瓦斯爆炸激波诱导沉积煤尘爆炸的试验研究

为了研究煤矿瓦斯爆炸卷扬并引爆沉积煤尘造成的二次爆炸规律,采用水平管道式气体-粉尘爆炸装置,用隔爆膜片将装置分割成2部分。试验时,在第Ⅰ部分管道充入瓦斯气体,同时在第Ⅱ部分管道内铺上煤尘。瓦斯爆炸后的爆炸波冲破膜片形成激波卷扬并引爆沉积煤尘,造成二次爆炸。通过改变瓦斯浓度、煤尘粒径和煤尘浓度,对瓦斯爆炸后产生的激波卷扬并引爆沉积煤尘造成二次爆炸的最大爆炸压力及压力上升速率进行了试验研究。结果表明:最大爆炸压力与压力上升速率随瓦斯浓度和煤尘浓度先增大后减小,随煤尘粒径的增大而减小。

不同粒径肥煤及其爆炸残留物的爆炸条件和产物分析

采用20 L球形爆炸装置,实验了多种粒径煤尘及其爆炸残留物在不同煤尘浓度及点火能条件下的爆炸反应,分析了粒径对煤尘和固态残留物的爆炸条件(煤尘浓度、点火能量)和爆炸产物的影响。结果表明:随着煤尘粒径的增加,煤尘及其固态残留物爆炸需要更严格的爆炸临界条件;相比于点火能量,粒径对爆炸临界条件中的煤尘浓度影响较大;在爆炸临界条件下发生爆炸行为的爆炸产物中,小粒径煤尘及其爆炸残留物的孔洞发育程度及颗粒破碎程度远高于大粒径煤尘及其爆炸残留物,与大粒径及其固态残留物的爆炸产物相对比,小粒径煤尘及其固态残留物的爆炸产物O、Si元素的含量较高,而C元素含量较低。

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℃。

煤尘层最低着火温度变化规律实验研究

为研究煤尘层最低着火温度随煤样变质程度、煤尘粒径及煤尘层厚度的变化规律,采用煤尘层最低着火温度测定系统进行实验研究,结果表明:随着煤样由褐煤到无烟煤变质程度逐渐增大,煤尘层最低着火温度由290℃上升到400℃以上,同时,褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤煤尘层着火时观察到明显的火焰。随着煤尘粒径不断减小,不同煤质的煤尘层最低着火温度明显减小,煤尘层厚度为15mm时,随着煤尘粒径由0.5mm减小至0.075mm,不同煤质煤尘层最低着火温度分别减小了31.0%、26.7%、28.1%、25.8%、28.6%、27.8%、18.9%和15.0%,煤尘粒径影响作用十分显著。随着煤尘层厚度的增大,不同煤质在不同粒径下的煤尘层最低着火温度都减小,其中无烟煤的变化最不明显。

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。

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。

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。

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.

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。

基于伯努利效应在煤尘检测通道的实现研究

依据流体力学中的伯努利效应,优化现有装置,从而设计了具有效应段的煤尘浓度检测通道装置。采用CFD软件,在Gambit2.4中建立改进装置模型,在Fluent6.3设定计算求解参数,通过对仿真结果的云图分析、数值分析以及不同管道的粒子参数对比分析,得出了伯努利效应在改进装置中的有效性。经过与项目组之前研究的文丘里效应管进行速度对比以及归一化处理,其平均速度提高了9.2%。对于后续设计煤尘浓度检测结构具有一定的参考意义。

综采工作面煤层注水降尘试验研究

为降低综采工作面空气粉尘浓度,减小粉尘对矿工及设备的危害,在西山煤田3号煤层开展煤层注水试验。通过测量固定测点粉尘的质量浓度及分散度,分析煤层注水的效果及其对综采工作面粉尘浓度和粒径分布的影响。结果表明:试验煤层单孔设计注水量440 m^3条件下,煤层内在水含量平均增加1.02%,外在水含量平均增加了2.21%;注水后煤尘粒径分布范围变窄,平均粒径减小,整个工作面空气中全尘浓度平均降低28%,呼尘浓度平均降低32%。

综掘工作面粉尘在煤巷中的运动规律研究

随着采煤机械化水平的不断提高,井下工作面的粉尘产生量也越来越多,粉尘的污染问题日益突出,造成井下工作面环境的严重污染,直接危及工作人员的身体健康,可燃可爆煤尘的存在给矿井安全生产带来巨大威胁。以煤尘粒径分布函数以及重力、空气浮力和阻力对煤尘的综合作用等研究方法,并以粉尘固体颗粒的物性及粉尘颗粒的受力分析为研究对象,分析固体颗粒在巷道中的运动规律,分析得出粉尘粒径分布规律以及粉尘在煤巷中的运动规律,为超声雾化以及气幕控尘技术提供了重要的理论基础。

煤炭企业储煤场扬尘污染机理及影响因素研究

本文以华东地区某矿储煤场扬尘污染为工程背景,通过分析储煤场扬尘运行机理,计算得出煤场扬尘起尘量主要取决于环境风速、煤尘粒径、煤的表面湿度等因素,为提出合理有效的预防措施、有效控制储煤场扬尘污染提供了理论基础。

煤尘云最低引燃温度实验研究

利用HY16429粉尘云引燃温度实验装置,测定不同煤种不同粒径煤尘云的最低引燃温度,研究挥发分和煤尘粒径2种因素对煤尘云最低引燃温度的综合影响。结果表明,同一煤种煤尘云最低引燃温度随粒径的减小而降低;当煤尘粒径≥250μm时煤尘云出现火星的温度受挥发分含量的影响较小,且不同煤种出现火星的最低温度相近;煤尘粒径较小时煤尘云最低引燃温度随挥发分含量的增大而降低。

复配型表面活性剂对煤尘润湿效果的优选研究

为研究复配型表面活性剂对不同粒径煤尘的润湿效能,对红庆河煤矿3-1煤层3个不同粒径的煤尘样品进行沉降试验研究。通过单体沉降试验优选表面活性剂发现,阴离子表面活性剂对煤尘的润湿能力优于非离子和两性离子表面活性剂。再对优选出的4种表面活性剂进行复配沉降试验,发现添加阴离子表面活性剂的0.04%快渗T溶液对煤尘的润湿效果是添加两性离子和非离子表面活性剂的1.7和1.3倍;对于0.06%快渗T溶液,不同种类表面活性剂复配液的润湿性变化较小;添加两性离子表面活性剂与0.04%和0.08%快渗T溶液复配,极大地提升了快渗T溶液对小粒径煤尘的润湿效能,其复配比分别为2∶1,3∶1时,煤尘润湿性最好。

基于静电感应的煤尘浓度测量管道寻优研究

针对小粒径煤尘因电荷量微弱导致其浓度测量准确度较低的问题,选取康达效应管道内效应体不同管径比所对应的煤尘颗粒运动速度以及静电感应量进行研究,从而进行管径比的寻优。利用Gambit2.4建立模型,用Fluent6.3进行模型仿真,将煤尘粒径设定为1μm,通过煤尘速度云图获得不同管径比下的速度值,在MATLAB中计算获取煤尘相应的静电感应量。结果表明:改进装置的管径长度L取20cm,当效应体的管径比(d/D)为0.6,即测量管道的效应体最大处d取3.6cm和管道直径D取6cm时,煤尘的静电感应量最大,因而管径比0.6时为最优。