论文中文题名: | 煤自燃多组分气体爆炸危险性预测研究 |
姓名: | |
学号: | 18220214063 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085224 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 安全工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 煤火灾害防治 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2021-06-17 |
论文答辩日期: | 2021-06-01 |
论文外文题名: | Study on Prediction of Explosion Hazard of Multi-component Gases from Coal Spontaneous Combustion Safety Science and Engineering |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Characteristic temperature ; Spontaneous combustion of coal ; Multiple combustible gases ; Explosion limit ; Explosion risk |
论文中文摘要: |
我国煤自燃及瓦斯爆炸灾害非常严重,煤自燃产生的大量可燃性气体与高温环境促发了瓦斯爆炸。因煤自燃导致的瓦斯爆炸事故,不仅对矿井作业人员的生命健康有着不极大威胁,而且还会造成资源损失。本文采用高温程序升温实验和20L爆炸球实验,对不同氧浓度下燃点处多元可燃气体爆炸危险性进行研究,得出了不同温度下不同多元可燃气体配比的爆炸极限参数及爆炸危险性。并采用经验公式计算出煤自燃特征温度点处多元可燃气体的爆炸危险性,取得的研究成果如下: (1)经高温程序升温实验得出氧浓度为21%、15%和9%下,O2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C3H4、C4H10及C4H6气体的产生规律及产生速率,分析得出不同氧浓度下燃点分别为340℃、370℃和390℃。 (2)在氧浓度为21%、15%和9%的供氧条件下,根据高温程序升温实验结果配置多元可燃性气体。用20L球形爆炸罐在初始温度为30℃至150℃之间进行爆炸实验测试,结果发现15%氧浓度下配比气体爆炸危险性最大,21%氧浓度下次之,9%氧浓度下最小。这是由于含氢C2及以上烃类气体本身爆炸极限性质及燃烧热值均高于CH4和CO气体,故研究更多组分气体参与的煤自燃诱发瓦斯爆炸危险性是十分必要的。 (3)用20L爆炸球实验发现,在初始温度为室温的条件下,随着氧浓度的降低,爆炸极限范围明显减小,爆炸危险性降低。利用经验公式对各配比气体爆炸极限进行计算,得出不同氧浓度下不同配比气体在特征温度点处的爆炸危险度F值及爆炸危险性。初始温度的升高,增大了气体爆炸极限的范围,增大了爆炸危险度F值,增加了气体爆炸危险性。利用实验测试得出的气体爆炸极限拟合式及经验公式对温度范围为30~390℃范围内的多元可燃气体爆炸危险度进行预测,发现温度的升高明显增大了多组分气体的爆炸危险度,研究成果对煤自燃与瓦斯爆炸灾害协同防控提供基础和依据具有重要的实际意义。 |
论文外文摘要: |
The disasters of coal spontaneous combustion and gas explosion in our country are very serious. A large amount of combustible gas and high-temperature environment produced by coal spontaneous combustion have promoted the gas explosion. Gas explosion accidents caused by spontaneous combustion of coal not only pose a low threat to the lives and health of mine operators but also cause resource loss. In this thesis, the high-temperature programmed temperature experiment and the 20L explosion ball experiment were used to study the explosion hazards of multi-element combustible gases at the ignition point under different oxygen concentrations, and the explosion limit parameters and explosion hazards of different multi-element combustible gas ratios at different temperatures were obtained. And the empirical formula was used to calculate the explosion hazard of the multi-element combustible gas at the characteristic temperature point of coal spontaneous combustion. The research results obtained are as follows: (1)According to the high-temperature program temperature increase experiment, under the oxygen concentration of 21%, 15%, and 9%, O2, CO, CO2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C3H8, C3H6, C3H4, C4H10, and C4H6 gas generation law, and the production rate, the analysis shows that the ignition points at different oxygen concentrations are 340℃, 370℃, and 390℃ respectively. (2)Under the oxygen supply conditions of 21%, 15%, and 9% oxygen concentration, configure multiple combustible gases according to the results of the high-temperature program temperature increase experiment. The explosion experiment test was carried out with a 20L spherical explosion tank at an initial temperature of 30℃ to 150℃, and the results found that the explosion risk of the proportioning gas is the largest under 15% oxygen concentration, 21% oxygen concentration is the next time, and 9% oxygen concentration is the smallest. . This is because hydrocarbon gases containing hydrogen C2 and above have higher explosion limits and higher combustion calorific values than CH4 and CO gases. Therefore, it is necessary to study the risk of gas explosion induced by coal spontaneous combustion with more component gases. (3)Experiments with a 20L explosive ball found that under the condition that the initial temperature is room temperature, with the decrease of oxygen concentration, the explosion limit range is significantly reduced, and the explosion risk is reduced. Empirical formulas are used to calculate the explosion limit of each proportion of gas, and the explosion risk F value and explosion risk of different proportions of gas at characteristic temperature points under different oxygen concentrations are obtained. The increase of the initial temperature increases the range of the gas explosion limit, increases the explosion risk F value, and increases the gas explosion risk. The gas explosion limit fitting formula and empirical formula obtained from experimental tests were used to predict the explosion risk of multi-component combustible gases in the temperature range of 30~390℃, and it was found that the increase in temperature significantly increased the explosion of multi-component gases. The degree of danger and research results have important practical significance for providing the basis and basis for the coordinated prevention and control of coal spontaneous combustion and gas explosion disasters. |
参考文献: |
[1] 姜进楼,李珺,宋明耀.煤矿瓦斯爆炸因素及预防措施[C].煤矿瓦斯地质与抽采利用研究-陕西省煤炭学会学术年会论文集,2012:212-215. [2] 内蒙古煤炭交易中心. 国家矿山安监局:2020年全国煤矿无重特大瓦斯事故[EB/OL]. 搜狐网,2021-01-11. [3] 梁俊芳,詹宏.一起由煤层自燃引起采空区瓦斯爆炸事故浅析[J].煤矿安全,1995(09):30-31. [4] 王文伟. 重庆万盛煤矿瓦斯爆炸事故系煤炭自燃引爆[EB/OL].中国广播网,2014-10-10. [5] 煤矿安全网. 山西平遥峰岩煤焦集团二亩沟煤业有限公司“11•18”重大瓦斯爆炸事故调查报告[EB/OL]. 煤矿安全网,2021-02-06. [6] 褚廷湘,余明高,李龙飞. 采空区遗煤自燃环境信息识别及预报指标确定[J].中国安全科学学报,2014,24(8):151-157. [7] 谭波,胡瑞丽,高鹏,等.煤自燃灾害气体指标的阶段特征试验研究[J].中国安全科学学报,2013,23(2):51-57. [8] 宋万新,杨胜强,朱玲方.立体抽采条件下高瓦斯采空区煤自燃危险性预测[J].中国安全科学学报,2012,22(4):48-53. [9] 岳宁芳,金彦,孙明福,杨程帆,冉学超,程明.基于多指标气体的煤自燃进程分级预警研究[J].安全与环境学报,2020,20(06):2139-2146. [10] 金永飞,刘荫,郭军,岳宁芳,郑学召.堵漏风对煤自燃气态产物生成规律的影响[J].煤矿安全,2018,49(02):15-18+22. [11] 邓军,赵婧昱,张嬿妮.基于指标气体增长率分析法测定煤自燃特征温度[J].煤炭科学技术,2014,42(07):49-52+56. [12] 邓军,赵婧昱,张嬿妮.玉华矿煤自燃特征温度增长率分析法测试[J].矿业安全与环保,2014,41(04):7-10. [13] 朱红青,罗明罡,向明汭,邬云龙,谭波.煤燃烧特性热重试验研究及动力学分析[J].中国安全科学学报,2016,26(04):40-45. [14] 余明高,袁壮,褚廷湘,郭品坤,郑凯.不同自燃性煤氧化阶段的表征差异[J].重庆大学学报,2017,40(02):37-44. [15] 肖旸,马砺,王振平,邓军,王威,向欣.采用热重分析法研究煤自燃过程的特征温度[J].煤炭科学技术,2007(05):73-76. [16] 肖旸,王振平,马砺,翟小伟.煤自燃指标气体与特征温度的对应关系研究[J].煤炭科学技术,2008(06):47-51. [17] 翟小伟,葛晖,王凯,吴世博,王庭焱.水浸干燥作用对煤自燃特性及预测指标影响研究[J].中国安全科学学报,2018,28(05):68-73. [18] 王文达,尤飞,邵玥,韩雪峰.粒度对煤自燃过程中特征温度的影响[J].消防科学与技术,2016,35(11):1511-1514. [28] 尉存娟, 谭迎新, 胡双启等. 瓦斯爆炸诱导瓦斯-煤尘二次爆炸的实验研究[J]. 中国安全科学学报, 2014; 24(12): 29-31. [29] 胡双启, 尉存娟, 谭迎新. 管道内瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究 [J]. 中国安全科学学报, 2010; 18(6):895-899. [30] 白春华. 工业粉尘“二次爆炸”的过程研究 [J]. 中国安全科学学报, 1995; 5(1): 6-11. [32] 张莉聪, 刘立萍, 徐景德. 瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的实验测试系统研究[J]. 华北科技学院学报, 2014(4):19-24. [33] 李庆钊, 翟成, 吴海进等. 基于20L球形爆炸装置的煤尘爆炸特性研究[J].煤炭学报, 2011, 36( S1):119-124. [34] 刘贞堂, 张松山, 李忠辉等. 基于20L球形爆炸装置的煤尘爆炸残留物研究[J]. 中国矿业大学学报, 2015, 44:823-828. [35] 刘贞堂, 张松山, 喜润泽等. 受限空间煤尘爆炸残留气体特征分析 [J]. 煤炭学报, 2015, 40(7):1574-1579. [36] 刘贞堂, 林松, 赵恩来等. 水平管道煤尘爆炸残留物时空变化特征 [J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(2):237-242. [37] 景国勋, 杨书召. 煤尘爆炸传播特性的实验研究 [J]. 煤炭学报, 2010, 35(4):605-608. [38] 牛芳, 刘庆明 ,白春华等. 甲烷-煤尘爆炸物火焰传播特性 [J]. 高压物理学报, 2012, 26(4):455-461. [54] 许满贵,徐精彩.工业可燃气体爆炸极限及其计算[J].西安科技大学学报,2005,25(2):139-142.. [55] 罗振敏,刘利涛.以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响[J].安全与环境学报,2019,19(01):167-172. [57] 魏永生, 周邦智, 郑敏燕. H2、CO、CFL混合气体爆炸极限的多元回归分析 [J]. 化学研究与应用, 2004, 16(3):419-424. [58] 胡耀元, 周邦智, 杨元法等. H2、CH4、CO多元爆炸性混合气体的爆炸极限及其容器因素 [J]. 中国科学(B辑), 2002, 32(1):35-39. [59] 刘向军, 陈吴. 初始压力对矿井瓦斯爆炸过程影响的理论研究 [J]. 矿冶, 2006, 15(1):5-9. [60] 高志崇. 烃燃烧反应机理探讨 [J]. 辽宁大学学报, 2002, 29(3):266-271. [61] 高志崇. 甲烷燃烧反应的火焰温度 [J]. 山西大学学报(自然科学版), 2004, 27(1):32-34. [62] 高志崇. 甲烷爆炸后体系的温度与压力 [J]. 辽宁大学学报(自然科学版), 2008, 35(2):143-146. [63] 赵衡阳. 气体和粉尘爆炸原理 [M]. 北京: 北京理工大学出版社, 1996. [64] 严传俊, 范玮. 燃烧学 [M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2005. [65] 徐精彩. 煤自燃危险区域判定理论 [M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2001. [66] GB/T 12474-2008, 空气中可燃气体爆炸极限测定方法[S].北京:中国标准出版社,2008. [68] 邓军,吴晓春,程超,CH4,CO,C2H4多元可燃气体爆炸的实验研究[J].煤矿现代化,2007,2007(5):63-65. |
中图分类号: | TD752.2 |
开放日期: | 2021-06-17 |