热环境中煤颗粒引燃瓦斯的实验研究

论文摘要

我国煤矿频繁发生的瓦斯爆炸事故给人民的生命和财产安全带来了严重的威胁。煤炭自燃通常被认为是引燃瓦斯的重要点燃源之一,但现有文献缺乏对该问题的深入研究。鉴于此,本文对热环境中煤颗粒引燃瓦斯的特性进行了实验研究。根据实验的需要,自行设计、组装了一套用于测试煤颗粒引燃瓦斯的管式加热系统,分别利用温度智能模块控制环境温度、Data Transition模块记录煤样温度变化。利用该实验装置,根据金属网篮交叉点温度法原理,测试、分析了褐煤、1#烟煤、2#烟煤和无烟煤四种煤样的氧化动力学参数,得出其表观活化能分别为：51.29kJ/mol、57.98kJ/mol、62.61kJ/mol和77.26kJ/mol;利用粉尘层最低着火温度测试装置测试了这四种煤样的粉尘层最低着火温度,分别为：270℃、290℃、340℃C和>400℃(超出量程)。研究结果表明表观活化能低的煤,其粉尘层最低着火温度低,容易自燃着火。为了研究热环境中煤颗粒对瓦斯着火的影响特性,首先通过自制加热系统测定了瓦斯的自燃温度为595℃。然后在595℃以下温度的热环境中改变煤种、粒径研究煤颗粒存在时对瓦斯着火的影响规律。研究发现：当热环境中有煤颗粒存在时,瓦斯的着火温度明显降低。当煤颗粒粒径较小(0.3mm)时,除了含硫元素较高的1#烟煤外,其他三种煤样均不能引起瓦斯着火。对于同种实验煤样,随着颗粒粒径的增大,引燃瓦斯的最低环境温度降低。对于相同粒径的不同煤样颗粒,引燃瓦斯的最低环境温度从1#烟煤、褐煤、2#烟煤到无烟煤呈升高趋势。通过对实验现象和数据的分析表明：热环境中煤颗粒引燃瓦斯是由煤热解析出的挥发分均相燃烧产生的明火引起的,而固定碳的表面燃烧未能引燃瓦斯气体。本文的研究结论对于防止井下煤颗粒与瓦斯共存条件下的火灾爆炸事故具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 瓦斯爆炸特性的研究
• 1.2.2 瓦斯煤尘混合物爆炸特性的研究
• 1.2.3 环境中其他物质引燃瓦斯的研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的技术路线及章节安排
• 第2章 燃烧爆炸的基础理论
• 2.1 瓦斯的着火理论
• 2.1.1 热自燃理论
• 2.1.2 链锁自燃理论
• 2.1.3 点燃理论
• 2.2 瓦斯爆炸的条件及影响因素
• 2.2.1 瓦斯浓度
• 2.2.2 混合气体中的氧浓度
• 2.2.3 点燃温度和能量
• 2.2.4 瓦斯引火延迟性
• 2.3 煤颗粒的燃烧
• 2.3.1 煤炭的形成及种类
• 2.3.2 煤的化学组成
• 2.3.3 煤的着火机制
• 2.3.4 煤的燃烧过程
• 2.3.5 煤燃烧过程的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 煤的氧化动力学参数测定
• 3.1 煤的氧化动力学参数
• 3.2 金属网篮交叉点温度法
• 3.3 氧化动力学参数测试
• 3.3.1 测试系统
• 3.3.2 测试过程
• 3.3.3 数据处理及结果
• 3.4 煤粉尘层最低着火温度测试
• 3.4.1 测试装置
• 3.4.2 测试步骤及原理
• 3.4.3 测试过程及结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 煤颗粒引燃瓦斯的实验
• 4.1 实验样品、设备及实验方法
• 4.1.1 实验样品
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 瓦斯自燃温度的测定
• 4.2.1 标准测试条件
• 4.2.2 自燃温度的测定
• 4.3 煤颗粒引燃瓦斯的实验结果及分析
• 4.3.1 引燃过程分析
• 4.3.2 粒径对引燃瓦斯的影响
• 4.3.3 煤种对引燃瓦斯的影响
• 4.3.4 固定碳表面燃烧未能引燃瓦斯的分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢