硫化矿尘云爆炸强度与爆炸下限浓度试验研究

摘要

为研究硫化矿尘云的爆炸强度与爆炸下限浓度两项参数，采用20L球形爆炸装置，依照GB/T16425-1996、GB/T16426-1996设定点火能量为10 kJ，在60 g/m3、250 g/m3、500 g/m3、750 g/m3、1000 g/m3、1500 g/m3六个浓度基点，将含硫量与粒径作为主要影响因素，含硫量按小于10％、10%~20%、20%~30%分为D、C、B三个水平，粒径按200目筛下、300目筛下、500目筛下分为三个水平，建立二因素三水平完全试验。首先，由爆炸强度试验得到最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数；然后，通过爆炸下限浓度试验，获得爆炸下限浓度；最后，建立GRNN预测模型。主要工作如下：
　　（1）评价了硫化矿尘的爆炸猛烈度与爆炸敏感度。各试验组的最大爆炸压力上升速率均不超过33 MPa·s-1，爆炸指数均不超过9 MPa·m·s-1，爆炸下限浓度均高于100 g/m3，由相应标准确定硫化矿尘为弱爆炸性粉尘，爆炸猛烈度为St1级，爆炸敏感度弱。
　　（2）获得了浓度对硫化矿尘最大爆炸压力的影响规律。随浓度增加，最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势，经最大爆炸压力拟合曲线预测B200组、B300组、B500组、C200组的最大爆炸压力峰值依次为0.271 MPa、0.281 MPa、0.209 MPa、0.157 MPa，对应浓度依次为1220 g/m3、1272 g/m3、1000 g/m3、843 g/m3。
　　（3）归纳了含硫量对硫化矿尘爆炸的影响规律。含硫量对硫化矿尘爆炸起最关键作用，含硫量低于15.96%，试验均不爆炸；含硫量高于17.12%，均有爆炸能力。临界含硫量为16%~17%，即超过临界含硫量表现为活性粉尘，低于临界含硫量表现为惰性粉尘。含硫量越大，硫化矿尘的爆炸压力越大。
　　（4）总结了粒径与含硫量对爆炸持续时间的影响规律。同一含硫级，浓度在250 g/m3内，爆炸持续时间受粒径影响大，粒径越大，爆炸持续时间越长。超过250 g/m3，硫化矿尘爆炸持续时间由含硫量与粒径二者共同制约。
　　（5）获得了爆炸下限浓度。B200组、B300组、B500组、C200组爆炸下限浓度依次为230 g/m3、150 g/m3、200 g/m3、640 g/m3。含硫量越高，爆炸下限浓度越低；粒径小于10μm时，高含硫组存在最优粒径(约为6.185μm)使粉尘形成最稳定的湍流度，对应的爆炸下限浓度最低，约为150 g/m3。
　　（6）分析了硫化矿尘的爆炸产物。试验均释放出超过940 ppm的SO2气体，且爆炸产物表现为Fe2+被氧化为Fe3+的特征，因此，爆炸的主要参与物应为含Fe硫化物。
　　（7）建立了GRNN预测模型。将含硫量、粒径、浓度、矿石含水率、Fe含量作为网络输入，对最大爆炸压力进行预测，平均预测误差均在7%以内，预测效果良好。