【摘 要】
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煤尘/瓦斯复合爆炸是煤矿爆炸灾害事故的主要形式之一,纵使事故最终被认定为煤尘爆炸或瓦斯爆炸,其爆炸过程也多由瓦斯和煤尘共同参与。因此,开展煤尘/瓦斯复合爆炸特性研究工作对于防治煤矿爆炸灾害、保障煤矿安全生产具有重要意义。基于此,本文采用20 L球形爆炸容器对不同浓度配比下的煤尘/瓦斯复合爆炸最大爆炸压力、爆炸指数、爆炸下限等参数进行了测量,重点分析了上述参数的变化规律和规律形成机理,并建立了预测模
【基金项目】
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国家自然科学基金-青年科学基金项目,E041002
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煤尘/瓦斯复合爆炸是煤矿爆炸灾害事故的主要形式之一,纵使事故最终被认定为煤尘爆炸或瓦斯爆炸,其爆炸过程也多由瓦斯和煤尘共同参与。因此,开展煤尘/瓦斯复合爆炸特性研究工作对于防治煤矿爆炸灾害、保障煤矿安全生产具有重要意义。基于此,本文采用20 L球形爆炸容器对不同浓度配比下的煤尘/瓦斯复合爆炸最大爆炸压力、爆炸指数、爆炸下限等参数进行了测量,重点分析了上述参数的变化规律和规律形成机理,并建立了预测模型,主要内容如下:根据组分的不同,选取四种煤尘,在标准20 L球形爆炸容器中测量了不同浓度配比的煤尘/瓦斯复合体系最大爆炸压力和爆炸指数,结果表明:瓦斯可显著提升煤尘最大爆炸压力和爆炸指数,且相同瓦斯浓度作用下,爆炸指数的提升更为显著,即瓦斯对煤尘爆炸指数的影响更大。随着煤尘/瓦斯复合体系中瓦斯当量比的增大,复合体系最大爆炸压力呈线性增长,爆炸指数呈二次函数增长。但是,不同瓦斯浓度条件下,煤尘/瓦斯复合体系的最大爆炸压力和爆炸指数均低于单相瓦斯,而高于单相煤尘。根据上述规律,构建了煤尘/瓦斯复合体系最大爆炸压力和爆炸指数预测模型,且预测模型对本文选用的四种挥发分不同煤尘与瓦斯组成的复合体系均具有较好的适用性,相对误差较小。此外,在20 L球形爆炸容器内研究了相同初始条件下的四种煤尘/瓦斯复合体系爆炸下限变化规律,研究发现瓦斯的加入可导致煤尘爆炸下限的显著降低,且降低幅度受煤尘挥发分含量影响,挥发分含量越低,降幅越大。同时探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等复合爆炸下限预测模型对煤尘/瓦斯复合体系的适用性,其中Jiang模型预测值远远偏离实际测量值,Le Chatelier模型预测值高于实际测量值,且误差随瓦斯浓度的增大而增大;Bartknecht模型仅对低挥发分煤尘/瓦斯复合体系具有较好的适用性。最终通过关联最大爆炸压力、爆炸指数和粒径,建立了预测煤尘/瓦斯复合爆炸下限的新模型,且新模型预测精度较高,对四种煤尘/瓦斯复合体系均具有较好的适用性。本文共有图40幅,表8个,参考文献94篇。
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