惰性介质的防灭火效果研究

发布时间：2017-08-16 18:13

  本文关键词：惰性介质的防灭火效果研究

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【摘要】：矿井火灾严重威胁煤矿的安全生产。灌注惰性介质是目前广泛应用的防灭火技术之一。但是,在采用注惰防灭火技术的实践中,火区内CO等防灭火指标气体很难稳定在安全水平以下,且封闭火区启封后易复燃,惰性防灭火介质的性能越来越受到质疑,需要采用合理的指标对惰性介质的防灭火性能做出科学的评价。本文采用理论分析、实验室实验、案例分析的综合研究方法,系统地研究了惰性介质的防灭火效果,主要结论如下:理论分析了液态惰性介质的降温性能。采用液态惰性介质直注式防灭火工艺时,液态惰性介质温度极低,其产生的冷缩应力极易损坏输送管路,甚至爆管;同时,液态惰性介质在长距离输送过程中已经大量汽化,实际上是低温气态惰性介质在采空区中的扩散。1kg冷态二氧化碳气体(-20℃)与1kg低温冷态N2气体(-196℃)上升到常温(25℃)时,分别吸收24k J与229k J的热量,吸热降温性能极其有限。并且从灌注口向周围扩散的过程中,气态介质温度迅速升高,抵达火区前就会失去降温能力,对高温区域的冷却降温作用小,其作用主要体现在对火区的惰化抑爆。研究了气态惰性介质的防火性能。本文通过采用高精度微量热仪C80测试煤在140℃、145℃及150℃恒温氧化过程中的产热,精确的求解了煤恒温氧化过程中的反应机理函数及动力学特性参数的变化规律。研究表明:随着氧浓度的降低,煤氧化放热量逐渐降低,活化能逐渐升高。在氮气及二氧化碳气氛中,当氧浓度分别降到1.5%和3%时,煤低温氧化过程的活化能由负值变为正值,自发反应过度为非自发反应。在采用惰气防火时应控制惰气含氧量在1.5%以下。但是现场防火多采用开区注惰且惰气纯度不高,氧浓度降到1.5%以下的有效防火区域小,防火性能极其有限。研究了气态惰性介质的灭火性能。煤的特征温度点是表征煤氧化燃烧过程的重要参数。本文采用热重分析实验获取了不同惰气及不同贫氧条件下煤样氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,分析了高温燃烧阶段氮气和二氧化碳及氧浓度对煤的着火点、燃烬点等特征温度点的影响。结合璐新一矿和亭南煤矿的案例,分析了现场应用惰气灭火的效果。研究结果表明:在贫氧条件下煤样TG曲线上的特征温度点随氧气浓度的降低而升高,降低氧气浓度能够抑制煤氧化燃烧反应的发展;氧浓度为1.5%时,煤样依然可以完全燃烬,采用惰气灭火时,应控制惰气氧含量在1.5%以下。案例分析发现由于漏风条件复杂且惰气纯度往往较低,灌注大量惰气后火区氧浓度很难降到3%以下,火源不能熄灭。因此采用惰气灭火技术时应该提高惰气纯度并保证火区密闭效果,才能充分发挥惰性气体的窒息作用。
【关键词】：惰气 活化能 热分析 特征温度点 临界氧浓度
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD753
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-24
• 1.1 问题的提出18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.3 研究目标及内容22-24
• 2 液态惰性介质的降温性能分析24-32
• 2.1 不同惰气的理化性质24-26
• 2.2 现场注惰防灭火工艺分析26-29
• 2.3 液态惰性介质降温性能分析29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 惰气对煤低温氧化抑制效果的实验研究32-50
• 3.1 实验煤样32
• 3.2 实验系统32-33
• 3.3 实验条件选择33-34
• 3.4 实验过程34-35
• 3.5 实验结果及数据分析35-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 惰气对煤高温燃烧抑制效果的实验研究50-74
• 4.1 实验系统50-53
• 4.2 煤氧化燃烧热重实验结果及分析53-66
• 4.3 惰气防灭火案例分析66-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 结论74-76
• 5.1 全文总结74-75
• 5.2 本论文主要创新点75
• 5.3 今后研究工作的展望75-76
• 参考文献76-81
• 作者简历81-83
• 学位论文数据集83

【参考文献】

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1 张保生;刘建忠;周俊虎;冯展管;岑可法;;利用Popescu法对煤燃烧反应机理的研究[J];中国电机工程学报;2006年15期

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本文编号：684753