煤粉瓦斯耦合体系着火机理和实验研究

论文摘要

对于井下煤粉瓦斯耦合爆炸事故,人们通常认为是瓦斯先着火,进而引起煤粉尘爆炸。但是煤的热敏感性要高于瓦斯的热敏感性,煤粉自燃点低于瓦斯的自燃点,在煤粉和瓦斯耦合燃烧体系中,煤粉先着火进而引起瓦斯着火的可能性是存在的,但类似的研究在文献中比较少见。本文采用实验研究和理论分析相结合的方法对该问题进行深入研究。首先选择了比较常见的4种煤样作为试样。通过工业分析得到4种煤样的挥发分、灰分和水分。利用G-G炉,通过改变煤粉浓度、粒径、含水量,并在瓦斯气体当量浓度条件下,对不同煤样进行了煤与瓦斯耦合条件下的引燃实验,得到了不同条件下煤粉和瓦斯耦合燃烧的最低着火温度。实验结果表明了,当有煤粉存在时,瓦斯气体的最低着火温度显著降低,对于1#煤样降低了335℃；而且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大,瓦斯气体的最低着火温度下降的越多。本论文采用阿累尼乌斯定理和零值边界梯度法建立了1#煤样和瓦斯耦合燃烧的理论模型。通过查阅相关文献,确定了气体导热系数、运动粘度系数、气体发热量等参数,利用C语言自编了模型求解程序,计算得到了该煤样引燃瓦斯的理论最低着火温度为309.56℃,该值与前面得到的实验值315℃基本吻合。所建立的模型对于井下煤粉瓦斯耦合条件下的最低着火温度预测具有一定的指导作用。论文的研究结果表明煤粉对瓦斯引燃的影响较大,该结论对于煤矿安全生产管理具有较大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 瓦斯爆炸理论
• 1.2.1 瓦斯爆炸
• 1.2.2 瓦斯爆炸的链式反应
• 1.2.3 影响瓦斯爆炸发生的因素
• 1.3 煤粉的燃烧和爆炸
• 1.3.1 煤的元素组成
• 1.3.2 煤粉燃烧爆炸
• 1.3.3 影响煤粉爆炸发生的因素
• 1.4 国内外研究现状及发展动态
• 1.5 论文主要内容
• 第2章 可燃物质着火的基础理论
• 2.1 引起燃烧的过程
• 2.2 非预混燃烧
• 2.3 点燃理论
• 2.3.1 炽热物体点燃
• 2.3.2 火焰点燃
• 2.3.3 强迫点燃的热理论
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验数据及结果分析
• 3.1 实验用煤和气体
• 3.1.1 煤样分析
• 3.1.2 气体分析
• 3.2 实验装置及内容
• 3.3 煤粉对瓦斯最低着火温度影响实验
• 3.3.1 瓦斯气体最低着火温度的测定
• 3.3.2 煤粉瓦斯耦合体系最低着火温度的测定
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 瓦斯着火的判定
• 3.4.2 单颗粒煤粉的燃烧
• 3.4.3 煤粉浓度对煤粉瓦斯耦合体系着火的影响
• 3.4.4 煤粉挥发分对煤粉瓦斯耦合体系着火的影响
• 3.4.5 煤粉粒径对煤粉瓦斯耦合体系着火的影响
• 3.4.6 煤粉含水量对煤粉瓦斯耦合体系着火的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 煤粉瓦斯耦合着火的理论分析
• 4.1 温度对化学反应速度的影响
• 4.1.1 阿累尼乌斯公式
• 4.1.2 零值边界梯度法
• 4.2 煤粉瓦斯耦合体系着火理论分析
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 模型的建立
• 4.2.3 参数的确定
• 4.2.4 模型的求解
• 4.2.5 理论值和实验值对比分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件 （计算程序）