真空腔体积对其泄爆效果影响的实验研究

为研究真空腔体积变化对其泄爆效果的影响,以瓦斯-空气混合物为实验介质,通过向真空腔内加入不同数量的橡胶垫片改变真空腔内体积,在"L"形方形断面管道中进行了真空腔泄爆实验。通过对安装在实验管道上的火焰和压力传感器采集的数据进行分析,得出的实验结论是存在一个临界体积对真空腔泄爆作用有明显的影响,当真空腔体积大于临界体积时真空腔泄爆效果良好。     

真空腔弱面材料厚度对瓦斯抑爆性能的影响

为了研究真空腔弱面材料厚度对瓦斯抑爆性能的影响,设计了瓦斯爆炸实验Ⅰ型管道,开展了无真空腔瓦斯抑爆实验和弱面材料厚度为0. 1、0. 2、0. 3 mm条件下的真空腔瓦斯抑爆实验。实验结果表明,真空腔能够有效抑爆,当弱面材料厚度为0. 1 mm时,真空腔抑爆效果最好,最大火焰信号强度仅为0. 14 V,并在F6测点及以后趋于熄灭状态,所有测点的最大超压值均在0.08 MPa以下,达到了抑爆目的。     

瓦斯输送管道爆炸自动喷粉抑爆技术

通过论述自动喷粉抑爆技术原理及构成,分析总结瓦斯管道爆炸传播规律,得出自动喷粉抑爆技术抑爆效果主要取决于装备相应时间、干粉浓度粒度及NH4H2PO4质量分数。在DN500爆炸试验管道进行瓦斯管道爆炸传播试验和抑爆试验研究自动喷粉抑爆装置抑爆效果,抑爆器动作后,爆炸火焰在抑爆器后3.5 m内被扑灭,爆炸冲击波在爆炸火焰被扑灭后,不断衰减,最终消失。试验表明:自动喷粉抑爆技术能够有效的抑制瓦斯爆炸。     

抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响

单位面积内的抑爆剂浓度是影响瓦斯爆炸抑制效果的关键因素。为研究抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响,在500 mm爆炸管道内开展了5种不同面密度抑爆剂作用下的抑爆实验。研究表明:ABC超细干粉灭火剂对爆炸火焰的抑制作用较对爆炸压力的衰减作用更明显,实验中爆炸压力降幅最高为57.6%,火焰速度降幅最高达100%。抑爆效果随抑爆剂面密度的增大而增强,只有当抑爆剂面密度大于临界值时,爆炸压力与火焰才能同时得到有效控制,实验中测得的临界面密度为40.8 kg/m~2。     

超细粉体云幕抑制大型管道内瓦斯爆炸火焰传播

在内径357 mm、长32.4 m的管道中,以电离探针作为爆炸火焰传播速度的主要检测手段,利用自主研制的爆炸抑制装置,开展了超细粉体云幕抑制体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播的研究。结果表明:触发时间为125 ms条件下,采用超细ABC粉体抑爆剂,能使爆炸火焰传播得到不同程度的抑制,当抑爆剂充装量为800 g时,爆炸火焰得以完全熄灭;就抑爆介质而言,其爆炸抑制效果依次为:超细ABC粉体、超细SiO_2粉体、普通ABC、超细Mg(OH)_2;抑爆装置触发时间大于一临界值时,仅能够减弱火焰传播,而不能将其完全熄灭。     

SiO2纳米粉体抑制瓦斯爆炸的试验研究

为了研究纳米粉体的抑爆作用,采用自主改进容积为20L的近球形抑爆试验系统,测试添加SiO2纳米粉体时的瓦斯爆炸极限、压力等特性参数的变化,并同微米级粉体对比分析其抑爆效果,同时研究粉体质量浓度和点火时间对抑爆效果的影响.试验结果表明:同微米级粉体相比.纳米粉体的抑爆效果更好;质量浓度为0.1 g/L、粒径为 50 nm 的SiO2 粉体可使瓦斯与空气混合气体(瓦斯体积分数7%)的爆炸压力下降约70%,压力上升平均速率下降约90%,爆炸极限范围缩小约43%;超细粉体抑爆剂在固定空间内存在最佳抑爆浓度范围,并不是粉体添加量越大抑爆效果越好;粉体抑爆剂喷洒形成固体微粒气溶胶后存在最佳抑爆时间范围,超出该时间范围抑爆作用衰减明显.     

不同浓度情况下管道瓦斯爆炸压力传播规律研究

在DN700mm试验管道中进行了不同浓度瓦斯爆炸压力波传播试验。从中可以看出,爆炸压力峰值与传播距离呈三次函数关系;瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大,当测点距离一定时,压力峰值与浓度成二次函数关系。为煤矿井下隔抑爆装置和瓦斯输送管道隔抑爆装置的研制及安装技术规范制定奠定理论基础,同时,为煤矿瓦斯爆炸事故调查分析提供理论依据。     

空腔长宽比对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响

近年国内外学者对瓦斯爆炸抑爆隔爆技术的研究主要围绕抑爆剂、吸能材料和空腔等开展。文献指出空腔具有抑制瓦斯爆炸传播的功能,且抑爆性能受空腔体积大小影响。为探索体积不变条件下空腔尺寸特征对瓦斯爆炸传播抑制性能的影响,设计了体积为0.08 m~3长宽比分别为5/8,8/5的矩形钢质空腔,壁厚10 mm,并将其铺设在36 m长的大型瓦斯爆炸管道系统中开展实验研究,考察瓦斯爆炸火焰和冲击波超压经过空腔后的变化规律。结果表明:长宽比5/8空腔对爆炸火焰、冲击波传播均有抑制作用,长宽比8/5空腔对爆炸火焰有抑制作用,但对冲击波传播有增强作用。在此基础上建立数值模型,将体积为0.08 m~3长宽比分别为1/10,2/5,5/8,1,8/5,5/2的空腔铺设在管道系统中开展数值模拟研究,研究发现:空腔对瓦斯爆炸冲击波传播抑制作用取决于空腔长宽比,长宽比越小,空腔对冲击波传播抑制作用越强;且存在临界长宽比,当长宽比1时,空腔对冲击波超压传播具有抑制作用,当长宽比1时,空腔对冲击波传播具有增强作用,长宽比为5/2时,增强现象最明显。最后,分析了空腔长宽比影响瓦斯爆炸冲击波传播规律作用机理,空腔长宽比越大,在出口和入口能接收到的反射波就越多,反射波在出口和入口叠加后产生的冲击波超压也就越大,反之越小;空腔长宽比越大,在空腔内参与爆炸的预混气体越多,腔内爆炸越剧烈,产生的增量冲击波就越强,反之越弱;因此,长宽比越大,空腔对瓦斯爆炸冲击波传播抑制作用越差,反之抑制作用越好,当长宽比大于临界长宽比时,空腔会增强瓦斯爆炸冲击波传播。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

改性高岭土抑爆剂对瓦斯煤尘复合爆炸压力的影响

瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产,造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。为研发出新型改性高岭土瓦斯煤尘抑爆剂,通过插层改性的方法制备了3种改性高岭土抑爆剂,采用热重分析、扫描电镜和红外光谱分析对样品的热稳定性、表面结构以及官能团变化进行了研究。选用重庆南桐煤样,通过标准筛对煤样进行筛分,通过粒径扫描与扫描电镜观测了煤粉的粒径分布与表面形貌。使用20 L球型爆炸系统对抑制剂抑制瓦斯煤尘爆炸的特性进行了研究,探究改性后高岭土对爆炸最大压力、最大压力上升速率及爆炸峰值时间等爆炸特征参数的影响;基于粉体表征结果及抑爆数据对改性高岭土抑制作用下的瓦斯煤尘爆炸的抑爆机理进行了分析。结果表明:改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果,改善了高岭土的团聚现象,同时氨基磺酸铵粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能。对瓦斯煤尘复合爆炸的抑制性能明显优于改性前粉体,且抑爆效果随着抑制剂质量浓度增加而增大,存在临界质量浓度,试验表明,当改性高岭土与煤尘比例为2∶3,且质量浓度为0.175 g/L时,最大爆炸压力的降幅达到了32.6%,爆炸峰值时间延缓了0.45 s,展现出最佳的抑爆效果。     

影响真空腔抑爆性能因素的重要度分析

为了找出更有利于真空腔抑爆的因素,利用层次分析法将影响真空腔抑爆性能的因素层次化,形成1个具有3个层次的分析模型,根据各因素的相对重要性建立了数学矩阵,通过定量求解得到各因素的重要度。分析结果显示,真空腔抑爆性能影响因素的累计权重分别为:安装位置0.68、腔体形状0.1876、接入级数0.0889、腔体大小0.0438,即真空腔安装位置对其抑爆效果影响最大,腔体大小对真空腔抑爆效果影响最小。     

抑制瓦斯煤尘爆炸传播的主动喷粉抑爆技术

通过阐述主动喷粉抑爆技术的技术原理,分析总结瓦斯煤尘爆炸传播规律,认为主动喷粉抑爆技术的应用效果主要与抑爆粉剂浓度、主动喷粉抑爆技术装备动作时间及瓦斯煤尘爆炸传播规律有关;并通过大型地下试验巷道,模拟实际应用主动喷粉抑爆技术及装备抑制实际发生的瓦斯煤尘爆炸传播试验,分析了主动喷粉抑爆技术对爆炸火焰及冲击波压力的抑爆效果,验证了主动喷粉抑爆技术能够在爆炸初期抑制瓦斯煤尘爆炸传播。     

弱面破碎时间对真空腔泄爆效果影响实验研究

为研究真空腔弱面破碎时间对泄爆效果的影响,通过构建"L"型实验管道和制作能够改变弱面破碎时间的撞针,并以浓度为9.5%的甲烷-空气混合物为介质进行了爆炸实验,得到了不同撞针长度条件下实验管道内爆炸压力大小和火焰到达传感器时间的实验数据,经过分析得出结论:撞针越长,弱面破碎时间越早;撞针的加入,使真空腔泄爆效果发生了变化;弱面破碎时间对真空腔的泄爆效果有明显影响。     

气液两相介质抑制管道甲烷爆炸协同增效作用

瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9.5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO2,N2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9.5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8-4 mL(质量浓度694.4 g/m3)后,均能对9.5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。     

多元惰气对瓦斯爆炸特性影响的实验研究

通过实验研究了N2、CO2及CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合多元惰性气体对瓦斯最大爆炸压力及爆炸极限的影响。结果表明:甲烷的爆炸极限为5%~14%,当甲烷浓度为10%时,产生的最大爆炸压力最大,为0.278 4 MPa。惰性气体的加入使瓦斯的最大爆炸压力降低,爆炸极限范围缩小,且对瓦斯爆炸上限的影响要大于对爆炸下限的影响,对高浓度瓦斯体系的影响要大于对低浓度瓦斯体系的影响。加入N2、CO2/N2(1∶2、1∶1、2∶1)的混合气体和CO2时,对瓦斯爆炸的完全抑爆浓度分别为32%、25%和22%,抑爆效果由大到小依次是CO2,2∶1、1∶1、1∶2 CO2/N2的混合气体和N2。     

荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果以及抑爆机理,根据静电感应原理,自行设计了小尺寸的荷电细水雾发生装置,并开展了荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。实验分析了在不同荷电极性、荷电电压以及雾通量下,荷电细水雾对瓦斯爆炸压力和火焰传播速度的影响。结果表明:荷电细水雾较普通细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸压力峰值以及火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾的抑爆效果显著增强。同时荷负电荷的细水雾较荷正电荷的细水雾抑爆效果更好。当荷电电压为8 k V时,荷电细水雾使瓦斯爆炸压力峰值下降64.7%,升压速率下降33.03%,火焰传播速度下降34.9%。     

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。     

硅藻土粉体抑制瓦斯爆炸的实验研究

采用自主改进的20 L近球型抑爆实验系统,测试添加硅藻土粉体时瓦斯爆炸极限、压力等特性参数的变化,并同石英粉对比分析其抑爆效果,结合热重分析方法研究硅藻土表面物化特性对抑爆作用过程的影响.结果表明:硅藻土粉体对瓦斯爆炸具有一定的抑制作用,且效果优于石英粉;质量浓度为0.1 g/L的硅藻土粉体可使甲烷与空气混合气体(甲烷体积分数7%)的爆炸压力下降30%左右,爆炸极限范围缩小约28%;硅藻土微孔结构和表面羟基特点是影响其抑爆效果的关键因素.     

超细磷酸铵盐干粉抑制瓦斯爆炸的实验研究

磷酸铵盐干粉是哈龙灭火剂的最佳替代品之一,同时,超细干粉的灭火效果要远远大于普通的干粉灭火剂。将超细磷酸铵盐干粉用于抑制瓦斯爆炸,采用容积为20 L近球形气体抑爆实验系统,测试粒径为22μm的超细磷酸铵盐干粉对瓦斯的抑爆效果。实验结果表明:该超细磷酸铵盐干粉使浓度为7%的瓦斯最大爆炸压力pm最大降低32%,同时,粉体最佳抑爆浓度为50 g/m3。实验证明,抑爆粉体的抑爆效果不仅与粉体的浓度有关,同时也与瓦斯浓度有一定的关系。     

管道抑爆装置在瓦斯抽采系统上的实践

通过对管道抑燃抑爆装置工作原理、响应时间、喷粉抑爆时间及管道爆炸危险点分析的研究,得出在瓦斯抽采系统中,抑爆装置最佳的安装位置和安装方式,从而抑制管道瓦斯爆炸灾害的扩大,为煤矿瓦斯抽采管道控制爆炸技术积累相关经验。