓦斯治理的辅助技术,在瓦斯爆炸发生后,可以降低瓦斯爆炸的危害。本文总结了瓦斯抑爆材料的研究进展,并提出以吸附降低瓦斯浓度的方式设计瓦斯抑爆材料的设想,并以甲烷作为瓦斯的模型气体,用顶空气相色谱法测定吸收液中甲烷的浓度,研究了3种吸收剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、土温80(Tween 80)对甲烷的吸收效果。结果表明三种吸收剂均对甲烷有一定吸收作用,且Tween 80的吸收效果最好。     

高瓦斯易自燃煤层采空区自燃与瓦斯综合防治研究

阐述了高瓦斯易自燃煤层采空区自燃与瓦斯灾害难题,以N2202工作面为工程背景,通过室内实验、数值模拟和井下工业性试验等手段,研究了注入CO_2气体进行防治采空区自燃发火以及提高瓦斯抽采效率综合方法技术。结果说明,CO_2气体的注入使得采空区内CH_4气体浓度梯度分布向采空区深部移动,采空区中窒息带范围增大,进而减小了采空区氧化自燃的可能性;同时,采空区内原吸附于煤体中的部分CH_4气体被置换出来,提高了采空区内游离状态瓦斯浓度,使瓦斯抽采浓度由原平均浓度35.61%增高至49.25%。研究成果为高瓦斯易自燃煤层采空区综合防治提供了一定借鉴意义。     

坚硬顶板垮落诱发瓦斯爆燃机理及预防

以夏阔坦综放工作面为研究对象,通过试验研究和理论分析,研究了坚硬顶板垮落撞击摩擦发火现象及诱发采空区瓦斯爆燃机理,运用流体动力学分析软件Fluent模拟分析采空区瓦斯分布规律及易爆燃部位。研究结果表明:坚硬石英砂岩顶板在垮落撞击摩擦过程中产生高温火花,能够引燃采空区瓦斯,诱发瓦斯爆燃事故;撞击摩擦面升高的温度ΔT与垮落岩体质量m、垮落高度H成正相关关系,接触面的升温随着垮落岩块体积及其冒落运动高度的增加而增大。根据采空区瓦斯浓度分布规律,工作面"U"型通风方式下瓦斯易燃易爆点分布在上端头采空区靠近工作面部位;"Y"型通风方式下瓦斯易燃易爆点主要分布在工作面中部采空区,并提出了强制放顶、采空区矸石喷水、注入惰性气体和采空区瓦斯抽放等预防措施。     

炭膜用于煤矿瓦斯提纯的新技术构想

瓦斯是煤矿瓦斯爆炸、突出的重要原因,同时又是一种温室气体.近年来,人们对瓦斯的认识已经从灾害气体发展到能源气体.由于煤矿抽放气体和通风气体中瓦斯浓度低,而大多数瓦斯利用技术对瓦斯浓度都有着严格的要求,所以瓦斯净化提纯技术具有重大的意义.针对瓦斯提纯净化的重要性,提出一种新的方法来提纯瓦斯,即用炭膜来提纯低浓度的煤矿抽放气体和通风气体,通过对甲烷提纯技术、炭膜及其分离机理的研究,分析其用于提纯瓦斯的可行性.     

不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯 燃烧特性研究

为了解决我国煤矿瓦斯抽采中大量低浓度瓦斯无法直接利用的问题,通过搭建多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧试验系统,探究了5种不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧温度分布及污染物排放规律。研究结果表明:多孔介质燃烧器孔密度对低浓度瓦斯燃烧温度的影响并非线性函数关系,在孔密度由10孔增加到20孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度成上升趋势;在孔密度由20孔增加到40孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度出现先降低后升高的趋势。孔密度为20孔的多孔介质内整体换热效果较好。相同流速燃烧工况下,不同孔密度多孔介质内的CO排放浓度均随当量比的增加而降低,NO的排放浓度随当量比的增加而升高。孔密度为20孔的多孔介质对应的CO排放浓度在所测当量比范围内普遍偏低,NO的排放浓度相对较高;孔密度为10孔的多孔介质对应的CO排放浓度偏高,NO的排放浓度偏低。     

障碍物形态对瓦斯爆燃火焰传播影响研究

为了充分理解和认识瓦斯空气预混火焰在弱点火条件的加速演化规律,采用高速摄像机、光电传感器和压力传感器测试了四种形态障碍物(平板、正三棱柱、长方体、圆柱体)、三种阻塞比(20%、40%、60%)下,浓度为8.62%瓦斯空气爆燃火焰的高速摄像照片、火焰传播速率及测点处峰值超压分布等情况。实验结果表明：平板型、正三棱柱型障碍物诱导火焰加速程度较大,长方体次之,而圆柱体影响最小|障碍物能显著加速火焰传播,而其表面的不规整性或曲率突变是火焰湍流化的重要原因|不同形态障碍物对火焰传播初期影响较小,而火焰绕过障碍物后传播速率和压力有明显的增加。实验结论对矿井瓦斯爆炸灾害的预防和控制及其它工业管道可燃气体储运安全具有一定参考价值。     

考虑温度变化的采空区瓦斯抽采数值模拟

考虑采空区瓦斯抽采工作面漏风引起采空区遗煤氧化升温问题,基于Darcy渗流定律、Fick扩散定律和Fourier导热定律,利用质量守恒方程和能量守恒方程建立了考虑温度变化的采空区流场、瓦斯浓度场、氧浓度场、固体温度场和气体温度场的瓦斯抽采多场耦合数学模型;应用有限体积法分别离散了考虑温度变化下的采空区瓦斯抽采多场耦合二维数学模型,基于Microsoft Visual Basic编制了计算机解算程序,利用Tecplot软件对求解结果进行可视化,研究了瓦斯抽采前后的采空区瓦斯压力、瓦斯浓度、氧浓度、固体温度和气体温度分布情况及前后变化趋势。结果表明:瓦斯抽采前,采空区下隅角附近存在明显的气体高压区并且向四周逐渐降低,上隅角附近存在明显的气体低压区并且向四周逐渐升高;瓦斯浓度从下隅角向上隅角逐渐降低,采空区深处的瓦斯体积分数高于近工作面处,高达16.0%;采空区下隅角附近的氧气体积分数较高,达到7.0%,且氧气浓度由下隅角向上隅角逐渐降低;在采空区漏入风侧存在明显的固体和气体高温区,并且温度由此处向四周逐渐降低。瓦斯抽采后,在抽采点处形成气体低压区,气体压力在采空区深度方向变化趋势缓慢;采空区上隅角的瓦斯浓度大幅降低,而采空区深处的瓦斯受抽采的影响较小;采空区浅部(0～100 m)氧气浓度升高,采空区深部(100～300 m)氧气浓度基本保持不变;高温区依旧形成于采空区漏入风侧,但高温区的范围有所扩大,采空区内固体和气体温度最大值要比抽采前高2℃。     

改变装填方式 防止放炮爆燃事故

<正> 峰峰矿务局1983年以前,井下放炮眼的充填材料因采用经烤焙的硬炮土装填,所以经常发生放炮爆燃事故,据有资料记载的统计曾发生放炮爆燃事故96起,其中引燃瓦斯20起。特别是羊渠河矿二坑于1968年7月12日因放炮爆燃引起的瓦斯煤尘爆炸事故,教训非常惨痛。     

地面火炬型水分流燃烧处理系统的试验研究

地面火炬型水分流燃烧处理系统能够安全的燃烧处于5%~15%爆炸浓度范围内的瓦斯气体,通过安全燃烧并取出热量进行利用,不但避免了排空的瓦斯气体造成的能源浪费和污染,同时也避免了浓度在30%以下的低浓度瓦斯带来的极易爆炸的安全隐患,为煤矿的安全生产和人们的生命安全提供了安全保障。     

管内低浓度抽采瓦斯爆燃控制方法研究

水雾、CO2惰性气体和干粉对瓦斯爆燃有很强的抑制作用。随着喷雾量的增大,混入CO2浓度或者喷入干粉质量的增大,火焰传播速度和峰值超压都减少。水雾,惰性气体CO2以及干粉对爆燃的抑制作用在于由于水雾、惰性气体CO2以及干粉的加入,降低了链式反应中H、O和OH等高活性自由基的浓度。     

角联管网瓦斯爆炸超压演化及火焰传播特性研究

为了探索瓦斯在煤矿井下复杂巷网内爆炸后的超压演化规律及火焰传播特性,在实验室自行搭建了瓦斯爆炸试验系统,对甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸爆燃波传播规律进行了试验研究,并对瓦斯爆炸超压及火焰传播过程进行了数值模拟。试验与数值模拟结果表明:管网角联分支中,甲烷-空气预混气体爆炸后由于爆炸压力波的叠加,形成超压增高区域,但产生的火焰波很微弱,温度较低。并联分支中,随着爆燃波传播距离的增加,超压峰值和焰面传播速度呈逐渐减小的趋势,而火焰持续时间呈先增加、再减小的趋势。试验中火焰的最大传播距离为18.75 m,而数值模拟的传播距离为21.25 m,但试验值和模拟值的变化趋势一致。研究结论可对煤矿井下复杂巷道内瓦斯爆炸灾害的防控及救灾提供理论支持。     

基于手持红外瓦斯检测的APP服务研究

为了解决煤矿井下瓦斯浓度检测过程中的方便快捷性、实时动态性、预测准确性等问题,采用了将便携式红外瓦斯气体检测仪与蓝牙通信、APP应用结合的思路,提出了一种新型的瓦斯浓度检测服务系统。与现有技术相比,突出的实质性技术特点是在瓦斯气体检测仪上加载了蓝牙传输协议,与移动设备对接,同时在移动终端对检测数据进行分析和处理,通过二次拟合调制出气体曲线,预测周边环境瓦斯气体浓度。结果表明,本系统将瓦斯气体浓度的检测扩展到Android平台,随时随地进行便携检测并在客户端操控检测数据作出预测,具有一定的实用价值。