基于20L球形爆炸装置的甲烷对煤尘爆炸影响实验研究

【摘要】：煤矿瓦斯爆炸事故频发一直困扰我国安监系统和各级政府，虽然近几年全国煤炭行业矿井瓦斯爆炸事故有所下降，但在局部地区、局部矿区，情况仍然不容乐观。比如在矿井集中区、西部欠发达贫困地区，这一问题依然严重。为应对煤矿瓦斯爆炸，国家投入了大量的财力、物力，建立了完备的安全生产法律法规体系，组织安全工程师队伍，并不断加大安全技术研究投入，从法律、管理、技术多方面采取措施予以解决。 论文利用实验室自行研制的20L球形爆炸装置，从甲烷浓度、煤尘浓度、煤尘粒径三个因素对煤尘爆炸特性的影响入手，研究了纯煤尘爆炸特性、甲烷对煤尘爆炸压力及下限的影响，得到以下结果。 （1）对200g/m~3~800g/m~3纯煤尘爆炸进行实验研究，结果表明，随着煤尘浓度增加，爆炸压力先升高后降低，煤尘粒径45μｍ以下、45～48μｍ、54～61μｍ、61～75μｍ，都在600g/m~3时有最大的爆炸压力值。并且随着粒径的增大，煤尘最大爆炸压力依次减小。 （2）对100g/m~3及以下浓度的纯煤尘爆炸实验表明，随着浓度的增加，煤尘的爆炸压力值是递增的。而随着粒径的增大，煤尘的爆炸压力值却是递减的。 （3）对100g/m~3及以下浓度的煤尘甲烷爆炸实验表明，加入甲烷后，一方面提高了煤粉爆炸威力，另一方面降低了爆炸下限。纯煤尘情况下，45μｍ以下的煤尘粒径，爆炸下限为60g/m~3，而加入甲烷后，1%、3%、5%甲烷对应的下限值却变化为45g/m~3、37g/m~3、30g/m~3。 （4）对甲烷浓度3%、不同煤尘粒径的气粉混合爆炸实验结果显示，在近下限浓度范围，粒径对爆炸压力和爆炸下限有两方面的影响：一是甲烷煤尘混合爆炸要比纯煤尘爆炸威力大，最大爆炸压力由无甲烷时的0.2007MPa上升到含甲烷时的0.2501MPa；二是随着粒径降低，爆炸强度不断增大，爆炸下限不断上升。 （5）甲烷浓度1%~5%、煤尘浓度100g/m~3以下、四种煤尘粒径这三类因素都变化的情况下，在任何两个因素一定的情况下，其中之一都对爆炸压力和爆炸下限存在规律性的影响，这类规律同高浓度煤尘，或者低挥发分煤粉条件下的结论一致，并测得不同甲烷浓度和不同煤尘粒径对应的爆炸下限。 【关键词】：瓦斯爆炸 20L球形 甲烷 煤尘
【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】：TD714.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 选题依据及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.3 本课题的研究工作16-17
• 2 气体、粉尘爆炸理论分析17-25
• 2.1 气体、粉尘点火理论17-19
• 2.2 气体、粉尘爆炸过程分析19-21
• 2.3 气体爆炸极限分析及计算21-23
• 2.4 粉尘爆炸极限分析23-25
• 3 实验系统25-34
• 3.1 实验设计遵循的原则25
• 3.2 方案设计25-27
• 3.2.1 设计实验方案25-26
• 3.2.2 方案合理性评价26-27
• 3.3 实验装置27-32
• 3.4 验证试验32-34
• 4 实验及结果分析34-55
• 4.1 实验效果预判断34-37
• 4.2 纯甲烷爆炸强度实验37-38
• 4.3 纯煤尘爆炸强度实验38-42
• 4.4 甲烷煤尘混合爆炸实验42-48
• 4.4.1 煤尘粒径 45μｍ以下条件下甲烷煤尘混合爆炸试验43-45
• 4.4.2 甲烷浓度 3%条件下甲烷煤尘混合爆炸试验45-46
• 4.4.3 变甲烷浓度、变煤尘粒径条件下的混合爆炸实验46-48
• 4.5 甲烷煤尘混合爆炸实验结果分析48-55
• 4.5.1 影响因素分析48-50
• 4.5.2 数据分析50-55
• 5 结论与不足55-58
• 5.1 本实验的结论55-56
• 5.2 局限性和不足之处56-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果63-64
• 致谢64

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