瓦斯煤塵爆炸氣/固態產物特徵分析及套用基礎研究

《瓦斯煤塵爆炸氣/固態產物特徵分析及套用基礎研究》是依託中國礦業大學，由劉貞堂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：瓦斯煤塵爆炸氣/固態產物特徵分析及套用基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉貞堂
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

瓦斯煤塵爆炸災害嚴重影響我國煤礦的安全和高效生產，同時造成了巨大的經濟損失和人員傷亡。現有的對瓦斯煤塵爆炸災害事故特徵參數的研究，主要集中在瓦斯爆炸參數、傳播及影響因素，對瓦斯煤塵爆炸後氣固體殘留物的成份及變化規律研究較少，不能滿足瓦斯煤塵爆炸事故調查分析的要求。本項目通過實驗測試並分析不同瓦斯濃度、不同煤質、不同煤塵濃度等瓦斯煤塵混合爆炸過程中主要特徵參數的相互影響及關聯效應，提取爆炸後氣態和固態殘留物，分析研究氣、固態殘留物的成份特徵和變化規律及與爆炸特徵參數之間的關係；分析氣、固體殘留物的產生機制，為深入研究瓦斯煤塵爆炸事故演化過程及瓦斯煤塵爆炸事故調查物證分析技術提供基礎理論依據；這對於進一步揭示瓦斯、煤塵爆炸的細觀機理、預防瓦斯煤塵爆炸事故發生具有深遠的理論意義和套用價值。

結題摘要

瓦斯煤塵爆炸事故影響礦井安全生產，目前對瓦斯煤塵爆炸災害事故特徵參數的研究不能滿足瓦斯煤塵爆炸事故調查分析的要求。通過建立瓦斯煤塵爆炸實驗系統，研究了不同條件下瓦斯、瓦斯煤塵、煤塵爆炸特性參數的特徵及其耦合效應，採用氣相色譜儀，掃描電鏡，FT-IR儀及工業分析儀等分析了爆炸氣、固殘留物的特徵規律及爆炸特性參數與爆炸殘留物之間的關聯效應，揭示了爆炸氣、固殘留物產生的機制。研究結果為進一步揭示瓦斯煤塵爆炸事故演化過程及事故物證分析技術提供重要的數據支撐和理論基礎。主要研究成果如下： （1）設計並建立完善了現有的瓦斯煤塵爆炸實驗系統（20升球形爆炸裝置、水平管道爆炸系統），增設噴（氣）粉裝置、可調控點火系統、高精度、高採樣率的動態數據分析系統及氣、固殘留物收集系統。對實驗系統進行了標定，並制定了瓦斯、瓦斯煤塵、煤塵爆炸的實驗方案。 （2）研究發現了瓦斯、煤塵、瓦斯煤塵爆炸特性參數（爆炸壓力，火焰傳播速度及火焰溫度）隨測點長徑比的變化規律，得出了瓦斯濃度與爆炸特徵參數的關係；發現了爆炸最大壓力及爆炸最大壓力上升速率與煤塵濃度，煤塵粒徑及點火能量之間的規律。近400組大管狀煤塵爆炸性測試結果表明：揮發分與火焰長度近似呈指數函式關係，火焰長度與抑制煤塵爆炸最低岩粉量近似呈對數函式關係。對管道瓦斯爆炸模擬結果表明，火焰向前傳播時火焰逐漸呈現“凹”形，出現Tulip火焰形狀；在巷道拐彎處，爆炸壓力存在負值，然後出現第二次的峰值。 （3）運用氣相色譜儀對瓦斯、煤塵爆炸氣態殘留物成分進行了分析檢測，得出了不同濃度瓦斯、煤塵爆炸後殘留氣體的成分特徵及變化規律，發現了煤塵爆炸後都會產生C2H4、C2H6和C3H8等氣體；通過水平管道爆炸系統得出了瓦斯煤塵爆炸氣態殘留物成分的體積分數沿水平管道的時空分布規律。 （4）採用工業分析、掃描電鏡和傅立葉變換紅外光譜儀等分析了煤塵爆炸固態殘留物的特徵。煤塵爆炸的最大爆炸壓力、最大壓力上升速率等越大，煤塵爆炸固態殘留物的灰分含量越高，揮發分含量越低；與原煤相比，殘留物中灰分增加，揮發分減少；得出了固態殘留物的微觀結構特徵和表面元素的分布規律；發現了原煤樣和爆炸後固態殘留物中化學結構的特徵峰強度存在明顯差異。 （5）煤塵爆炸過程中顆粒的蒸發、冷凝、融合、膨脹及破碎等作用產生了殘球形、類原煤形和近似球形的固態殘留物；煤塵熱解過程析出的揮發分產物越多，爆炸反