矿用非金属瓦斯抽采管静电安全性的实验研究

摘要

煤矿瓦斯抽采是防治瓦斯灾害事故的重要措施。近年来，随着新材料、新工艺的不断发展，非金属瓦斯抽采管在煤矿井下得到广泛使用。但非金属抽采管在输送瓦斯过程中易受到含煤、岩尘瓦斯气流剧烈摩擦而产生并积聚静电荷。在一定条件下，可能发生静电火花放电引爆瓦斯，给煤矿安全生产带来极大的安全隐患。本文在静电起电及放电理论的基础上构建了非金属抽采管静电起电试验系统和静电火花引爆瓦斯试验系统，研究了典型环境因素对非金属瓦斯抽采管静电起电和静电火花引爆瓦斯的影响规律，并在此基础上，提出非金属瓦斯抽采管的静电安全性能评价方法和静电防治措施。本论文主要工作与结论如下:
　　(1)根据静电学、材料学、摩擦学、爆炸学等相关理论知识，阐述了摩擦起电机理和静电火花点火理论。结合煤矿井下非金属抽采管瓦斯输送过程中静电起电特点，从理论上阐述了非金属抽采管静电起电机理、静电荷转移过程，并初步探讨了影响煤矿井下非金属抽采管产生静电电压大小因素。在理论分析的基础上，构建了模拟煤矿井下非金属抽采管静电起电试验系统和静电火花引爆瓦斯试验系统，用于非金属管路静电起电及放电试验研究。
　　(2)在实验室条件下，研究分析环境湿度、表面电阻、含尘气流流速对非金属抽采管静电电压影响规律。实验结果表明:在相同摩擦起电时间内，非金属抽采管表面电阻值越小，测量得到的静电电压越低;环境湿度越高，测量的静电电压越低;含煤尘气流流速越大，静电电压升高速率越快，饱和静电电压值越大。
　　(3)在实验室条件下，研究分析环境温湿度、电极间距、甲烷浓度对静电火花引爆瓦斯影响规律。结果表明:引爆瓦斯气体所需静电电压随着环境温度的升高而持续下降;随着球形电极间距由小到大的变化，引爆瓦斯气体所需的静电电压呈现出先减小后增大的变化趋势，存在敏感间隙，范围为1.5mm～2mm;在甲烷爆炸浓度范围内，随着甲烷浓度由低到高的变化，引爆瓦斯气体所需的静电电压呈现先减小后增加变化趋势，存在敏感浓度，范围为9.5％～10％;随着环境湿度的增加，引爆瓦斯气体所需的静电电压呈现持续增加的趋势。环境湿度小于40％时，引爆瓦斯气体所需静电电压变化较为缓慢;而湿度大于60％以后，引爆瓦斯气体所需静电电压快速增加。
　　(4)通过理论分析和实验研究，并结合前人研究成果及生产实践中积累的经验提出了煤矿井下非金属抽采管静电综合防治措施和初步探讨了非金属抽采管材静电安全性评价方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 影响非金属材料摩擦起电的因素研究现状

1．2．2 影响静电放电引燃能力因素研究现状

1．2．3 非金属材料静电安全性检测方法现状研究

1．2．4 存在的不足

1．3 论文的工作目标及主要内容

第2章 摩擦起电理论及静电火花点火理论

2．1 静电及静电起电

2．2 静电放电

2．3 静电火花在煤矿井下的危害

2．4 摩擦起电理论

2．4．1 摩擦起电机理

2．4．2 摩擦起电过程

2．4．3 影响非金属抽采管摩擦起电的因素初步分析

2．5 静电火花点火理论

2．5．1 静电火花引燃瓦斯过程

2．5．2 静电火花点火机理

2．5．3 最小点火能

2．5．4 静电火花放电能量计算方法

2．6 本章小结

第3章 非金属抽采管静电起电和静电火花引爆瓦斯试验系统构建

3．1 试验系统构建的目的及功能要求

3．1．1 试验系统构建的目的

3．1．2 试验系统的功能及要求

3．2 非金属抽采管静电起电试验系统构建

3．2．1 非金属抽采管静电起电试验系统结构

3．2．2 实验原理及测量方法

3．2．3 试验系统环境参数控制及实验步骤

3．3 静电火花引爆瓦斯试验系统构建

3．3．1 静电火花引爆瓦斯试验系统结构

3．3．2 实验原理

3．3．3 试验系统环境参数控制及实验步骤

3．4 本章小结

第4章 实验结果与分析

4．1 实验方案

4．2 非金属抽采管静电起电试验结果与分析

4．2．1 环境湿度对摩擦静电电压的影响

4．2．2 表面电阻对摩擦静电电压的影响

4．2．3 气流流速对摩擦静电电压的影响

4．3 静电火花引爆瓦斯试验结果与分析

4．3．1 环境温度的影响

4．3．2 球形电极间距的影响

4．3．3 甲烷浓度的影响

4．3．4 环境湿度的影响

4．4 本章小结

第5章 非金属抽采管静电安全性评价方法及防治技术措施

5．1 非金属抽采管静电安全性能评价方法

5．2 非金属抽采管静电灾害防治技术措施

5．2．1 矿用非金属抽采管静电控制与消除措施

5．2．2 静电事故预防预报

5．2．3 静电事故保护措施

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢

作者简介

作者在攻读学位期间发表的学术论文目录