高温热源引燃下甲烷/煤尘混合物爆炸特性研究及风险评估方法

《Scientific Reports》：The effects of dust on gas explosion characteristics induced by high-temperature heat source

　　

摘要

煤矿采空区的瓦斯突出会携带自燃煤表面的煤尘，显著增加瓦斯/煤尘爆炸的风险，而这往往会导致灾难性事故。然而，目前鲜有研究探讨高温热源引燃下甲烷/可燃粉尘混合物的爆炸特性。为此，本研究利用自主研发的气体爆炸装置，考察了高温引燃条件下煤尘对甲烷/空气爆炸的影响。具体而言，通过实验阐明了煤尘浓度与引燃温度之间的关系。结果表明，高温热源引发的甲烷/煤尘混合物爆炸过程遵循与常规甲烷/空气爆炸相似的规律。值得注意的是，煤尘的加入显著影响了关键爆炸参数（P、dP/dt、T）。基于这些发现，提出了一种综合评估甲烷/煤尘混合物爆炸风险的方法，该方法确定了所测煤尘的最危险浓度，并揭示了潜在的爆炸反应机制。此外，验证了帕尔默和汤金提出的煤尘引燃温度实验，修正了其预测公式，并推导出了改进的煤尘引燃温度预测公式。这些发现为提升煤矿采空区安全水平及改进工业爆炸防范提供了实验和理论支持。