氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限影响的实验研究

为研究矿井瓦斯中含有的氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限的影响,建立了多组分瓦斯混合气体爆炸实验系统.运用该实验系统对分别混有氢气、异丁烷和正己烷的甲烷气体的爆炸下限进行了测定.实验结果表明:强点火源条件下,当混有氢气的体积分数达到1.5%时,甲烷的爆炸下限可以降到1%;当异丁烷和正己烷的体积分数约为0.25%时,甲烷的爆炸下限可降到2%左右.图8,表5,参10.     

超细Al(OH)3粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

粉体材料能够有效地抑制矿井瓦斯爆炸,其粒径越小,抑爆作用越明显,但对于不同浓度的甲烷和空气混合气体而言,粉体材料抑制爆炸的效果不同.文中采用20 L球形不锈钢爆炸罐试验系统,考察粒径1.3μm超细Al(OH)3粉体对不同浓度的甲烷和空气混合气体的抑爆效果.实验结果表明,超细Al(OH)3粉体对抑制甲烷爆炸有效果,对于不同甲烷浓度的甲烷-空气混合气体,可使其最大爆炸压力平均降低11.08%,最大压力上升速率平均降低66.15%,到达最大爆炸压力的时间平均降低57.53%.研究结果对于超细粉体应用于矿井瓦斯爆炸的控制具有一定的指导意义.     

甲烷浓度和煤粉粒径对混合爆炸火焰传播速度的影响

为评价瓦斯空气煤粉混合爆炸危险性大小,探究爆炸机理,方便相关事故原因分析,利用水平透明玻璃式爆炸管道,探究了甲烷浓度、煤粉粒径对复合爆炸中火焰传播速度的影响。实验结果表明:随着甲烷浓度的增大,火焰传播速度先增大后减小,在接近爆炸上限浓度和爆炸下限浓度时达到最大值;随着煤粉粒径的增大,火焰传播速度逐渐变小,最大火焰传播速度也变小,甲烷浓度为10%,煤粉粒径为30μm时火焰传播速度最大。     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

半封闭空间甲烷爆炸初期火焰传播时空分布研究

通过小尺度实验,研究了半封闭空间甲烷爆炸火焰前沿位置、传播速度随时间和空间的变化规律,以及甲烷浓度对其的影响。研究得出：在时间分布上,甲烷爆炸初期欠焰前沿位置和传播速度随时间近似呈指数型增长,传播速度存在波动性;甲烷浓度越大,火焰初始传播速度越大。在空间分布上,在火焰前沿达到管道长径比蓬～6之前,传播速度在20m/s以下,达到4～6处,速度开始明显增大;在管径相确的管道中,甲烷在化学当量比附近由燃烧达到爆炸的距离最短;当甲烷浓度向大小两个方向变化时,由燃烧达到爆炸的距离逐渐增大。     

基于定容燃烧弹的不同初始压力甲烷爆炸特性研究

在工业生产现场中存在各种储罐,特别是在天然气柱罐区,天然气爆炸冲击波产生抛射物碎片形成多米诺骨牌效应。本文利用定容燃烧弹爆炸实验装置,通过设置不同初始压力、甲烷浓度条件,对不同初始压力下不同浓度甲烷爆炸特性进行了实验研究,结果表明初始压力增大,使甲烷-空气混合气的最大爆炸压力增大,爆炸危险性增加,初始压力对低浓度甲烷爆炸的最大压力影响最大;当量比浓度与爆炸下限之间的混合气体在初始压力增加时的正反馈效应,使当量比浓度与爆炸下限之间混合气体最大爆炸压力的增幅较当量比浓度与爆炸上限之间的增幅大,即当量比浓度与爆炸下限之间的混合气体较当量比浓度与爆炸上限之间的混合气体对初始压力更敏感。分析初始压力对甲烷爆炸传播的影响,对降低罐区甲烷爆炸事故的严重程度具有指导意义。     

管道内瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究

为了系统研究可燃气体、可燃粉尘的爆炸特性,研制了一套由水平燃烧爆炸管道、配气系统、点火系统和爆炸压力测试系统组成的水平管道式气体-粉尘爆炸实验系统.利用该系统进行了瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究.结果发现二次爆炸的爆炸压力随煤粉尘浓度的增大呈现出先增大后减小的变化规律,最大爆炸压力出现在煤粉尘浓度为200g/m3附近;随着煤粉尘粒径的增大,二次爆炸的爆炸压力则是线性递减的,该研究结果对煤矿安全生产有重要的指导意义.     

煤尘影响瓦斯爆炸冲击波的实验研究

为了探究煤尘对瓦斯爆炸冲击波的影响,利用瓦斯-煤尘爆炸实验系统,通过甲烷、空气混合爆炸和煤尘、甲烷、空气混合爆炸实验,得出爆炸超压在爆炸管道中冲击波的传播规律。将爆炸规律和煤样的组分数据对比分析,得出煤尘对瓦斯爆炸的冲击波的影响规律。研究发现:有煤尘参与时,气样爆炸超压增大,在管道中都是先增大后减小,煤尘的参与可以改变瓦斯爆炸的上下限。煤样组分对比表明,挥发分大的煤粉更容易产生更大的爆炸超压。     

蒙脱石粉体对瓦斯爆炸特性参数的影响研究

选用天然矿物粉体蒙脱石作为抑爆材料,通过20 L球形爆炸装置和自主设计的5 L管道实验系统,测试了蒙脱石粉体及其浓度对甲烷-空气预混气体的爆炸压力、火焰传播速度等特性参数的影响.结果表明:蒙脱石粉体对甲烷爆炸具有一定的抑制作用,甲烷-空气预混气体的最大爆炸压力和爆炸火焰传播的平均速度随着粉体浓度的增加呈现先降低后上升的趋势.其中,当粉体浓度为0.16 g/L时,爆炸压力下降至最低,比未添加粉体时下降了29.2%;当粉体浓度为0.20 g/L时,火焰传播平均速度最小.此外,结合蒙脱石粉体的元素组成及热解特性分析其瓦斯抑爆机理.      

甲磺草胺粉尘燃爆特性实验研究

为预防和减缓甲磺草胺粉尘爆炸事故,利用热重分析-差示扫描量热法(TG-DSC)研究了粉尘爆炸机制,采用20 L球形爆炸装置和Godbert-Greenwald加热炉系统研究不同质量浓度下甲磺草胺粉尘的最大爆炸压力、爆炸指数和最低着火温度。实验结果表明:甲磺草胺粉尘的最大爆炸压力随着质量浓度的增加先增大后减小,最低着火温度随着质量浓度的增加先减小后增大。甲磺草胺粉尘的最大爆炸压力为0.80 MPa,爆炸指数为18.2 MPa·m/s,最低着火温度为770℃。     

天然气中SF_6等多种氟化物气体示踪剂的气相色谱检测

为了监测气驱油藏中的气体示踪剂,利用GC/ECD建立了一种分析天然气中多种氟化物气体示踪剂的方法。该方法选用GDX-104色谱柱,排除了样品中空气峰对检测的干扰,通过正交试验优化最低灵敏度组分的检测条件,并以此作为同时检测天然气或空气中多种气体示踪剂(SF_6、CF_2Br_2和C_4F_8)的条件,其中SF6、CF_2Br_2和C_4F_8的检出限分别为1×10~(-6)、1×10~(-5)和1×10~(-3)μg/L,重复进样7次的相对标准偏差不大于7%。通过对中原油田天然气驱油藏的气体示踪剂的监测,得到了示踪剂的产出曲线,弄清了该区块的非均质性和注采井的连通关系。该检测方法快速、简便,所需样品量少,可实现多种示踪剂同时检测,不仅适用于天然气中微量气体示踪检测,而且适用于大气环流的微量气体示踪检测。     

原油裂解气和干酪根裂解气的判识

中国中西部的叠合盆地中,下古生界海相烃源岩已达高过成熟阶段,但却发现大量与之有关的原油裂解气.因此,如何区分原油裂解气和干酪根裂解气,成了一个亟需解决的问题.从天然气组分和轻烃组分切入,应用ln(C2/C3)-ln(C1/C2)判识模式及δ13C2-δ13C3与ln(C2/C3)判识模式认为四川盆地川东地区石炭系气藏为原油裂解气,而塔里木盆地轮南断垒和中部斜坡的气藏为干酪根裂解气.根据对典型干酪根和原油裂解气的分析,结合热模拟分析结果,提出了3项轻烃判识原油裂解气和干酪根裂解气界限值指标.     

低渗气藏中气体非线性渗流的特征分析

为了对低渗气藏中气体渗流特征有一个清楚和较为准确的认识,采用实验研究的方法,分析了低渗透储层中气体渗流特征。结果表明:在低渗透储层中,气体渗流表现出明显的非线性渗流特征,并且受多种因素影响;有效应力的增加,会导致岩石渗透率降低,气体在地层中渗流越困难;启动压力梯度增大,气体非线性渗流愈明显;滑脱作用越强,越有利于气体的渗流,提高气藏的产能;相同的压力梯度下含水率越高,渗流速度就越低,储层岩石的初始气测渗透率越低。该成果对天然气开采工程具有一定的参考价值和指导意义。     

致密砂岩气含量试验测试技术

为了准确对致密砂岩气储层参数有更加全面透彻的认识,采用非常规天然气的气含量解吸法和等温吸附试验对致密砂岩气储层参数进行测试分析,测得鄂尔多斯盆地东北部致密砂岩气井气含量参数值与等温吸附常数.同时,研究了砂岩气储层特征和砂岩气含量试验测试技术方法.结果表明:鄂尔多斯东北部致密砂岩气井所采平均气含量为9.94 cm3/g;根据致密砂岩气储层的等温吸附常数与储层压力得出砂岩含气饱和度为57.8％,临界解吸压力为7.26 MPa.作为现阶段测试砂岩气参数指标的主要手段和方法,砂岩气储层气含量实验测试和等温吸附特征得出的砂岩气参数为勘探区砂岩气资源评价提供了比较基础数据,对砂岩气勘探开发有重要的指导意义.     

煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应

 气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应对其影响显著,且随着暴露时间增长和距煤壁距离增大,其差别更为明显。滑脱因子的变化将直接影响煤层内部气体压力的分布,随着滑脱因子的增大,气体压力减小,滑脱越明显。与不考虑滑脱效应(Darcy 解)瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布曲线更接近实测数据,表明在研究煤层渗流过程中须考虑滑脱效应。     

低渗气藏单相气体渗流特征分析

目前对低渗气藏单相气体渗流规律已有初步认识,但在渗流特征方面大多仅限于定性描述,认为渗流曲线由低压力平方梯度下的上凸曲线段和较高压力梯度下的拟线性段组成,存在拟初始流速、临界压力平方梯度和临界渗流速度,未进行定量描述.利用苏里格低渗气田岩心,通过大量室内气体渗流实验,分析了渗透率对渗流曲线的影响,并得出了拟初始流速、临界压力平方梯度与岩心物性参数之间的函数关系.结果表明:拟初始流速与岩心系数呈线性关系,临界压力平方梯度与岩心系数呈负幂函数关系;最终给出分段描述低渗气藏单相气体渗流曲线的方程组.研究结果为更好认识低渗气藏渗流规律提供了理论依据.     

不同瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出模拟实验

为探讨瓦斯压力在煤与瓦斯突出过程中的作用机制,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台和同一种煤样,在煤样成型压力、煤样含水率、受力状况等参数均恒定的情况下,分别进行了5种不同瓦斯压力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验。结果表明,煤与瓦斯突出可形成口小腹大的呈梨形或椭圆形的突出孔洞,且突出孔洞容积仅为突出煤体积的1/2～2/3;在瓦斯压力方面存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阀值,高于此阀值时,瓦斯压力愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎和抛出作用;煤样温度呈先升高后降低并连续变化的趋势,利用温度变化梯度可进行煤与瓦斯突出预测预报。     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。     

金属氧化物气敏传感器

根据检测气体的种类、组成成分和工作原理对气体传感器进行了分类,并详细介绍了金属氧化物的气敏机理和纳米技术对材料气敏性能的影响;着重从物理方法和化学方法两个方面介绍金属氧化物纳米颗粒的合成;探讨了气体传感器的发展方向.