分散度对煤粉爆炸特性的影响

张江石^1,2，孙龙浩¹

1. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院2. 华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室

摘 要：煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_ex、最大爆炸压力上升速率（dp/dt）_ex、开始点火至最大爆炸压力的时间段t₁和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t₂四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t₁和t₂明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D₁₀,D₂₅（为投影面积的10%和25%的颗粒直径）、D_3,2（索特尔直径）与最大爆炸压力上升速率、t₁和t₂三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D₁₀,D₂₅和D_3,2可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。

关键词：分散度;爆炸烈度;煤尘;粉尘爆炸;