置障条件下甲烷爆炸压力测试研究

煤矿巷道中障碍物随处可见,对瓦斯爆炸过程具有重要影响.为降低瓦斯爆炸造成的损害,利用甲烷-空气混合物,在自制的水平管道装置中,通过改变障碍物距点火源的位置、间距和数量,研究瓦斯爆炸压力的变化规律.结果表明:改变障碍物位置和间距,爆炸压力变化很小,说明障碍物的位置和间距对瓦斯爆炸压力无明显影响.随着障碍物数量的增加,爆炸压力也增大,当障碍物数量多于5片后,爆炸压力的变化较小,说明障碍物数量对瓦斯爆炸压力的影响明显,因此应尽量避免在巷道存放障碍物.     

不同间距障碍物下瓦斯爆炸特性的实验研究

利用自建的模拟煤矿巷道的水平管道式气体爆炸实验系统,在置障条件下对瓦斯爆炸特性进行实验研究,改变内置障碍物的间距,研究其对瓦斯爆炸压力及火焰传播速度的影响规律.结果表明:瓦斯爆炸压力随着障碍物间距的增加呈现缓慢递增的变化规律;而火焰传播速度也随着障碍物间距的增加而递增.总体来说,障碍物间距的改变对爆炸压力的影响程度比其对火焰传播速度的影响要小一些.     

受限空间内气体爆炸惰化泄爆实验研究

为研究惰化条件下受限空间内部混合气体爆炸及泄爆过程中的压力变化规律,对侧面带有泄爆口的球形容器在不同惰性气体浓度条件下密闭爆炸及泄爆过程进行了实验研究.结果表明:容器内初始压力越大,气体爆炸压力及压力上升速率越大,且容器内压力峰值与初压呈线性增加;密闭爆炸时惰性气体占甲烷-空气混合气体的比重越高,容器内的最大压力越低,压力上升速率越小,从点火到达最大压力所用的时间越长,容器内的最大压力与惰性气体的体积分数呈近似线性关系;泄爆与惰化联合作用对容器内的压力峰值及压力上升速率影响都较显著,破膜之前压力缓慢上升,破膜之后快速下降;当惰性气体的浓度达到临界体积分数10%时,泄爆膜一打开,容器内的压力立即下降,使非平衡泄爆转化为平衡泄爆.     

障碍物影响下管道内气体爆炸对动物杀伤研究

利用管道式气体爆炸测试装置,分别在光滑管道内和放有障碍物的水平管道内充入当量浓度的甲烷气体,对甲烷-空气混合气体的爆炸压力变化以及对动物的损伤进行了实验研究.实验结果表明,当量浓度气体爆炸使光滑管道内不同位置的小白鼠全部死亡,其内脏的损伤程度随着长径比的增大而明显加重.在管道内有障碍物的情况下,爆炸对小白鼠的杀伤程度明...     

烷烃气体对甲烷爆炸下限影响的实验研究

为确定烷烃类混合气体中甲烷的爆炸极限,设计了混合气体爆炸实验系统.在实验系统中,采用高精度计算机配气系统配气,其所得到的混合气体含量误差小于1%,从而使气体爆炸下限更加精确.运用该实验系统研究了丙烷、异丁烷混合气体对甲烷爆炸下限的影响.实验结果表明：当混有丙烷的体积分数达到0.60%时,甲烷的爆炸下限可以降到1.35%;当异丁烷的体积分数约为0.30%时,甲烷的爆炸下限可降到1.80%.研究结果对煤矿瓦斯监测的可靠预警具有重要意义.     

多孔材料抑制瓦斯爆炸火焰波的实验研究

为研究适合煤矿使用的抑爆材料,利用自行设计制作的30cm×30cm方形实验管道,对不同参数的多孔材料衰减管道内瓦斯爆炸火焰温度效果分别进行了实验研究,结果表明:金属丝网、泡沫陶瓷、多孔泡沫铁镍金属几种多孔材料均有很好的衰减瓦斯爆炸火焰温度的作用;金属丝网对管道内瓦斯爆炸火焰温度最大衰减率为8.7%～26.9%,泡沫陶瓷为23.1%～36.2%,多孔泡沫铁镍金属为7.1%～65.7%;研究发现多孔材料的厚度、孔径、相对密度是影响火焰温度衰减效果的重要因素,同种材料中,厚度大,孔径小,相对密度大的材料试件对火焰温度衰减效果好.     

金属丝状材料对预混气体爆炸影响规律研究

在自主设计加工的气体爆炸瞬态压力实验装置中,填充Cu、Al、Ni、Fe金属丝状材料后分别进行甲烷-空气(体积比为12%)和丙烷-空气(体积比为8%)预混气体的密闭爆炸实验,测定爆炸瞬态压力变化情况并进行对比分析。研究结果表明:填充金属丝状材料后爆炸压力峰值明显减小,说明能够有效地抑制可燃气体的爆炸;不同金属丝状材料的抑爆效果有明显的差异,其中Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能明显优于Cu、Al金属丝状材料;随着可燃气体的分子质量的增加,Ni、Fe金属丝状材料抑爆性能优于Al、Cu金属丝状材料抑爆性能的现象更加明显。     

瓦斯爆炸过程中火焰厚度的实验室测定及其分析

实验探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及障碍物、膜片位置和压力等的影响。结果表明,障碍物和膜片对瓦斯爆炸过程中火焰厚度具有重要影响。当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片距离源较近时,火焰厚度明显增大,火焰厚度越大,在其传播过程中对传播途径上的可燃物的点燃作用越大。研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸、减轻瓦斯爆炸灾害具有一定的指导意义。     

交错障碍物对瓦斯爆炸影响的实验研究

为了研究交错障碍物对瓦斯爆炸火焰形状、火焰速度及爆炸压力的影响,设计并搭建了150mm×150mm×500mm半封闭透明腔体的瓦斯爆炸实验台,采用化学当量比浓度的甲烷-空气预混气体,并与平行障碍物工况进行了比较.实验结果表明:与平行障碍物相比,交错障碍物明显增强了火焰形变,提高了火焰速度和爆炸压力,其中火焰速度和爆炸压力的提升率最高分别达到78.0%和198%.因此,在实际巷道中,应尽量避免障碍物的交错放置.     

低透气性原煤力学及渗透特性的试验研究

利用MTS815岩石力学试验系统和气体渗透试验系统,开展了原场应力状态下原煤煤样在不同瓦斯压力条件下的三轴压缩渗透试验,对比了不同瓦斯压力下煤样的变形、强度和渗流特征,分析了瓦斯对原煤煤样力学性质的影响,以及煤样变形破坏过程中其渗透特性的变化.结果表明:随瓦斯压力增加,弹性模量和峰值强度呈指数型衰减,泊松比、峰值轴向应变和峰值横向应变呈指数型增加,煤样变形能力增强,抵抗破坏的能力减弱.瓦斯渗透率随煤样加载变形破坏呈先减小后增大趋势.瓦斯渗透率变化与体积变形机制密切相关,在体积压缩阶段存在不可恢复性衰减,在峰后阶段随体积膨胀逐渐增加,残余阶段的渗透率一般远大于初始静水压力状态的渗透率.对低透气性煤层瓦斯抽采和煤炭安全开采具有现实指导意义.     

泄爆条件对甲烷气体爆炸参数的影响

为进一步探讨受限空间或管道中气体燃爆泄放的安全设计方法,为工程防爆、泄爆提供借鉴意义和理论支持,结合气体爆炸传播机理,利用AutoReaGas软件对甲烷-空气的混合气体在管道内爆炸进行了数值模拟,获得了每个测点在不同泄爆位置和压力时甲烷气体爆炸产生的压力峰值和温度峰值的相关数据,分析了不同泄爆条件对甲烷气体爆炸特性的影响,得出:泄爆膜距点火点越近,管道内甲烷气体爆炸的压力和温度的最高值相对较高;泄爆压力由0kPa升至10kPa,管道中甲烷爆炸产生的最大压力的下降趋势变缓,不同泄爆压力对最高温度的影响不大.     

矿井瓦斯爆炸后巷道空气温度分布规律

结合气体爆炸动力学弱冲击波爆炸理论等知识,建立了爆炸后的超压、温度随距点火源距离变化的非线性计算公式,并把超压计算值和实验值进行了对比.结果表明:对于体积分数分别为5.0%,7.5%,9.5%的100 m3瓦斯爆炸后的巷道内大气温度变化范围分别是:582.5~309.7,709.2~315.2,825.0~320.0 K;对于体积分数分别为5.0%,7.5%,9.5%的200 m3瓦斯爆炸后的巷道内大气温度变化范围分别是:688.3~314.3,867.4~321.8,1 028.4~328.3 K.爆炸后的温度随着距离的增加先迅速递减后平缓降低到矿井正常空气温度,随着爆源的体积分数、体积的增加所产生的最高温度越高,温度变化范围越大.     

瓦斯爆炸致灾通风系统实验及应急救援方法

拓扑分析瓦斯爆炸频发点的局部通风系统模型,建立了利用弱面玻璃板模拟通风设施的管路实验模型.研究了瓦斯爆炸超压波在实验模型中传播时,遇不同位置弱面板的超压峰值变化规律;分析了弱面板破坏前后超压峰值的变化规律及分布特征,并对冲击波后弱面板破坏的片度分布结果进行了统计.确定了实验模型中同一爆源点爆炸冲击波对不同位置弱面板的破坏程度,分析了爆炸产物的组分,模拟计算了超压波衰减的量化特征,为风网模型中通风设施的防爆配置提供指导.提出了在关键通风设施位置预置常开自动风门;瓦斯爆炸冲击波破坏原有通风设施后泄压,预置常开风门自动关闭,从而恢复通风系统的新思路.     

煤体孔径分布特征及其对瓦斯吸附的影响

利用N2和CO2吸附解吸实验,得到了6个矿井煤样的孔径分布特征,并根据吸附解吸实验曲线分析了不同煤样所含孔形状的差异.同时,对所选煤样进行瓦斯吸附实验,分析瓦斯吸附量随吸附压力的变化情况,以及瓦斯吸附能力与孔径分布的关系.根据工业分析和岩相分析结果,对煤样变质程度和水分含量对瓦斯吸附的影响进行了分析.结果表明:煤对气体的吸附量主要集中在微孔段,同时受到中孔的影响,朗缪尔体积受微孔和中孔分布的共同作用,而朗缪尔压力只与微孔有关.水分子与甲烷分子之间存在竞争吸附,水分的存在不利于瓦斯吸附.煤的变质程度与朗缪尔体积之间呈现"U"型曲线关系,而变质程度的增加使朗缪尔压力降低.在煤矿开采过程中,应当采取措施增大煤体孔隙,使微孔比例降低,促进煤层瓦斯的解吸.     

三塔VSA富集低浓度煤层气实验研究

采用常压吸附真空解吸的方法对体积分数为12%的低浓度抽排瓦斯开展富集研究.理论分析了吸附塔升压方式和解吸步骤对分离效果的影响,并对原料气充压、排放气充压及抽排3个工艺流程开展了对比实验研究.结果表明:三塔VSA流程可有效地将低浓度煤矿瓦斯富集,在吸附压力为110kPa、解吸压力为10kPa的情况下,可将12%的瓦斯气体富集到26.7%以上;排放气充压流程可以有效地延长气体的穿透时间,在排放气浓度相同的情况下可提高吸附剂的利用效率,提高产品气浓度;抽排工艺流程可以显著地提高产品气浓度,在实验条件不变的情况下抽排步骤由0s增大到6s时产品气体积分数提高了18.7%.     

水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸压力的研究

为研究水平管道内甲烷-煤尘混合爆炸对压力的影响,防控煤矿瓦斯爆炸的发生,利用自制的水平管道式气体-粉尘爆炸测试装置研究了不同甲烷-煤尘配比浓度、煤尘粒度下,爆炸压力的变化.结果表明:随着甲烷和煤尘配比浓度的增加,最大爆炸压力先增大后减小,当甲烷-煤尘配比浓度为5%甲烷、400 g/m3煤尘浓度时爆炸压力达到最大;各甲烷-煤尘配比浓度所对应的最大爆炸压力不同,最大爆炸压力的增幅与降幅有显著的差异,最大分别为42%和52%;煤尘粒径与爆炸压力之间呈线性减小关系,在43~125μm范围内,煤尘粒径越大,爆炸压力越小.     

煤体变形对气体等温吸附量计算影响及模型优化

为研究煤体变形对CO₂吸附量计算的影响,开展了原煤在He和CO₂气氛下的等温吸附/解吸试验,同步测试了煤样应变,分析了煤样在2种气氛下的吸附/解吸及变形特征,探讨了He升压和降压过程样品罐自由空间体积与气体压力的关系,建立了绝对吸附量的精确计算模型.结果表明：在He气氛下煤样产生压缩变形,应变与平衡压力关系曲线可以划分为Ⅰ～Ⅱ2种类型,Ⅰ类曲线升压过程和降压过程均具有2个变形阶段;Ⅱ类曲线升压过程和降压过程均仅具有1个变形阶段.在CO₂气氛下,煤样吸附气体产生膨胀变形,1/3焦煤和贫煤最大体应变分别为1.72%和1.63%;等温解吸过程,煤样解吸应变存在超前和滞后2种现象,且完全解吸后存在富余变形.随气体压力增大,1/3焦煤样品罐自由空间体积先减小后增大至趋于稳定,表现出明显的“减”—“增”2个阶段;贫煤样品罐自由空间体积始终随气体压力的增大而增大;随气体压力降低,1/3焦煤和贫煤样品罐自由空间体积均表现为缓慢增大和快速增大2个阶段.提出了能有效消除He气氛下煤样受气体压缩变形导致吸附量计算误差的方法.综合考虑煤吸附/解...     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

点火延迟时间对铝粉爆炸压力的影响研究

在实验室自行设计的水平管道式粉尘爆炸装置中,利用高压电极点火,在不同点火延迟时间对3种粒度铝粉的爆炸压力进行了实验研究.结果表明:随着点火延迟时间的增大,铝粉的最大爆炸压力和最大压力上升速率先增大后减小;存在一个最佳点火延迟时间使得最大爆炸压力和最大压力上升速率的值最大.而且铝粉粒度越大,最佳点火延迟时间越小.同时,还存在一个可爆延迟时间范围,随着铝粉粒度的改变,该延迟时间范围也会发生相应的变化.最后,从理论上对实验结果进行了定性分析.     

瓦斯压力对瓦斯在煤中扩散影响的实验研究

为了研究瓦斯压力对瓦斯在不同变质程度煤中扩散的影响,采集了我国典型矿区的煤样,采用低温氮吸附法和压汞法对煤样进行了孔隙特征分析,开展了不同压力下煤粒瓦斯吸附-解吸扩散动力学实验,分别采用单孔扩散模型和双孔扩散模型对扩散实验结果进行拟合.结果表明,双孔扩散模型比单孔扩散模型能更准确地描述煤粒瓦斯吸附-解吸扩散全过程.基于双孔扩散模型反演计算大孔和微孔有效扩散系数D_(ae),D_(ie),分析认为:二次多项式函数能很好地描述D_(ae)与压力的关系,在吸附过程中,当瓦斯压力小于某一临界压力时,D_(ae)随着压力的增大而减小,当瓦斯压力大于某一临界压力时,D_(ae)随着压力的增大而增大;在解吸过程中,当瓦斯压力大于某一临界压力值时,D_(ae)随着压力的减小而减小,当瓦斯压力小于某一临界压力值时,D_(ae)随着压力的减小而增大;大孔有效扩散系数均值Symbol`A@D_(ae)越大,临界瓦斯压力值就越大.而微孔有效扩散系数D_(ie)与压力则较好地符合一元线性关系:在吸附过程中D_(ie)随着压力的增大而增大,在解吸过程中D_(ie)随着压力的减小而减小.各煤样在吸附-解吸过程中的扩散特征参数β基本保持不变.