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甲烷爆炸特性及其抑爆技术研究

李凌飞  
【摘要】:瓦斯爆炸事故是煤矿井下最常见同时也是最严重的事故。充入惰性气体抑制瓦斯爆炸是解决这一问题的有效技术方法。研究甲烷的爆炸特性和充注惰性气体后的抑爆机理和抑爆作用对于防治瓦斯爆炸事故有很重要的现实意义。 本文通过查阅国内外抑爆技术的研究现状,对惰性气体抑制甲烷爆炸的机理进行了学习研究;利用安全中心自行建设的20L可燃气体爆炸特性测试装置进行实验,对甲烷的爆炸特性以及惰性抑爆剂氮气对甲烷爆炸压力的影响做了深入的研究,并通过实验对比研究了在甲烷空气混合气体中分别充注不同的惰性抑爆剂氮气和二氧化碳后对甲烷爆炸极限的影响。实验结果表明: (1)20L爆炸筒中不同体积分数的氮气环境下甲烷的爆炸压力随着加入氮气量的增加而减小。氮气可以对甲烷爆炸起到抑制作用,提高系统的相对安全性。实验中选取7%、9%和10%的甲烷的爆炸压力会随着氮气量的增加先缓慢降低,当氮气量分别达到30%、25%和20%的时候,压力陡然下降到零,甲烷爆炸被完全抑制。可见甲烷的爆炸压力受惰性抑爆剂的影响是比较显著的。 (2)加入惰性气体后,甲烷在空气中的爆炸极限发生明显改变,爆炸下限上升,爆炸上限下降,且对爆炸上限的影响较爆炸下限更为显著。由于甲烷的爆炸上限下降,下限上升,导致其爆炸区间减小,随着惰性气体充入量的增加,其爆炸区间逐渐减少,惰性气体充入量至一定浓度时,甲烷爆炸上下限重合,爆炸区间不存在。 (3)在本装置实验条件下,甲烷完全抑爆时充入的二氧化碳量为22%,氮气量为30%。即常温下,当混合气体中二氧化碳量大于或等于22%,或者氮气含量大于等于30%时,无论甲烷气体含量多少都将不发生爆炸。 (4)不同惰性气体抑爆剂对甲烷爆炸极限的影响有较大差别,二氧化碳对甲烷爆炸极限的影响比氮气的影响大,二氧化碳的抑爆效果好于氮气。


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