CN112798647A - 一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,包括步骤一、采用爆炸测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值;二、计算无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量;三、计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量;四、计算抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果。本发明方法步骤简单,设计合理,实现方便,能够有效量化分析抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的影响,使抑爆剂抑爆性能的判断更加准确直观,效果显著,便于推广。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全技术领域,具体涉及一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法。
背景技术
矿井瓦斯爆炸是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,导致了严重的生命财产损失。爆炸抑制技术是减弱瓦斯爆炸致灾后果的主要手段之一,它对减小燃爆事故范围,降低其破坏后果和事故损失具有重要作用。
现有技术主要通过瓦斯爆炸超压和火焰传播速度等参数的变化判断相应介质的抑爆性能。例如,王燕等通过实验发现,蒙脱石粉浓度为0.16g/L时甲烷爆炸压力下降至最低,而当粉体浓度为0.20g/L时爆炸火焰传播平均速度最小;李孝斌等分析了尿素粉体抑制甲烷爆炸过程中的压力与火焰发射光谱数据,认为其通过影响爆炸反应进程的自由基而产生抑制作用;谭欣欣等通过实验测试指出,只有当粉体抑爆剂的面密度大于临界值时,瓦斯爆炸压力与火焰才能同时得到有效控制;王信群等测试了粉体类型、粒径和添加量等因素对甲烷爆炸抑制效果的影响,发现超细无机粉体的抑制作用优于普通无机粉体,且抑爆粉体粒径细化到微米量级时其抑爆性能可以提高8~10倍。
但是,现有技术中抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制过程的量化作用,即抑爆剂对瓦斯爆炸热力学特征的影响还处于定性认识的水平,缺少定量化研究的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,其方法步骤简单,设计合理,实现方便,能够有效量化分析抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的影响,使抑爆剂抑爆性能的判断更加准确直观,效果显著,便于推广。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,包括以下步骤:
步骤一、采用爆炸测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,real和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,inh;
步骤二、计算无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1;
步骤三、计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2;
步骤四、计算抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果qtrans3。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,步骤一中所述爆炸测试系统为20L球型爆炸特性测试系统。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,步骤二中所述计算无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1的公式为:
其中,Pmax,ad为理论绝热燃烧超压峰值,V为密闭容器体积,S为密闭容器内表面积,γe为气体绝热指数。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,步骤三中所述计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2的公式为:
其中,Pmax,ad为理论绝热燃烧超压峰值,V为密闭容器体积,S为密闭容器内表面积,γ'e为抑爆剂作用下的气体绝热指数。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,步骤四中所述计算抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果qtrans3的公式为:
其中,Pmax,ad为理论绝热燃烧超压峰值,V为密闭容器体积,S为密闭容器内表面积,γe为无抑爆剂作用下的气体绝热指数,γ'e为有抑爆剂作用下的气体绝热指数。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,所述抑爆剂包括气体相态抑爆剂和粉体相态抑爆剂。
上述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,所述有抑爆剂作用下的气体绝热指数包括气体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数和粉体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明方法步骤简单,设计合理,实现方便。
2、本发明通过测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值,计算确定瓦斯爆炸过程中无抑爆剂作用下试验容器引起的单位面积的热损失量和有抑爆剂作用下试验容器引起的单位面积的热损失量;进而计算得到抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果。方法科学合理,能够有效量化获取抑爆剂对瓦斯爆炸热力学特征的影响。
3、本发明在计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量时,区分计算气体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数和粉体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数,使抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化计算结果更加精准可靠。
4、本发明能够有效量化分析抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的影响,使抑爆剂抑爆性能的判断更加准确直观,效果显著,便于推广。
综上所述,本发明方法步骤简单,设计合理,实现方便,能够有效量化分析抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的影响,使抑爆剂抑爆性能的判断更加准确直观,效果显著,便于推广。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,包括以下步骤:
步骤一、采用爆炸测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,real和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,inh;
步骤二、计算无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1;
步骤三、计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2;
步骤四、计算抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果qtrans3。
实施例1
采用20L球型爆炸特性测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,real和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,inh;抑爆剂采用体积分数为10%的惰性CO2气体,测试结果:Pmax,real=0.6985MPa,Pmax,inh=0.6045MPa。
无抑爆剂作用下,从爆炸开始到结束的整个过程中,混合体系的热量平衡如式:
Qrel=Qacc+Qtrans1
其中,Qrel为混合气体爆炸释放的总能量,Qacc为作用于爆炸超压、爆炸温度的能量,Qtrans1为混合体系与容器热交换导致的能量损失。
根据气体状态方程,有
其中,m为混合气体物质的量,Ce,v为已燃气体的平均热容,Tmax,ad为理论绝热燃烧温度,Tmax,real为实际燃烧温度峰值,V为密闭容器体积,γe为气体绝热指数,γe=1.249,Pmax,ad为理论绝热燃烧超压峰值,Pmax,ad=0.8806。
无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1为:
其中,S为密闭容器内表面积。
计算得到无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1=4.1J/m2。
有抑爆剂作用下,从爆炸开始到结束的整个过程中,混合体系的热量平衡如式:
Qrel=Qacc+Qtrans2
其中,Qtrans2为容器热交换引起的能量损失和抑爆剂热力学抑制效应产生的能量损失之和。
根据气体状态方程,有
其中,Tmax,inh为抑爆剂作用下的燃烧温度峰值,γ'e为有抑爆剂作用下的气体绝热指数,γ'e=1.25。
有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2为:
计算得到有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2=6.2J/m2。
计算得到抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果
本实施例中,抑爆剂为气体相态抑爆剂。
本实施例中,有抑爆剂作用下的气体绝热指数为气体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数。
实施例2
采用20L球型爆炸特性测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,real和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,inh;抑爆剂采用质量浓度为0.20g/L的ABC粉体,测试结果:Pmax,real=0.6985MPa,Pmax,inh=0.5275MPa。
无抑爆剂作用下,从爆炸开始到结束的整个过程中,混合体系的热量平衡如式:
Qrel=Qacc+Qtrans1
其中,Qrel为混合气体爆炸释放的总能量,Qacc为作用于爆炸超压、爆炸温度的能量,Qtrans1为混合体系与容器热交换导致的能量损失。
根据气体状态方程,有
其中,m为混合气体物质的量,Ce,v为已燃气体的平均热容,Tmax,ad为理论绝热燃烧温度,Tmax,real为实际燃烧温度峰值,V为密闭容器体积,γe为气体绝热指数,γe=1.249,Pmax,ad为理论绝热燃烧超压峰值,Pmax,ad=0.8806。
无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1为:
其中,S为密闭容器内表面积。
计算得到无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1=4.1J/m2。
有抑爆剂作用下,从爆炸开始到结束的整个过程中,混合体系的热量平衡如式:
Qrel=Qacc+Qtrans2
其中,Qtrans2为容器热交换引起的能量损失和抑爆剂热力学抑制效应产生的能量损失之和。
根据气体状态方程,有
其中,Tmax,inh为抑爆剂作用下的燃烧温度峰值,γ'e为有抑爆剂作用下的气体绝热指数,γ'e=1.249。
有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2为:
计算得到有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2=7.96J/m2。
计算得到抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果
本实施例中,抑爆剂为粉体相态抑爆剂。
本实施例中,有抑爆剂作用下的气体绝热指数为粉体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、采用爆炸测试系统测试无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,real和有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸超压峰值Pmax,inh;
步骤二、计算无抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans1;
步骤三、计算有抑爆剂作用下的瓦斯爆炸过程中试验容器引起的单位面积的热损失量qtrans2;
步骤四、计算抑爆剂对瓦斯爆炸热力学抑制效能的量化结果qtrans3。
2.按照权利要求1所述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,其特征在于,步骤一中所述爆炸测试系统为20L球型爆炸特性测试系统。
6.按照权利要求1-5中任一项所述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,其特征在于,所述抑爆剂包括气体相态抑爆剂和粉体相态抑爆剂。
7.按照权利要求6所述的一种抑爆剂对瓦斯爆炸抑制效能的量化分析方法,其特征在于,所述有抑爆剂作用下的气体绝热指数包括气体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数和粉体相态抑爆剂作用下的气体绝热指数。
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