密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸传播特性

为了探究密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的传播特性,在自主研制的瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸试验系统内,从爆炸压力、火焰以及压力-火焰的耦合关系等方面,研究了不同瓦斯体积分数及煤尘质量浓度下瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力传播特性及火焰传播特性,并利用Fluent数值模拟软件分析了煤尘的卷扬分散特征。结果表明:密闭管道内瓦斯体积分数为10%时的最大爆炸压力整体高于瓦斯体积分数为12%和8%时的最大爆炸压力。当瓦斯体积分数为10%,煤尘质量浓度为250 g/m^(3)时,最大爆炸压力传播规律表现为在瓦斯段先升后降再升,到达煤尘段后持续上升;随着煤尘质量浓度的增加,在瓦斯段则表现为先升后降,在煤尘段依旧持续上升。当瓦斯体积分数为8%和12%时,最大爆炸压力随煤尘质量浓度增加呈上升趋势,而瓦斯体积分数为10%时则呈现下降趋势。密闭管道内火焰锋面到达时间与传播距离呈正相关,瓦斯体积分数为10%时火焰锋面到达各测点的时间短于瓦斯体积分数为12%和8%的传播时间。火焰传播速度随传播距离呈先增大后减小的趋势,当瓦斯体积分数为10%时,火焰传播速度最快。密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力-时间曲线会出现2次峰值。第1次峰值是由瓦斯爆炸的前驱冲击波产生,当火焰传播至煤尘段后,压力同时开始上升,且压力峰值时刻和火焰峰值时刻耦合,达到第2次压力峰值,随着火焰信号的消失,压力逐渐减小直至反应停止。密闭管道内前驱冲击波与反射波使得煤尘卷扬分散,形成“漩涡状”煤尘云,促进煤粉与爆燃波接触。当煤尘质量浓度一定时,体积分数为10%瓦斯的卷扬程度优于体积分数12%和8%瓦斯;当瓦斯体积分数一定时,煤尘卷扬程度随煤尘质量浓度的增加而递减。

活性磁化水改善无烟煤煤尘润湿性能的研究

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面活性剂溶液、最佳活性磁化水与无烟煤的接触角.结果表明,质量分数0.10%尘克C&C溶液可使矿井静压水的表面张力下降43.83%.质量分数0.10%尘克C&C溶液的优磁化强度为300 mT,磁化时间为50 s.相较于矿井静压水,质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水接触角减小了79.11%,表面张力减小了47.04%,铺展功及浸湿功分别提升了97.35%、87.01%,极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力.现场应用试验结果表明,使用质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水作为采煤工作面的喷雾降水,降尘效率提高了37.53%.

煤矿煤尘爆炸特性实验及影响因素分析

为进一步探究煤矿煤尘爆炸的主要特点,以20 L球形爆炸反应釜为基础设备,搭建煤矿煤层爆炸特性实验的主要装置进行实验测试,通过大量实验验证了不同煤尘中粒粒径和瓦斯浓度对爆炸压力及其变化情况的影响。结果显示,当煤尘中粒粒径处于较低水平,或瓦斯与氧气之比可完全反应时,爆炸压力相对更高,变化也较为迅速,特别是瓦斯混合煤尘后的爆炸效果相对更为突出。初步探讨了相应的防范措施,以期为今后的煤矿开采和运输等环节提供一定的参考借鉴。

煤尘二次爆炸燃烧持续时间及残留气体分析

利用20L球形爆炸装置在不同煤尘浓度、粒径及点火能量条件下进行了煤尘二次爆炸实验,分析了煤尘浓度、粒径及点火能量对燃烧持续时间及残留气体的影响。结果表明:在相同条件下,煤尘二次爆炸燃烧持续时间大于一次爆炸燃烧持续时间;点火能量对二次爆炸燃烧持续时间的影响最大,煤尘粒径的影响最小;随着煤尘浓度的增大,二次爆炸燃烧持续时间先减小后增大;随着煤尘粒径减小或点火能量的增大,二次爆炸燃烧持续时间不断减小;对于相同条件下的同种气体,煤尘二次爆炸后残留气体体积分数均小于一次爆炸后;在一定范围内,随着煤尘粒径减小,二次爆炸后残留的CO体积分数不断减小,CO,CO_2体积分数的比值减小,CH_4体积分数增大;随着点火能量的增大,二次爆炸后残留的CO和CH_4体积分数均不断增大,CO,CO_2体积分数的比值呈增大趋势。

无机盐协同表面活性剂对煤尘保湿性影响

为保障煤矿安全生产和工人健康,煤矿井下主要采取的防尘手段是湿式除尘和化学抑尘。通过保水性实验探究无机盐与表面活性剂溶液各自及协同作用下的抑尘保湿性效果。实验结果表明:由于四种表面活性剂的分子结构和性质不同,形成分子层的稳定性和厚度不同,十二烷基苯磺酸钠溶液(SDBS)的保湿性最强,聚乙二醇对异辛基苯基醚溶液(Triton X-100)的保湿性最弱。当表面活性剂SDS与SDBS溶液质量分数分别为0.24%、0.04%,无机盐K_(2)SO_(4)的浓度0.9mol/L,且SDS与SDBS比例为5∶5,SDS+SDBS的混合溶液与K_(2)SO_(4)比例同样为5∶5时,煤尘水分散失最少,复合溶液润湿保湿性能最佳。硫酸钾溶液对复合溶液的疏水端产生析出作用,导致煤尘疏水端的疏水作用增强,更多表面活性剂分子逃逸水相后向液-气界面聚集,从而降低溶液的表面张力。

煤尘爆炸性鉴定分析系统探讨

煤尘爆炸是由于煤尘与空气混合,达到一定浓度后遇到火源时发生的迅猛燃烧现象。在煤炭开采、加工、运输和使用过程中,煤尘不可避免,鉴定煤尘的爆炸性对于确保煤矿安全至关重要。本文分析煤尘爆炸性鉴定分析系统的构成、原理与技术及在应用中起的关键作用,通过对改进自动控温系统、煤尘浓度测量系统及喷尘方式的分析,提出提高煤尘爆炸性鉴定准确率和安全性的策略。

煤尘爆炸特征参数影响因素研究

采用20 L球形爆炸装置研究了煤尘粒径、浓度、点火能量对煤尘爆炸最大压力、爆炸最大压力上升速率的影响。研究结果表明，在煤尘粒径一定的条件下，随着煤尘浓度的增大，爆炸最大压力及爆炸最大压力上升速率先增大后减小，煤尘浓度在400～480 g/m3之间取得爆炸最大压力最大值0.94 MPa、爆炸最大压力上升速率最大值28.79 MPa/s；在煤尘浓度一定的条件下，爆炸最大压力不随煤尘粒径的减小而单调变化，爆炸最大压力上升速率随煤尘粒径的减小而逐渐增大；随着点火能量的增大，爆炸最大压力及爆炸最大压力上升速率明显增加。

煤尘云着火温度影响因素实验研究

采用Godbert-Greenwald恒温炉装置研究分散压力、煤尘浓度和煤尘粒径对煤尘云着火温度的影响。结果表明:随着分散压力增大,煤尘云的着火温度先降低后升高,分散压力为30kPa时着火温度最小;随着浓度增加,煤尘着火温度先降低后小幅升高,着火敏感质量浓度为1.364kg/m3,此时着火温度最小,为621℃;随着粒径减小,煤尘着火温度降低,粉尘粒径目数从100目增至200目时,煤尘着火温度下降80℃。

煤尘爆炸残留物特征影响因素研究

为了研究煤尘浓度、煤尘粒径以及点火能量对煤尘爆炸后气、固态残留物组分特征的影响,利用20L球形爆炸装置测试系统进行了煤尘爆炸实验,并对爆炸残留物进行了收集与分析。研究结果表明:随着煤尘浓度的增加,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6及C_3H_8的体积分数逐渐增大,而CO_2先增大后减小,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐增加,灰分含量逐渐减少;煤尘浓度为100g/m^3时,粒径48~75μm的煤尘爆炸残留气体中CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数达到最大值,煤尘浓度为400g/m^3时,CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数随着煤尘粒径的减小而增大,固态残留物挥发分含量随煤尘粒径减小而逐渐减小,灰分含量逐渐增大;随着点火能量增大,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_6、C_3H_8逐渐升高,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐减小,而灰分含量不断增大。

新型矿用EMI降尘剂对煤尘的润湿特性研究

随着矿井机械化开采程度的提高,煤尘产生量也随之增大。针对煤矿井下作业环境中的粉尘污染日益严重的问题,通过测定含不同质量分数绿色高效生物降尘剂(EMI)溶液的表面张力,并以不同粒径煤尘与EMI溶液的接触角、煤尘润湿速度、煤尘吸湿量及保水性为指标,研究了不同质量分数的EMI溶液对不同粒径煤尘的润湿效果。实验结果表明:随着溶液中EMI降尘剂的质量分数增大,煤尘的接触角逐渐减小,煤尘完全沉降所需时间逐渐下降,吸湿量逐渐增大,保水性逐渐增强,且失水后煤样的板结性较大。通过分析得出EMI润湿煤尘的作用机理:降低水的表面张力;增加溶液润湿性;减少水分流失;提高溶液的抗蒸发性。

生物油基环保型煤尘抑尘剂的制备及性能研究

以木屑热解油为原料,在过硫酸铵(APS)存在下,将预处理的生物油与丙烯酸(AA)和壳聚糖(CTS)聚合,制备出一种生物油基环保新型煤尘抑制剂(Hbio-CTS)。结果表明,在70℃,CTS和AA的质量分别为0.65 g和3.00 g,APS/CTS为5%时,可获得Hbio-CTS的最大黏度,为5.4 mPa·s。Hbio-CTS的FTIR和TG均证实,AA和CTS已成功接枝在生物油组分的结构上。Hbio-CTS在煤粉上形成的固化层受风雨影响很小。其中,在17 m/s(Ⅶ级)风速下,煤粉的最大质量损失为6.99%。经过8个循环(56 d)后,Hbio-CTS的降解率为57%。

不同煤质煤尘云最低着火温度变化规律研究

为研究不同煤质煤尘云最低着火温度变化规律,选取褐煤、长焰煤、不黏煤、气煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤8种煤质煤样,采用煤尘云最低着火温度测试装置,研究了煤尘云最低着火温度随变质程度、粒径及混入惰性岩粉量的变化规律。研究结果表明:①煤样变质程度越低,受限高温空间内煤尘云越容易着火,煤尘云爆炸潜在危险性越大;煤尘云着火过程是可燃气相环境主导的。②随着粒径在75μm到25μm范围内减小,8种煤质煤尘云最低着火温度均不断减小,褐煤尘云最低着火温度最大降幅最大,达18.6%,说明褐煤尘云最低着火温度受粒径影响最大;空干基挥发分越大且煤尘半径越小,煤尘云越容易着火;在“敏感粒径区间”内褐煤尘云最低着火温度降幅最大,达8.47%。③向煤尘中混入不同比例的惰性CaCO3岩粉对8种煤质煤尘云着火现象均有明显抑制作用。

瓦斯-煤尘混合爆炸中煤尘因素的影响广义化研究

为研究煤尘粒径和煤尘质量浓度对瓦斯-煤尘混合爆炸特性影响的普适性规律,通过自行搭建的试验管网进行瓦斯-沉积煤尘混合爆炸试验,广义化探究煤尘质量浓度和煤尘粒径对瓦斯-煤尘混合爆炸在复杂管网中产生的冲击波压力峰值、火焰波传播速度峰值和火焰波温度峰值的影响,并基于影响因素响应面理论分析验证了试验结论。结果表明:当煤尘粒径相同时,瓦斯-煤尘混合爆炸的冲击波压力峰值、火焰波传播速度峰值和火焰波温度峰值会随着煤尘质量浓度的增大呈现先增大后减小的趋势;当煤尘质量浓度相同时,瓦斯-煤尘混合爆炸产生的冲击波压力峰值、火焰波传播速度峰值和火焰波温度峰值同样会随着煤尘粒径的增大呈现先增大后减小的趋势;当煤尘粒径和煤尘质量浓度分别为50μm、100 g/m^(3)时,瓦斯-煤尘混合爆炸最为剧烈;煤尘质量浓度对瓦斯-煤尘混合爆炸产生的冲击波压力峰值和火焰波温度峰值的影响程度大于煤尘粒径,煤尘粒径对火焰波传播速度的影响程度大于煤尘质量浓度。该研究结果可为煤尘对瓦斯-煤尘混合爆炸的影响研究提供理论参考。

煤尘颗粒与复配表面活性剂相互作用

露天矿山煤尘污染已成为严重的环境问题,由于水对煤尘的润湿性不高,破碎站的喷雾除尘技术通常难以解决该问题,因此,针对表面活性剂对煤尘润湿性的改善进行探索。通过分子动力学研究发现,表面活性剂复配相比一种表面活性剂对煤尘亲水性的增加效果更明显,基于此研究了一种阴-非离子型表面活性剂的复配试剂,并通过试验确定最佳比例,复配药剂比例SDS、Tween-20质量比4∶2。结果表明,复配药剂的最佳浓度为1000×10^(-6)的Tween-20和3000×10^(-6)的SDS溶液使煤尘的润湿性增强;在非离子型表面活性剂作用下煤尘颗粒的Zeta电位缓慢上升,与阴离子型表面活性剂不同。研究为化学抑尘剂在喷雾除尘技术上的应用提供参考价值。

哈尔乌素露天煤矿破碎站煤尘性质及分布特征

针对破碎站除尘技术中煤尘性质进行研究。以哈尔乌素露天煤矿大型半固定式3#破碎站的煤尘为研究对象,分析不同采样点粉尘样品的浓度、粒度、含水率、黏结性等物化特性。同时,探究了卸载物料水分、卸料高度和受料坑形状等因素对粉尘浓度的影响。结果表明,粉尘主要源自卸料过程,检测点的粉尘呈弱若亲水性。卸载物料的水分含量和卸料高度是煤尘浓度的关键因素,二者对煤尘产生机理的影响具有不同的物理本质。卸载物料的水分含量高时,粒子间的黏附力增加,从而减少了煤尘的生成和扩散;而卸料高度的增加则会加剧物料的撞击和摩擦,进一步增强煤尘的产生;一字型卸料斗所产生的粉尘浓度高于V型卸料斗。本研究为煤矿除尘装置效率提高提供了有益的参考和指导。

煤尘润湿机理及其影响因素

本文旨在探讨煤炭采选过程中煤尘防治技术中较为经济、高效的湿式除尘技术,而煤尘的润湿性能对于煤尘浓度、分散度及湿式除尘技术的效果有重要影响。因此,本文从煤尘润湿的过程和微观机理入手,从微观角度分析了煤尘自身物化性质和表面活性剂等因素对煤尘润湿性的影响,以期为开发煤尘抑尘剂、煤尘防治技术与设备提供依据和方向。煤尘不仅是煤矿安全生产的重大隐患,还严重影响从业人员的身体健康,同时煤尘也会影响生态环境。因此,本文的研究对于改善煤矿生产环境、保障从业人员健康、减轻环境污染具有重要意义。

基于小波散射变换的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别方法

为解决煤矿瓦斯与煤尘爆炸灾害报警方法误报率和漏报率高等问题,提高煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知准确率,提出了基于小波散射变换的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别方法:在煤矿井下重点监测区域安装矿用拾音设备,实时采集设备工作声音和环境音;将采集到的声音通过小波散射变换得到小波散射系数,构建声音信号的小波散射系数图,通过计算小波散射系数图的图像灰度梯度共生矩阵得到由小梯度优势、大梯度优势、能量、灰度平均、梯度平均、灰度均方差、梯度均方差、相关性、灰度熵、梯度熵、混合熵等构成的十一维特征参数,构成表征该声音信号的特征向量,输入到支持向量机(SVM)中训练得到煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型;对待测声音信号同样提取其小波散射系数图的灰度梯度共生矩阵得到十一维特征向量,输入到训练好的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型中进行声音识别分类,并进行试验验证。采取声音信号的特征提取试验,分析了不同声音的小波散射图及其特征参数分布特点,瓦斯和煤尘爆炸声音的小波散射系数图及其十一维特征向量与煤矿井下其他声音差异明显,证明了所提特征提取方法的可行性;通过贝叶斯优化完成支持向量机超参数优化试验,选取更符合训练模型的超参数,识别试验结果表明,所提方法的识别率为95.77%,明显优于其他对比算法,能够满足煤矿瓦斯和煤尘爆炸识别的需求。

煤尘二次爆炸特性研究

利用20L球形爆炸装置研究了煤尘浓度、煤尘粒径和点火能量对煤尘二次爆炸特性的影响,并与煤尘一次爆炸特性进行了对比分析。结果表明:随着煤尘浓度的增加,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率均先增大后减小,一次爆炸与二次爆炸的最大压力差先减小后增大,一次爆炸与二次爆炸的压力最大上升速率差先减小后增大再减小;随着煤尘粒径的减小,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率不断增大,一次爆炸与二次爆炸的最大压力差及压力最大上升速率差均先增大后减小;随着点火能量的增加,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率,以及一次爆炸与二次爆炸的最大压力差及压力最大上升速率差均呈增大的变化趋势;煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率与一次爆炸时相比均减小;煤尘浓度为煤尘二次爆炸特性与一次爆炸产生差异的主要影响因素。

纳米复合抑爆粉体抑制甲烷煤尘混合爆炸动力学机理研究

为寻求高效的甲烷煤尘混合爆炸抑爆手段,对草酸钾-蒙脱石纳米复合抑爆粉体(Potassium Oxalate-Montmorillonite,OA-MMT)抑制甲烷煤尘混合爆炸机理开展了研究。通过红外光谱法研究OA-MMT对甲烷煤尘热氧化产物分布的影响,通过试验对OA-MMT的抑制性能进行研究,通过草酸钾抑制动力学模型揭示抑爆机理。结果表明,在OA-MMT干预下甲烷煤尘热解氧化气体产物CO_(2)体积分数明显提高,可燃气体的生成受到抑制,同时热解氧化固体产物在特征峰区域的官能团含量有所增加。在OA-MMT干预下甲烷煤尘混合爆炸的(dp/dt)_(m)显著降低,压力时间特征参数显著延迟。OA-MMT通过促进含钾基团之间的转换降低甲醛甲基氧化等放热反应的敏感性,从而抑制爆炸温度的升高,并且消耗维系爆炸链式反应的关键自由基H和OH。

基于科氏质量流量计的微米级煤尘和岩尘颗粒分类方法

【目的】岩尘的粒径比煤尘的小得多,更容易被吸入到肺中,危害较大。为了解决煤尘和岩尘混合颗粒的分类问题,提出一种微米级煤尘和岩尘混合颗粒的测量方法。【方法】首先采用环形静电传感器进行前端流体流量的测定,根据科氏质量流量计的测量原理,研究测量管两侧的时间差和流体的质量流量的关系;其次采用ANSYS有限元软件进行双向流固耦合,验证对煤尘和岩尘混合颗粒进行分类的可行性;最后对测量管进行静力学分析以及数值模拟分析,实现科氏质量流量计对微米级煤尘和岩尘混合颗粒的分类判别。【结果】在科氏质量流量计的同一个测量管道入口处,颗粒的流入速度与测量时间差正相关;谐振式U型管的激振频率应为二阶振型对应的固有频率113.11 Hz;当煤尘和岩尘颗粒混合粒径不同时,静力学参数和时间差随着煤尘的体积分数的增大而减小,并且全岩尘和全煤尘的时间差明显与混合颗粒的不同;当煤尘和岩尘混合颗粒粒径相同时,时间差随着煤尘的体积流量增大而增大,关系曲线的陡度也随着增大。当煤尘体积分数<50%时,煤尘和岩尘的混合颗粒的粒径越大时间差越大;当煤尘体积分数≥50%时,煤尘和岩尘的混合颗粒的粒径越大时间差越小。【结论】煤尘颗粒和岩尘颗粒具有鲜明且不同的分类判别特征,微米级煤尘和岩尘混合颗粒分类具有可行性,可实现科氏质量流量计对煤尘和岩尘混合颗粒的实时在线精确分类。