煤矿用金属材料撞击摩擦火花安全性的研究

论文摘要

存煤矿生产过程中,所用设备、仪器、仪表经常受到外力撞击、摩擦、挤压,而产生高温热痕和高温火花。一定条件下,高温热痕和高温火花能够引起煤矿瓦斯和煤尘爆炸事故。因此摩擦火花是引起煤矿瓦斯爆炸潜在点火源之一。本篇论文利用摩擦学、传热学、材料学、爆炸理论等相关知识,分析和研究产生摩擦的原因、摩擦机理、摩擦产生热的原理、金属材料摩擦过程发生的化学反应、摩擦产生热痕和火花温度场传热的数学模型、煤矿井下瓦斯煤尘的点火原理、影响金属材料摩擦火花温度的因素等,来分析研究金属材料摩擦火花的安全性问题。金属材料撞击摩擦火花引燃瓦斯的过程,实质是一个能量传递的过程。其间经历了五个阶段。这五个阶段是连续的,切断中间任何一个环节,都会终止能量的传播。因此要想解决摩擦火花的安全问题,必须从这五个阶段进行分析和研究。通过实验研究证明冲击高度、冲击角度、冲击物的重量和环境条件对摩擦火花引火情况都有影响。金属材料自身的化学性质是主要影响摩擦火花引火因素之一。特别是含Mg、Sr等元素的合金材料引火率更高。因此煤矿用金属材料必须限制或限量使用化学性质较为活泼的金属。受撞击摩擦表面附着物,给摩擦火花的安全性带来很大的不确定性。煤炭颗粒的存在,对金属材料氧化反应起到催化剂的作用。因此在瓦斯—煤尘共存的环境下,进行研究、检验摩擦火花的安全性是十分必要的。通过理论分析和实验研究,并结合前人研究成果和生产实践经验。提出了预防摩擦火花措施。并对摩擦火花安全性的研究提出自己的见解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 摩擦火花
• 1.2 摩擦火花在煤矿生产中的危害
• 1.3 研究摩擦火花安全性的意义及问题的提出
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国外的研究状况
• 1.4.2 国内研究状况
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 研究方法和技术路线
• 2 摩擦的原理
• 2.1 产生摩擦的机理
• 2.2 金属物件撞击摩擦过程中的升温机理分析
• 2.3 金属材料摩擦过程的化学反应燃烧机理
• 2.4 摩擦产生温度场传热的数学描述
• 2.4.1 高温热痕传热的数学表述
• 2.4.2 摩擦火花传热的数学表述
• 3 瓦斯气体和煤尘的点火理论
• 3.1 瓦斯气体
• 3.2 瓦斯气体的热点火理论
• 3.2.1 瓦斯气体的引火温度
• 3.2.2 瓦斯的最小点火能量
• 3.2.3 火焰猝灭距离
• 3.3 煤尘
• 3.4 煤尘的点火理论
• 4 摩擦火花点燃能力的实验研究
• 4.1 环境因素对火花点燃能力的影响
• 4.2 铝合金中各元素对产生摩擦火花的影响
• 4.3 煤炭颗粒的存在对轻合金金属材料产生摩擦火花的影响
• 4.4 功能涂层对摩擦火花引火的抑制
• 5 自由落锤的实验装置的研制
• 5.1 自由落锤实验的缺陷
• 5.2 针对缺陷的改进措施
• 5.3 重锤升降系统设计
• 5.3.1 步进电机的PLC直接控制方式
• 5.3.2 PLC直接控制步进电机的硬件设计
• 5.3.3 软件设计
• 5.3.4 触摸屏
• 6 保证工业生产中摩擦火花的安全性
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学位论文内容相关的学术论文及科研成果