障碍物对瓦斯煤尘火焰传播过程影响的实验研究(一)

障碍物对瓦斯煤尘火焰传播过程影响的实验研究

    吴红波1，陆守香2，张立1

   (1．安徽理工大学，安徽淮南  232001；2．中国科学技术大学，安徽合肥230026)

    摘  要：对障碍物在瓦斯煤尘燃烧爆炸过程中的火焰传播规律进行了实验研究，结果表明：障碍

物对火焰的传播速度具有重要的影响。有障碍物存在时，火焰传播速度将迅速提高，且随着障碍物的数

量和特征尺寸的增大，火焰的传播速度也将迅速提高。在沿火焰传播的通道上设置障碍物，对气相火焰

的加速作用机理可归功于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈。瓦斯浓度对火焰传播速度也同样

具有重要的影响，对于同一特征尺寸的障碍物，瓦斯浓度越接近化学计量比，障碍物对火焰的加速作用

越显著。

   关键词：障碍物；瓦斯；火焰；传播；影响；研究    ·

   中图分类号：TD712；TD714．+5    文献标识码：A    文章编号：1008-4495(2004)03-0006-03

    在煤矿井巷中，瓦斯爆炸可能引起煤尘爆炸，使

爆炸进一步进行下去，从而使灾情进一步扩大。更为

严重的是，煤尘参与爆炸后由于不完全燃烧产生大

’量的一氧化碳气体，给救护工作带来极大的困难。据

统计，2003年1-9月全国煤矿企业共发生瓦斯煤尘爆

炸近30余起，死亡人数达500余人。这些事故的发生

暴露了许多亟待研究的重大理论和技术问题，如瓦

斯的传播规律、燃烧转爆轰的条件，煤矿井下的障碍

物对爆轰波的诱导、反射、迭加规律及引起爆轰的作

用，瓦斯诱导煤尘参与燃烧后瓦斯、煤尘的传播规律

等，它涉及到多相流、湍流燃烧、带化学反应的非线

性波传播等理论问题。作者采用火焰加速管，研究了

障碍物在瓦斯煤尘燃烧和爆炸过程中对火焰传播的

影响，以期对煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的理论研究有

所裨益，对煤矿的安全生产有所帮助。

亚实验方法

   为了研究障碍物在瓦斯煤尘燃烧和爆炸过程中

对火焰传播的影响，自行设计了一套“火焰加速实验

系统”，整个系统由5个部分组成，即由输配气系统、

火焰加速管、火焰速度测量系统、点火系统，以及动

态数据采集分析系统组成，见图1。

1．1火焰加速管

   该管道采用全透明的12mm厚有机玻璃板制成，

管道为方管，长1 500mm，截面为100mmxl00mm：

此火焰加速管安放在水平的实验台上，一端封闭，一

端开口，封闭端采用法兰连接，中间用密封垫密封，

以保证密封良好，法兰板中心位置开有一个螺纹孔，

从这里插入点火电极，然后加上密封圈，涂上凡士村

后旋紧，确保不漏气。开口端用8mm厚的玻璃挡板拦

住，上面安装有抽排气口，抽真空的时候封上盖子，

点火前，在管道底部均匀地铺上一定比例的煤尘，再

放上障碍物，采用全透明的火焰加速管便于观察火

焰传播的全过程，更有利于光电传感器对火焰传播

速度的测量。   

1．2动态数据采集分析系统

   该系统采用日本HIOm公司生产的8841型MEM-

ORYHICOREDER字记录仪，共有16个模拟通道，4个

逻辑通道，带有一个软驱，一个MO光驱，一个SCSI接

口，另外，它还带有一个内部打印机。其采样速率为1

M，即每1旷睬一个点，能满足微秒级数据采集速度的

要求。它具有自动采集、储存、数据处理和波形显示及

打印输出的功能，能进行电压、电流、速度、温度，压力

等物理量的测量，能同时将8个通道的测试结果显示在

屏幕上，具有将曲线压缩、拉伸、放大和缩小的功能，还

能进行网络通信，是一台多功能的仪器。

    作者简介：吴红波，硕士，主要从事爆炸安全及煤矿井下

瓦斯煤尘燃烧爆炸预防方面的教学与科研工作。