纳米粉体对矿井瓦斯的抑爆作用

通过对传统抑爆剂抑制瓦斯爆炸的作用分析,自主改进形成了瓦斯抑爆实验系统,采用最大爆炸压力、压力上升平均速率等指标表征纳米粉体的抑爆性能.实验结果表明,同微米级粉体相比,纳米粉体的抑爆效果更好,甲烷最大爆炸压力、压力上升平均速率分别下降了70.5%和90%以上,爆炸压力峰值时间延长了3倍多.并在纳米粉体表面效应等基本理论的基础上,结合粉体热重分析,从物翟、化学抑制自由基作用及纳米粉体特殊的阻燃抑爆作用分析探讨了纳米粉体对矿井瓦斯的抑爆机理,提出了纳米抑爆粉体的性能表征参数.图5,表2,参12.     

感应式荷电细水雾对瓦斯爆炸传播速度的影响

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸火焰传播速度的抑制效果及抑爆机理,基于静电感应原理,设计荷电细水雾发生及其瓦斯抑爆装置,并开展一系列荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。分析在不同荷电极性、荷电电压及雾通量下,荷电细水雾对爆炸火焰传播速度的影响。研究结果表明:与普通细水雾相比,荷电细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾对火焰传播速度的抑制效果显著增强;同时荷负电荷的细水雾抑爆效果比荷正电荷的细水雾更好。当细水雾加载电压为8 k V时,火焰平均传播速度下降62.12%,火焰瞬时速度下降45.67%。     

丝网结构对连通容器抑爆效果的影响

为了考查多层丝网结构对连通容器内气体爆炸的抑制作用,以甲烷-空气混合物为研究对象,利用0.022m3和0.113m3 2个球形容器与一段2m长的管道构成的连通容器进行了一系列丝网结构的抑爆实验,对比分析了20,40,60目和1,3,5,7,9层等不同丝网结构对连通容器的抑爆效果,并通过理论分析和数据处理得到最佳的抑爆结构。结果表明,丝网结构对传爆容器中的爆炸强度的影响要大于起爆容器;当丝网层数较少时,目数对大、小球的爆炸压力影响较小,丝网结构对连通容器不但没有抑爆作用,反而有增加爆炸强度的作用;当丝网层数较多时,目数对大、小球的爆炸压力影响较大;当丝网目数相同时,层数越多,爆炸抑制效果越好。实验条件下,5层和7层分别是40目和60目丝网结构抑爆的临界层数;与5层40目丝网结构相比,7层60目的丝网抑爆效果更好。因此,在实际设计中,应根据其综合作用选择最佳的抑爆结构。     

瓦斯输送管道内抑爆过程数值模拟研究

基于流体动力学和燃烧理论,建立了管道直径为500mm的瓦斯爆炸数学模型,借助Fluent流体力学软件,采用有限速率燃烧模型,对管道内甲烷预混气体爆炸后被惰性气体熄灭的过程进行了数值模拟研究,考察了瓦斯被点燃后,喷入不同流量高压、低温二氧化碳气体后管道内的燃烧流场特性.结果表明,二氧化碳喷入量低于12kg/s不能使管内火焰熄灭;二氧化碳喷入量大于16kg/s时,能大大降低管道内混合气体温度,同时降低甲烷和氧气浓度,导致火焰在二氧化碳喷入口所在管道截面处熄灭.此过程中管内最大反应速率降低过程可分为3个阶段,其中2个快速降低阶段均符合幂律模型.二氧化碳喷入量在16~100kg/s时,火焰熄灭时间先迅速变短后变化缓慢;模拟结果与试验结果吻合较好.研究结果可为煤矿防爆抑爆研究工作提供理论依据和参考,同时对保障煤矿安全生产和人民生命安全也具有重要的现实意义.     

细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸实验

搭建小尺寸细水雾实验平台,用相应管道模拟矿井环境.在阐明煤尘与瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道混合物爆炸的有效性,并对其做定性定量的分析研究.研究发现:在细水雾作用下,煤尘与瓦斯的火焰传播速度会相应减小、所测火焰温度有所降低.当混合物爆炸的威力较大时,细水雾对其相关参数影响较弱,应适当增加压力,改变细水雾的物理化学抑制作用,增强灭火特性.实验结论:细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸的研究为煤矿抑爆装置的研制和安装提供了技术支撑.     

NaCl对细水雾雾特性影响的实验研究

利用LDV／APV实验系统对不同浓度NaCl溶液所形成细水雾的雾特性进行实验研究，得到不同类型细水雾在某一射流截面上的粒径分布和三维速度分布。研究表明，随着NaCl浓度的提高，在靠近射流轴线区域细水雾粒径有明显增加，而速度则显著下降。溶液浓度对细水雾动能分布的均匀性有影响。适当的添加剂配比浓度能够提高细水雾动能分布的均匀性。研究结果对评估添加剂和细水雾雾特性的影响程度有重要意义。     

粒度对吸附影响的量子化学研究

以CO在纳米金刚石表面的吸附为体系,以球形原子簇模拟球形纳米颗粒,用量子化学方法(AM1)研究了吸附剂粒度对吸附影响的规律。结果表明:纳米金刚石的粒径对CO在其表面的吸附影响很大;吸附能的绝对值随粒径的增大而减小,且随着粒径的增大吸附能绝对值减小的趋势逐渐趋于平缓,当粒径很大时,吸附能的绝对值趋于零;吸附能绝对值的对数与粒径成线形关系。这些结论与热力学分析和实验结果相一致,进而说明用量子化学方法来预测和分析纳米粒子的吸附是可行的。     

粒度对纳米硫酸钡溶度积影响的研究

首先就粒度对纳米硫酸钡的溶解度和溶度积影响进行了理论分析,分别推导出了溶解度和溶度积与粒度间的热力学关系式;然后测定了不同粒径的纳米硫酸钡的溶解度和溶度积;讨论了粒度对纳米硫酸钡溶解度和溶度积的影响规律。研究结果表明:粒度对硫酸钡的溶解度和溶度积有显著影响;粒度越小其溶解度和溶度积越大,并且纳米硫酸钡溶解度的对数和溶度积的对数均与其粒径的倒数呈线性关系;其实验结果与理论分析一致。     

细水雾粒径改变对电缆火灾的影响

综合管廊中电缆存在一定的火灾危险性,为研究高压细水雾对综合管廊的灭火效果,针对I型结构地下综合管廊,通过火灾数值模拟软件在综合管廊中开展不同粒径细水雾条件下灭火模拟。分析温度场、烟气流动以及能见度变化情况,对管廊内在相同火源功率下不同粒径细水雾灭火效能分析发现,选定的六种粒径细水雾中,200 μm细水雾具有快速降温效果,50 μm细水雾灭火效果最好,细水雾粒径越小对烟气层沉降的影响越显著。     

原料的粒度及粒度组成对造球的影响

各种铁矿粉和精矿的造球性能差异很大,适宜的工艺条件必须通过试验来确定,其中首先要确定的是,原料的粒度及粒度组成是否适于造球。实践证明,在一定的粒度范围内,就能满足造球的要求。粒度过粗则生球的落下强度及熟球的转鼓指数差,粒度太细则磨矿费用大,如果是湿磨,过滤困难,且随着精矿的变细球团干燥脱水慢,破裂温度低。造球物料的理想粒度范围,通常用比表面积(厘米2/克)来表示,粒度组成中大于28-35目(0.59-0.42毫米)的比例不能太大。当精矿的布莱恩氏比表面积为1500-1900厘米2/克时,造球性能十分良好,一般不需再磨。天然粉矿虽然原有较高的比表面积,但28-35目的比例最好小于5-10%,对于精矿,特别是磁铁矿精矿,粗粒级应更低,一般是不允许有这样的粗粒级。因此来厂原料,如果粒度不符合要求,还必须进行磨矿。例如日本加古川厂全部是进口铁矿和铁精矿,采取预先分级,干式闭路磨矿,要求-325目占60-80%,比表面积在1500-1900厘米2/克范围之内。当然也有许多球团厂运来的精矿本身就很细,因此不存在磨矿的问题。如美国的铁隧岩,在选矿时就已经细磨。     

细水雾室外环境降温效果的数值模拟

利用CFD 软件Fluent的Realizable k-ε模型和离散相模型对不同液滴粒径的细水雾室外环境降温效果进行数值模拟,模拟了夏季室外大空间环境中的细水雾弥散输运过程和传热传质特性,获得细水雾气液两相流动的流场、温度场和湿度场的分布情况,并对某工况的降温效果进行人体舒适度指数预报.模拟结果表明,小粒径液滴主要在射流的起始段和过渡段中蒸发,大粒径液滴在射流的核心区与回流区中蒸发;增大液滴直径后,细水雾的蒸发时间延长,细水雾降温效果增强,降温影响空间扩大.不同身高的人群均可以感觉到明显的降温作用;增大液滴直径后,细水雾增湿范围扩大,增湿幅度基本不变,不会造成局部环境相对湿度的明显增加;细水雾室外环境降温可以有效降低人体舒适度指数,有效改善室外环境质量.     

压力对细水雾抑制汽油池火影响数值模拟

利用火灾动力学仿真软件(FDS)软件模拟研究低、中、高3种压力下细水雾对汽油池火的抑制过程。对比分析细水雾压力为1、3和5 MPa时的火焰区域内温度变化、烟气中O2和CO体积分数变化、灭火时间以及灭火用水量等情况。结果表明:细水雾抑制池火的过程可分为3个阶段,分别是火焰初步抑制阶段、火焰增长阶段和火焰再次抑制阶段。增加细水雾的释放压力,可以明显降低火焰温度,有效抑制火焰的发展。综合考虑灭火时间和灭火用水量的影响,中压细水雾具有灭火迅速、节约用水的优点。     

反应物粒度对化学反应平衡常数的影响

在纳米颗粒化学反应热力学理论模型的基础上,以纳米氧化铜与硫酸氢钠溶液的反应体系为例,研究了纳米氧化铜颗粒的粒度对其化学反应平衡常数的影响规律。研究结果表明:在纳米氧化铜作为反应物的高分散多相反应体系中,平衡常数不仅是温度的函数,而且还与反应物(或产物)分散相的粒度有关;以纳米氧化铜颗粒为反应物,其粒度对化学反应平衡常数有很大影响,即随着反应物颗粒的粒度减小,化学反应的平衡常数增大;实验结果与理论分析的规律一致。     

粒度分布对赤铁矿浮选的影响

以赤铁矿为研究对象,通过浮选试验、扩展的DLVO(EDLVO)理论和凝聚动力学研究了粒度分布(粒径小于18μm的微细粒比例)对赤铁矿浮选的影响.浮选结果表明赤铁矿的浮选回收率与粒度的大小和分布有关,粗粒(粒径大于18μm)赤铁矿的粒度较大时或粒度分布均衡时(微细粒与粗粒含量接近)浮选回收率较高.EDLVO理论计算表明微细粒赤铁矿与粗粒赤铁矿之间存在吸引力,且吸引力的大小与粗粒粒度正相关;凝聚动力学分析表明粒度分布均衡时颗粒间的凝聚速率较大.这是粒度分布对赤铁矿的浮选回收率产生影响的主要原因.     

不同粉碎粒度对黄芪多糖提取率影响研究

采用温浸法研究不同粉碎粒度对黄芪多糖提取率的影响,实验结果表明:粉碎粒度80目时粗多糖提取率为16.29%,粗多糖纯度为61.67%;45目时提取率为9.90%,粗多糖纯度为53.33%;30目时提取率为5.76%,粗多糖纯度为48.40%,多糖提取率和粗多糖的纯度随着粉碎粒度的减小显著增大,这些数据为黄芪多糖开发提供了重要依据。     

煤体结构对矿井瓦斯灾害的影响研究

煤体结构的变化直接影响矿井瓦斯的赋存与运移规律,从而影响矿井瓦斯灾害的形式和灾害后果的严重程度.采用压汞法研究了韩城矿区煤体结构,并结合三轴渗透仪测试了煤层瓦斯渗透率及瓦斯吸附实验结果,研究了煤体结构对韩城矿区瓦斯危险性和灾害形式的影响,得出韩城矿区北区和南区3#煤层的差异及北区3#与11#两个不同煤层结构不同,导致煤层瓦斯渗透率、瓦斯吸附能力不同,因而瓦斯涌出规律、瓦斯灾害形式不同,为该矿区矿井瓦斯灾害的防治提供理论依据.表7,参8.     

吸附瓦斯对煤体渗透性影响的试验研究

在不同的围压、轴压、渗透压组合条件下,对乡宁2号焦煤100mm×100mm×200mm的大尺寸煤样进行了瓦斯气体吸附前后的渗透性试验。结果表明:乡宁2号焦煤的渗透率随体积应力呈阶段性变化规律,在加载初期,渗透率随体积应力有一定程度增加,随后开始迅速降低;在加载后期,渗透率缓慢下降;体积应力较低时,提高渗透压能在一定程度上提高煤体渗透率,但是随着体积应力的增长,这一作用效果减弱;煤体吸附瓦斯后,在相同体积应力与渗透压条件下,煤体的渗透率下降十分明显,平均降低9.14%～26.99%。     

油气对瓦斯爆炸的影响

焦坪矿区是我国少有的煤油气共存矿区,曾多次发生重大煤矿安全事故,而油气是造成该地区瓦斯涌出量和爆炸危险性增加的重要原因.关于油气-瓦斯-空气混合气爆炸特性方面的研究并不多,为了考察油气的影响并结合矿区实际情况,选用正已烷作为油气的代表,利用自制的配气系统以及20L爆炸实验装置进行实验.由于已有文献对油气-瓦斯混合气爆炸下限进行了研究,本文重点研究油气对爆炸威力以及瓦斯爆炸上限的影响.实验结果表明正己烷的加入增加了瓦斯的爆炸威力,如当正己烷浓度为2%、甲烷浓度为0.5%时就能发生爆炸并产生0.89 MPa的超高压;正已烷浓度为2%时混合气的最大爆炸指数达到9.41 MPa·m/s,超过了甲烷最大爆炸指数5.5 MPa·m/s.将混合气爆炸上限的理论结果同实验结果进行对比发现二者并不完全符合,理论结果偏安全,而混合气爆炸最佳浓度同化学当量比浓度较为接近.图4,表4,参10.     

抑爆位置对连通容器甲烷空气混合气体爆炸的影响

以甲烷-空气混合物作为研究气体,用两个不同尺寸的球形容器和三段管道组合成不同结构的连通容器,进行多次爆炸实验,对比分析不同抑爆位置条件下球形容器与管道末端的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率。结果表明:抑爆位置对连通容器混合气体爆炸产生一定影响;连通容器的最佳抑爆位置与管道长度有一定的关系;对于球形容器与一段管或两段管构成的连通容器中,抑爆位置对气体爆炸影响不大;对于两个球形容器与三段管构成的连通容器中,抑爆位置对连通容器混合气体爆炸影响较大,在管道中后段加入丝网结构抑爆效果最佳。在实际生产设计中,应根据具体应用条件和要求,全面考虑选用最佳的抑爆位置。     

岩浆侵蚀对煤层瓦斯赋存的影响的研究

以淮北矿区石台煤矿3煤层为工程背景,采用瓦斯地质单元划分的方法,以井田内主要断层和天然焦区为界．将主采煤层3煤层划分为3个独立的地质块段．分别对不同地质块段内地质因素对煤层瓦斯赋存规律进行研究。为研究地质条件对煤层瓦斯赋存的影响．本文分析了褶皱构造、断裂构造及岩浆侵蚀等对煤层瓦斯压力和瓦斯涌出量的影响。结果表明：岩浆岩侵入对石台煤矿3煤层煤与瓦斯突出的控制作用最为明显,地质构造对瓦斯保存和运移具有重要作用．地质块段的划分对地质构造复杂的高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井具有重要意义。