密闭管道内障碍物对瓦斯爆炸压力的影响

为系统研究障碍物对瓦斯爆炸压力的影响规律,利用水平管道式气体爆炸试验系统,在水平爆炸管中放置障碍物条件下对瓦斯爆炸压力进行试验研究。通过改变内置障碍物的形状、阻塞率及间距,研究这些参数的改变对瓦斯爆炸压力的影响。结果表明:条形障碍物作用下瓦斯的爆炸压力最大,其次为弓形,圆环型障碍物对瓦斯爆炸压力的影响最小;随着障碍物阻塞率的增大,瓦斯爆炸压力依次递增;瓦斯爆炸压力随障碍物间距的增大缓慢递增,与障碍物形状、阻塞率相比,障碍物间距对瓦斯爆炸压力的影响最小。不同障碍物下瓦斯爆炸压力均随着管道长径比的增加先减小后增大,在长径比为64处爆炸压力增长幅度最大。

受限空间初始压力对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为了探求不同初始压力下瓦斯爆炸的动力学特性,采用详细的瓦斯爆炸链式反应机理(包括53种组分,325个反应),利用软件CHEMKINⅢ,对其中的SENKIN子程序包进行修改,通过数值计算和模拟,得出了在受限空间中不同初始压力对瓦斯爆炸动力学特性的影响。对不同初始压力条件下瓦斯爆炸压力和温度的变化趋势,反应物摩尔分数的变化趋势,致灾性气体的生成及变化趋势做了详细的模拟和分析。计算结果表明:初始压力对瓦斯爆炸温度影响较少,对爆炸压力影响较大;初始压力越大,瓦斯爆炸的引爆时间越短,爆炸强度越大,链式反应中自由基的摩尔分数就越小,所产生的CO摩尔分数越少,而所产生的CO2、NO和NO2摩尔分数就会越多。

煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH4,CO,C2H4,C2H6,C2H2等,其中CH4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C2H4和C2H6,随后逐渐产生C3H8气体,C2H4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C2H2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。

CO对瓦斯爆炸反应影响机理研究

目前针对瓦斯爆炸的研究大多以CH_(4)与空气混合气体为研究对象,而煤矿瓦斯爆炸并非单独的CH_(4)爆炸,往往存在CO等组分,对瓦斯爆炸产生一定影响。为揭示CO对瓦斯爆炸反应的影响机理,在20 L球形爆炸罐中测试了9.5%CH_(4)与0~4%CO混合气体的爆炸压力,结果表明:随着CO浓度增大,混合气体最大爆炸压力呈先增大后减小趋势,CO体积分数为2%时最大,为624.9 kPa。在Chemkin-Pro数值模拟软件中,采用GRI-mech 3.0机理,从化学动力学角度对CO,CH_(4)与空气混合气体爆炸反应进行了温度敏感性和关键自由基分析,得出CO对瓦斯爆炸反应的影响机理:在9.5%CH_(4)中添加少量CO可使爆炸反应体系中燃料浓度接近实际化学计量值,此时CO对瓦斯爆炸反应的促进作用占主导地位,宏观上体现为最大爆炸压力随CO浓度增大而增大;随着CO浓度继续增大,爆炸反应体系出现贫氧状态,阻碍温度升高的98,120号基元反应得到促进,促进温度升高的57,170号基元反应被抑制,宏观上体现为随着CO浓度增大,爆炸反应体系温度降低,最大爆炸压力减小;CO对自由基峰值物质的量浓度出现时间起延迟作用,添加CO后爆炸反应的点火延迟时间增大,从而降低了爆炸反应速率。