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采空区煤岩体受开采破坏和瓦斯的非均匀释放影响,在机械或自然通风供氧的条件下,导致遗煤在氧化升温过程中产生CO、H<,2>、C<,2>H<,6>、C<,2>H<,4>和C<,3>H<,8>等可燃性气体,与CH<,4>共同构成多组分的可燃性混合气体,即采空区瓦斯气体。采空区瓦斯气体的爆炸严重威胁着煤矿职工生命和财产的安全,但目前国内外还没有一项技术能有效地控制三要素都具备的采空区瓦斯气体不发生爆炸。
对于瓦斯气体的爆炸特性,人们进行了大量的研究,主要集中在点火能、初始压力、管道尺寸以及障碍物对爆炸火焰传播的作用机理上,也就是外界条件对爆炸火焰传播的作用机理,但关于爆炸性组分气体的本性对混合气体的爆炸影响的研究,较少见诸报道。所以本文选取了采空区四种重要的可燃性气体CH<,4>、H<,2>、CO和C<,2>H<,4>,测定其单组分气体的爆炸特性以及多组分可燃性气体所组成的瓦斯气体的爆炸极限,分析这四种可燃性气体的本性对所组成的瓦斯气体爆炸极限的影响,对抑制采空区瓦斯的爆炸、防止灾害的发生具有重要意义。
本文采用多元爆炸性混合气体爆炸试验装置系统开展研究,并对实验结果涉及的可燃性气体链反应机制进行了理论分析和探讨,研究工作的主要内容有:
(1)测定了CH<,4>、H<,2>、CO和C<,2>H<,4>四种单组分可燃性气体的浓度爆炸极限、火焰蔓延极限和最小点火能等爆炸特性参数,分析这些可燃性气体的爆炸本性。
(2)对H<,2>、CO、C<,2>H<,4>这三种气体与CH<,4>所组成的多组分可燃性混合气体进行系统的实验研究,获得大量多组分可燃性混合气体爆炸极限方面的参数,分析可燃性气体的本性对所组成的瓦斯气体爆炸极限的影响。
(3)探讨了单组分可燃性气体和多组分可燃性混合气体的链反应机制,同时探索了爆炸三角相图的应用研究。