瓦斯浓度对爆炸压力及压力上升速率影响

不同的瓦斯浓度爆炸时产生的爆炸压力及压力上升速率是不同的。运用自行研制的实验系统,对不同瓦斯浓度对瓦斯爆炸压力及压力上升速率的影响进行了实验研究,得到了定容瓦斯爆炸最大爆炸压力、最大压力上升速率等特征参数;得出瓦斯浓度与瓦斯定容爆炸最大爆炸压力及最大压力上升速率呈二次函数关系,另外,国家目前在气体爆炸特性方面尚无统一的标准出台,文中所采用的实验设备以及实验方法为瓦斯爆炸特性实验标准的制订提供了依据。     

瓦斯爆炸对躲避硐室影响的数值模拟

为研究瓦斯爆炸对矿井躲避硐室的影响,在封闭及开口管路中分别进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟,运用ICEM软件建立了躲避硐室的物理模型,使用FLUENT软件对不同边界条件下的瓦斯爆炸压力、温度变化进行数值模拟,运用Origin软件对瓦斯爆炸过程中的压力、温度变化进行曲线拟合.结果表明:封闭条件下,躲避硐室中承受的最大爆炸压力和最高温度分别为0.61 MPa以及2 269 K;开口条件下,躲避硐室中承受的爆炸超压及最高温度分别降至12.39 k Pa和1 773 K.综合爆炸超压及爆炸引起的高温影响,躲避硐室应该尽可能地远离独头巷道.     

基于20L球形爆炸装置的微米级铝粉爆炸特性实验

采用20 L球形爆炸装置,对6种不同粒径分布的微米铝粉在不同浓度下的爆炸特性进行了实验研究,考察了浓度和粒径对铝粉爆炸特性的影响规律,并分析了其爆炸产物的表面特征.结果表明,铝粉的最大爆炸压力、压力上升速率和爆炸指数随铝粉浓度的增加呈抛物线变化,在最适爆炸浓度（c_opt=500g/m3）时三者均达到峰值.随着铝粉粒径的减小时,最大爆炸压力、压力上升速率呈指数增加趋势,且在铝粉粒径小于10μm时,其增幅更为显著.爆炸过程中的铝粉粉尘云的燃烧时间随铝粉浓度的增大呈指数规律衰减并趋于平缓,同时随着铝粉粒径的减小而降低.      

受限空间初始压力对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为了探求不同初始压力下瓦斯爆炸的动力学特性,采用详细的瓦斯爆炸链式反应机理(包括53种组分,325个反应),利用软件CHEMKINⅢ,对其中的SENKIN子程序包进行修改,通过数值计算和模拟,得出了在受限空间中不同初始压力对瓦斯爆炸动力学特性的影响。对不同初始压力条件下瓦斯爆炸压力和温度的变化趋势,反应物摩尔分数的变化趋势,致灾性气体的生成及变化趋势做了详细的模拟和分析。计算结果表明:初始压力对瓦斯爆炸温度影响较少,对爆炸压力影响较大;初始压力越大,瓦斯爆炸的引爆时间越短,爆炸强度越大,链式反应中自由基的摩尔分数就越小,所产生的CO摩尔分数越少,而所产生的CO2、NO和NO2摩尔分数就会越多。     

障碍物对瓦斯爆炸火焰锋面参数的影响

在实验室小型模拟巷道的方形管道内,采用自制的微细热电偶和离子电流传感器、压电式压力传感器,测试了有/无障碍物2种情况下在不同位置处浓度为10.17%甲烷空气预混火焰锋面的传播过程中温度、离子电流强度及压力变化情况。实验结果表明,障碍物存在导致火焰锋面的最高温度值略有降低,由靠近点火端位置的1 303.7℃下降到1 234.4℃,远离点火端位置的1 198.7℃下降到902.5℃;离子电流曲线出现了明显的双峰值,强度明显增大,由靠近点火端的146.25nA上升到160nA,远离点火端的432.5nA上升到605nA;火焰锋面前方过早的产生前驱压力波,加速燃烧转爆轰(DDT)过程的提前实现。因此,巷道内应避免障碍物的存在。     

煤矿瓦斯爆炸的原因及对策研究

瓦斯爆炸是煤矿生产的主要灾害之一。近些年,我国发生了多起重大的瓦斯爆炸事故,造成了大量的财产损失及人员伤亡,同时也带了许多严重的社会影响。因此,瓦斯爆炸的防治具有紧迫性。本文结合实际,主要论述了瓦斯爆炸的原因及其危害,并提出了一些切实可行的对策及防止措施。     

瓦斯爆炸的突变模型

应用灾变理论原理，建立了反映瓦斯爆炸过程的尖点模型，该模型将影响瓦斯爆炸的参数归结为瓦斯浓度和以点火能为特征量的不确定性因子两个控制参数和一个反映系统安全程度的状态参数；基于这种数学模型，提出了分析瓦斯爆炸的概率风险评价思路。     

煤矿瓦斯爆炸成因与预防措施

煤矿瓦斯是煤矿五大灾害之一，近几年发生的煤矿之中，瓦斯爆炸占有相当大的比例。瓦斯爆炸一旦发生就会造成严重的人员伤亡和财产损失，研究表明造成瓦斯爆炸的基本条件为：瓦斯浓度为5％-16％；高温热源为（〉650℃）存在时间与瓦斯引火感应期；氧气浓度〉12％。     

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。     

流态化炭催化剂粉末在非等容管道中的爆炸特性研究

针对炭催化CH4-CO2重整反应体系(炭催化剂+O2+CH4+CO2)易燃易爆的特性,在预热的非等容管道中对流态化粉状炭催化剂爆炸特性进行了实验研究,考察了流态化炭催化剂浓度、挥发分、预热温度、流态化炭催化剂粒径、初始压力等对流态化炭催化剂的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响.研究表明,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随流态化炭催化剂浓度变化,呈抛物线形式分布;炭材料挥发分越高,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,其对应的最佳爆炸浓度也越低;爆炸装置的初始温度越低,流态化炭催化剂最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大,且温度越低流态化炭催化剂最佳爆炸浓度越大;流态化炭催化剂粒径越小,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率越大;随着初始压力的升高,最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率逐渐升高,且呈线性分布.     

烃源岩滞留油气作用及其对泥页岩含油气率的影响

泥页岩滞留油气的形式主要包括游离态、吸附态、水溶态和油溶态,其中,石油主要以游离态和吸附态滞留为主,天然气则以多种方式滞留.依据物质平衡原理,提出了依据滞留烃指数变化计算泥页岩滞留油量的方法.研究结果表明:泥页岩滞留油气量主要受有机质的丰度、类型和演化程度以及矿物组成和温压条件等影响.一般地,有机质丰度越大、温度压力越高滞留油气量越大.泥页岩滞留油气的性质主要受有机质类型和演化程度影响,Ⅲ型有机质和高演化程度的泥页岩以滞留气为主,而Ⅰ型有机质和低演化程度的泥页岩以滞留油为主.东营凹陷沙四上亚段泥岩滞留油量为58.42×108t,表明泥岩具有较好的含油前景.     

挥发性油藏酸气回注的最小混相压力与组分优化

高含H_2S和CO_2酸性气体的低渗透挥发性油藏在开发过程中,H_2S和CO_2会以溶解气的形式被采出,并占有较高的摩尔分数。分离器条件下的气态轻烃通过回注地层,在油藏压力高于最小混相压力(MMP)时达到混相驱动,一方面可以显著提高驱油效率,另一方面可以起到减缓压力衰竭的目的。H_2S和CO_2作为污染气体,分离和回收成本较高;而与烃气一同回注地层势必会对MMP产生影响。因此,需要研究酸性气体对溶解气回注MMP的影响规律并且合理地优化回注气组分。在对目标区块原油组分拟合重组的基础上,通过混合单元格法预测MMP,研究了溶解气主要组分的混相能力以及H_2S和CO_2对烃气驱MMP的影响规律,通过正交试验方法优化了注入气比例。结果表明:作为酸性杂质气体H_2S和CO_2具有较强的混相能力,可以降低注气MMP;最优注气形式为溶解气直接回注地层。     

ZrO2泡沫陶瓷对瓦斯爆炸的影响

为有效阻隔煤矿井下一次瓦斯爆炸后伴随的连续爆炸或多次爆炸,在爆炸实验管道内设置ZrO2泡沫陶瓷阻隔爆装置,进行瓦斯爆炸实验,分析ZrO2泡沫陶瓷的厚度和孔隙度对瓦斯爆炸压力波波速及超压的影响。结果表明：设置陶瓷阻隔爆装置后的爆炸压力波上升速率和超压较空管时均有所下降;30 mm厚的陶瓷对前驱压力波上升速率的衰减作用明显;泡沫陶瓷能够抑制爆炸波能量的传播,降低爆炸强度。该结果为煤矿阻隔爆技术的研究提供了新思路。     

基于Gaussian的瓦斯爆炸微观反应机理

为了从微观热力学和动力学角度揭示瓦斯爆炸机理,应用Gaussian软件,采用密度泛函(DFT)理论的B3LYP/6-31G方法对低温阶段瓦斯爆炸自由基链式反应进行定量分析,优化得到各步反应反应物和产物的稳定构型及相应构型参数,计算得到各反应的反应焓变、吉布斯自由能和活化能等重要参数.结果表明:链引发反应CH4 O2→CH3 HO2进行缓慢,反应焓为259.26kJ/mol,吉布斯自由能为210.68kJ/mol,需吸收大量热量才能激发反应进行.CH4 O2→HO2 HCO作为链分支在整个反应中起到至关重要的作用,相应的活化能为193.91kJ/mol,对瓦斯氧化加速达到爆炸有决定性意义.该结论对瓦斯爆炸机理的深层次研究及瓦斯爆炸防治提供了理论依据.     

压力对原油裂解成气影响的对比模拟实验

通过在不同的实验体系(常压和20 MPa)进行的原油裂解成气模拟实验,对原油裂解成气过程和裂解气产率进行研究。结果表明:低速率长时升温相对高速率短时升温对原油裂解成气更有利;压力对原油裂解有抑制或延迟作用,压力条件下原油初始裂解时间滞后,原油裂解温度门限较高;压力可能抑制了重烃气C2-5向甲烷的二次裂解,20MPa下在高温阶(600～650℃)较常压有显著高的C2-5产率和低的干燥系数;加压环境下水参与了原油裂解反应,加压水体环境下原油转化率降低而总产气率、重烃气C2-5产率和二氧化碳产率升高;二氧化碳和重烃气C2-5质量产率变化规律和形成机制比较接近;总裂解气主生气期在425～650℃,对应Ro约为1.5%～2.4%。     

基于CFX软件的瓦斯爆炸灾害气体扩散模拟

针对水利水电洞挖工程瓦斯爆炸后灾害气体扩散危险区域的确定问题,采用基于计算流体动力学理论的CFX模拟软件,结合向家坝水利水电站隧洞施工条件,假定第四层排水廊道内两个有代表性的地点作为瓦斯爆炸发生地点,对洞挖工程瓦斯爆炸后气体扩散进行模拟,分析隧洞各时间下不同区域的动态危险性。结果表明,竖井前瓦斯爆炸主要危险区域为第三层排水廊道及第四层排水廊道端头处,而竖井后为三层灌浆廊道及第四层排水廊道端头处,但对作业人员较多的主厂房和四号施工支洞影响均较小。数值模拟结果和理论分析吻合较好,证明所采用的数值模拟方法是有效和可行的。     

瓦斯爆炸的脆性理论层次分析

针对导致煤矿瓦斯爆炸事故发生的各种致因,运用脆性理论和模糊层次分析法对其进行脆性分析.从事件级别上考虑瓦斯爆炸的脆性过程,分析瓦斯系统内部各个事件之间的脆性联系,从中找出使整个系统崩溃(事故发生)的因素集合,利用模糊层次分析法建立计算煤矿瓦斯爆炸事故中各种致因权重的层次分析模型.根据模型计算所得结果,确定了在瓦斯积聚产生的前提下,火源的4个主要致因权重的重要度排序,由大到小依次为:放炮、机电管理混乱、明火、撞击摩擦火花.对它们进行重点监控,可以很大程度地避免事故发生.该模型及其结果为控制和预防瓦斯爆炸提供了理论依据.     

容器内可燃气体燃爆温度与压力的计算方法

对容器内可燃气体爆炸过程进行了热力学分析，得出可燃气体在容器内爆炸前后物质热力学能保持不变的结论。根据化工热力学能量守恒方程，推导出了两种容器内可燃气体爆炸温度和压力的计算方法。对几种可燃烃类气体进行了计算，其计算结果与文献值和实验值进行了比较分析，结果表明：燃爆温度的计算偏差为9．14％～11．15％，爆炸压力的计算偏差为5．84％～12．21％，说明了计算方法的有效性和实用性。结合计算实例对两种计算方法进行了阐述，计算结果基本一致。     

结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的影响

在实验研究的基础上,分析了结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的重要影响。研究结果表明,在拐弯处的瓦斯爆炸传播过程是一个压力波、火焰、复杂流动场相互作用的过程,压力波超压、火焰传播速度迅速增大,对拐弯处的壁面破坏特别严重。弯管角度对瓦斯爆炸传播特性有很大的影响,瓦斯爆炸通过不同角度的弯管后,火焰传播速度和压力波超压值都有不同程度的变化。管道拐弯既增加了燃烧区的湍流度而加速燃烧产生能量以推动加速传播,同时也因为拐弯而增大了总阻力和热量向壁面的传递,弯角处膨胀波也会抑制瓦斯爆炸的传播。管道拐弯对瓦斯爆炸传播特性的影响取决于抑制因素和激励因素的综合作用。     

爆压对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响

为了研究爆轰压力对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响,根据爆轰理论计算得到了不同爆压的太安炸药的JWL状态方程参数,在此基础上针对不同爆压太安炸药开展了水中爆炸数值模拟,得到了不同爆压的近场冲击波能。结果表明:爆压的变化对近场冲击波能具有显著影响,爆压太高或太低都不利于在近场形成较高的冲击波能;存在"合适的爆压",使得炸药水中爆炸近场的冲击波能较高。对于太安炸药而言,该"合适的爆压"不是一个爆压值,而是一个爆压范围,即9~13 GPa。研究结果对于反鱼雷鱼雷用炸药的配方设计具有一定参考价值。