高硫金屬礦井產(chǎn)生的硫化礦塵容易堆積在巷道表面和飄浮在空氣中,分別形成硫化礦塵層和硫化礦塵云。硫化礦塵(礦塵層、礦塵云)在井下高溫環(huán)境易發(fā)生自燃或爆炸,由此引發(fā)的井下火災(zāi)造成人員和設(shè)備的巨大損失。為進一步研究硫化礦塵爆炸特性,以及硫化礦塵爆炸猛烈度參數(shù)(最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率)和爆炸敏感度參數(shù)(最小點火能、最低著火溫度)隨影響因素的變化規(guī)律,為含硫金屬礦山預(yù)防硫化礦塵爆炸提供依據(jù),本文在粉塵爆炸理論和前人研究基礎(chǔ)上,進行硫化礦塵爆炸強度實驗、最小點火能實驗、最低著火溫度實驗,使用COMSOL Multiphysics軟件對硫化礦塵噴入20L爆炸球做溫度場和氣固兩相流場耦合分析。具體研究內(nèi)容如下:(1)在20L爆炸球中對不同含硫量、不同粒徑硫化礦塵進行爆炸強度實驗,得出A、B、C三類硫化礦塵均可發(fā)生爆炸,而D類硫化礦塵不發(fā)生爆炸;A、B、C三類硫化礦塵最大爆炸壓力分別為0.33MPa、0.24MPa、0.16MPa;最大爆炸壓力上升速率分別為32.12MPa/s、28.34MPa/s、15.59MPa/s;由此可見,含硫量對硫化礦塵爆炸猛烈度參數(shù)具有顯著影響;理論上硫化礦塵最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率與比表面積成正比、與粒徑和分散度成反比,隨質(zhì)量濃度增加呈先增大后減小規(guī)律;然而,隨著質(zhì)量濃度的增加,細顆粒粉塵易發(fā)生團聚現(xiàn)象,使硫化礦塵粒徑、比表面積和分散度發(fā)生改變,進而影響了硫化礦塵爆炸猛烈度參數(shù)的變化規(guī)律:通常含硫量、粒徑、比表面積、分散度和質(zhì)量濃度共同影響硫化礦塵爆炸特性;擬合結(jié)果表明:硫化礦塵持續(xù)燃燒時間隨質(zhì)量濃度變化規(guī)律滿足Sine Damp方程;(2)以化學點火頭在20L爆炸球中對各組硫化礦塵進行最小點火能實驗,得出各組硫化礦塵最小點火能為:A500組3~4kJ、B500組6~8kJ、C500組12kJ;A300組2~3kJ、B300組4~6kJ、C300組12kJ;A200組2~3kJ、B200組6~8kJ、C200組12kJ;用Logistic模型分析得出硫化礦塵在不同點火概率下的最小點火能,獲得比其余計算方法更為準確的結(jié)果;硫化礦塵云含硫量愈高,點火時受熱生成的氣相單質(zhì)硫就愈多,由硫燃燒釋放的熱量愈充足,硫化礦塵著火需要由點火頭提供的能量越少,即最小點火能越小;(3)分別用熱板和G-G爐進行硫化礦塵層和硫化礦塵云最低著火溫度實驗,結(jié)果表明:硫化礦塵層最低著火溫度為430℃;硫化礦塵云最低著火溫度為386℃;分析表明:各因素對硫化礦塵云最低著火溫度的影響順序為含硫量粒徑質(zhì)量濃度噴粉壓力;硫化礦塵云含硫量越高、質(zhì)量濃度越小、噴粉壓力越小,最低著火溫度越低;在某粒徑條件下,存在硫化礦塵云最低著火溫度最大值;(4)運用COMSOL Multiphysics軟件對硫化礦塵噴入20L爆炸球過程做溫度場和氣固兩相流場耦合分析,得出硫化礦塵噴入20L爆炸球60ms時間內(nèi)速度分布圖和粒子運動軌跡圖與實際相符,因此,硫化礦塵爆炸強度實驗時合理的點火延遲時間為60ms,硫化礦塵在20L爆炸球中運動規(guī)律主要受氣固兩相流場控制。
【學位單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD714.5
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

B300 28.05 26.18 0.905 6.185 29B200 27.24 25.68 1.040 9.467 49C500 23.81 15.96 0.757 3.313 14C300 23.37 15.46 0.935 6.098 35C200 23.37 17.12 1.321 9.287 50D500 17.97 8.45 0.639 5.039 19D300 16.95 9.74 0.901 7.158 28D200 18.99 9.18 1.731 9.511 35一般地，在 20L 爆炸球中進行爆炸強能取得最佳實驗效果。本文設(shè)定的硫化礦1500g/m3。3.1.2 實驗裝置硫化礦塵爆炸強度實驗裝置—20L 爆制造，該實驗爆炸裝置主要由 20L 爆炸球成。如圖 3.2 所示，分別為 20L 爆炸球?qū)嶓w

圖 5.1 20L 爆炸球二維模型圖 5.2 20L 爆炸球網(wǎng)格劃分化場耦合模擬前需對硫化礦塵顆粒模型化處理：將硫化礦塵視球形固體顆粒，忽略粉塵顆粒間的碰撞作用，僅考慮重力、黏器壁碰撞力對粉塵顆粒的作用；假定硫化礦塵云是不可壓縮的且其密度和動力黏度都是恒定不變的常數(shù)。模擬硫化礦塵在 2做速度和壓力都隨時間變化的流動過程。數(shù)炸球多物理場耦合模型參數(shù)設(shè)置對數(shù)值模擬結(jié)果影響很大，關(guān)果的準確性[82]，更為詳細的參數(shù)如表 5.1 所示。表 5.1 數(shù)值模擬模型主要參數(shù)參數(shù) 數(shù)值空氣溫度(℃) 25
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本文編號：2878953