碳酸钙抑制管道中含煤尘甲烷爆炸的试验研究

摘要

本研究旨在探究碳酸钙对含煤尘甲烷爆炸的抑制效果，通过实验和数值模拟分析碳酸钙在不同粒径和浓度条件下的抑爆性能，为煤矿等高危环境的安全防护提供理论依据。实验基于自主研制的9.6 m方形长直管道进行，选取粒径为6.5～74μm、浓度为100～200 g/m³的碳酸钙作为抑制剂，研究其对含煤尘甲烷爆炸的影响。通过分析爆炸过程的压力变化，确定碳酸钙的最优粒径和浓度。同时，采用数值模拟对实验结果进行验证。实验结果表明：爆炸过程可分为四个阶段：甲烷燃烧、含煤尘甲烷燃烧、碳酸钙分解及阻碍。碳酸钙通过热分解反应降低氧气浓度并吸收热量，减缓燃烧反应速率，同时建立局部热平衡抑制爆炸传播。当碳酸钙浓度为150 g/m³、粒径为23μm时，抑爆效果最佳，最大压力抑制率达46.7%。数值模拟验证显示，模拟与实验的压力变化趋势一致，相对误差低于15%。碳酸钙作为一种有效的爆炸抑制剂，在特定粒径和浓度条件下对含煤尘甲烷爆炸具有显著的抑制效果。该研究为碳酸钙在工业爆炸防护中的应用提供了实验和理论支持。

关键词

安全工程 / 抑爆 / 甲烷-煤尘爆炸 / 数值模拟 / 碳酸钙

基金资助

国家自然科学基金面上项目(51874134)基于事故防治的含尘瓦斯气流爆炸传播流场结构演化过程实验研究