水平管道内甲烷—煤尘复合爆炸压力研究

【摘要】：随着我国城镇化速度的加快，人们对煤炭的需求与消耗也与日俱增，煤炭开采量增加。虽然国家对煤矿加强了监督管理，增大了科技投入，但时有发生的重特大煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故让人触目惊心，给人们造成了巨大身心伤害，给国家造成巨大经济损失。由于煤矿巷道瓦斯和煤尘是共存的，所以本文利用长0.7m、直径140mm的密闭水平管道，对甲烷和煤尘混合爆炸产生的压力和压力上升速率进行了详细的试验研究，从而为煤矿瓦斯、煤尘爆炸防治提供理论基础。 利用本试验装置的试验结果表明： （1）在固定甲烷浓度的条件下，最大爆炸压力值均随着煤尘浓度的增加先增大后减小，存在一个峰值点，不同的甲烷浓度所对应的产生此峰值点的煤尘浓度不同。最大压力上升速率也出现了与最大爆炸压力相同的规律；在煤尘浓度固定的条件下，复合爆炸最大爆炸压力值随甲烷浓度的增加先增大，后减小，出现峰值，峰值点对应的最危险的甲烷浓度均为5%。 （2）煤尘粒径对甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力和最大压力上升速率有明显影响。甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力值和最大压力上升速率值均随着煤尘粒径的减小而增大，煤尘粒径在43μm～125μm范围内增大趋势呈线性关系。 （3）点火延迟时间对甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力和最大压力上升速率有重要影响。点火延迟时间在50ms～120ms范围内，甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力值和最大压力上升速率值随着点火延迟时间的增加先增大后减小，存在峰值点。煤尘粒径不同，产生此峰值点的点火延迟时间不同。 （4）对实验数据进行拟合，通过拟合方程可知：在一定范围内，甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力（P_(max)）和最大压力上升速率（dP/dT）_(max)与煤尘浓度（C_1）、煤尘粒径（D）拟合方程分别满足二次函数关系、线性关系；甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力（P_(max)）与甲烷浓度（C_2）拟合方程满足三次函数关系。 （5）通过甲烷-煤尘复合爆炸试验研究得知，在本试验装置中甲烷-煤尘复合爆炸的最危险条件是：甲烷浓度5%、煤尘浓度400g/m~3、煤尘粒径43μm、点火延迟时间100ms，在此条件下，甲烷-煤尘复合爆炸最大爆炸压力值可达0.69MPa，最大压力上升速率值可达15.82MPa/s。 【关键词】：水平管道 甲烷 煤尘 最大爆炸压力 最大压力上升速率
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD712.7;TD714.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景和意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 瓦斯气体爆炸研究现状13-15
• 1.2.2 瓦斯-煤尘复合爆炸研究现状15-19
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法19-20
• 2 可燃气体、粉尘爆炸理论20-24
• 2.1 可燃气体的燃烧与爆炸理论20-22
• 2.2 可燃粉尘的燃烧与爆炸理论22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 甲烷-煤尘复合爆炸系统24-32
• 3.1 系统组成24-29
• 3.1.1 水平管道装置24-25
• 3.1.2 配气系统25-26
• 3.1.3 扬粉系统26-28
• 3.1.4 点火系统28
• 3.1.5 数据采集系统28-29
• 3.1.6 控制系统29
• 3.2 试验方法29-31
• 3.2.1 材料准备29-30
• 3.2.2 操作步骤30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 甲烷-煤尘复合爆炸实验研究32-52
• 4.1 空载试验32-33
• 4.2 甲烷-煤尘配比浓度对复合爆炸的影响33-41
• 4.2.1 甲烷-煤尘配比浓度对复合爆炸最大爆炸压力的影响34-39
• 4.2.2 甲烷-煤尘配比浓度对复合爆炸最大压力上升速率的影响39-41
• 4.3 煤尘粒径对复合爆炸的影响41-46
• 4.3.1 煤尘粒径对复合爆炸最大爆炸压力的影响42-44
• 4.3.2 煤尘粒径对复合爆炸最大压力上升速率的影响44-46
• 4.4 点火延迟时间对复合爆炸的影响46-48
• 4.4.1 点火延迟时间对复合爆炸最大爆炸压力的影响46-47
• 4.4.2 点火延迟时间对复合爆炸最大压力上升速率的影响47-48
• 4.5 甲烷-煤尘复合爆炸与纯甲烷爆炸对比研究48-51
• 4.5.1 复合爆炸与纯甲烷爆炸压力对比研究49-50
• 4.5.2 复合爆炸与纯甲烷爆炸压力上升速率对比研究50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 总结与展望52-55
• 5.1 本论文的主要结论52-53
• 5.2 论文创新点53
• 5.3 课题研究展望53-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士期间发表的论文情况59-60
• 致谢60

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