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高硫金属矿井产生的硫化矿尘容易堆积在巷道表面和飘浮在空气中,分别形成硫化矿尘层和硫化矿尘云。硫化矿尘(矿尘层、矿尘云)在井下高温环境易发生自燃或爆炸,由此引发的井下火灾造成人员和设备的巨大损失。为进一步研究硫化矿尘爆炸特性,以及硫化矿尘爆炸猛烈度参数(最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率)和爆炸敏感度参数(最小点火能、最低着火温度)随影响因素的变化规律,为含硫金属矿山预防硫化矿尘爆炸提供依据,本文在粉尘爆炸理论和前人研究基础上,进行硫化矿尘爆炸强度实验、最小点火能实验、最低着火温度实验,使用COMSOL Multiphysics软件对硫化矿尘喷入20L爆炸球做温度场和气固两相流场耦合分析。具体研究内容如下:(1)在20L爆炸球中对不同含硫量、不同粒径硫化矿尘进行爆炸强度实验,得出A、B、C三类硫化矿尘均可发生爆炸,而D类硫化矿尘不发生爆炸;A、B、C三类硫化矿尘最大爆炸压力分别为0.33MPa、0.24MPa、0.16MPa;最大爆炸压力上升速率分别为32.12MPa/s、28.34MPa/s、15.59MPa/s;由此可见,含硫量对硫化矿尘爆炸猛烈度参数具有显著影响;理论上硫化矿尘最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率与比表面积成正比、与粒径和分散度成反比,随质量浓度增加呈先增大后减小规律;然而,随着质量浓度的增加,细颗粒粉尘易发生团聚现象,使硫化矿尘粒径、比表面积和分散度发生改变,进而影响了硫化矿尘爆炸猛烈度参数的变化规律:通常含硫量、粒径、比表面积、分散度和质量浓度共同影响硫化矿尘爆炸特性;拟合结果表明:硫化矿尘持续燃烧时间随质量浓度变化规律满足Sine Damp方程;(2)以化学点火头在20L爆炸球中对各组硫化矿尘进行最小点火能实验,得出各组硫化矿尘最小点火能为:A500组3~4kJ、B500组6~8kJ、C500组>12kJ;A300组2~3kJ、B300组4~6kJ、C300组>12kJ;A200组2~3kJ、B200组6~8kJ、C200组>12kJ;用Logistic模型分析得出硫化矿尘在不同点火概率下的最小点火能,获得比其余计算方法更为准确的结果;硫化矿尘云含硫量愈高,点火时受热生成的气相单质硫就愈多,由硫燃烧释放的热量愈充足,硫化矿尘着火需要由点火头提供的能量越少,即最小点火能越小;(3)分别用热板和G-G炉进行硫化矿尘层和硫化矿尘云最低着火温度实验,结果表明:硫化矿尘层最低着火温度为430℃;硫化矿尘云最低着火温度为386℃;分析表明:各因素对硫化矿尘云最低着火温度的影响顺序为含硫量>粒径>质量浓度>喷粉压力;硫化矿尘云含硫量越高、质量浓度越小、喷粉压力越小,最低着火温度越低;在某粒径条件下,存在硫化矿尘云最低着火温度最大值;(4)运用COMSOL Multiphysics软件对硫化矿尘喷入20L爆炸球过程做温度场和气固两相流场耦合分析,得出硫化矿尘喷入20L爆炸球60ms时间内速度分布图和粒子运动轨迹图与实际相符,因此,硫化矿尘爆炸强度实验时合理的点火延迟时间为60ms,硫化矿尘在20L爆炸球中运动规律主要受气固两相流场控制。