煤粉粒径对突出瓦斯-煤粉动力特征的影响

摘要

为进一步研究煤与瓦斯突出机理以及突出煤粉粒径对突出瓦斯-煤粉动力特征影响机制,研制了突出粉煤-瓦斯两相流模拟试验系统.设置的管内安装传感器可用于同时测量突出气体冲击力以及运动煤粉对传感器的打击.煤粉在试验巷道内的动态传播特征可由传感器受到的打击情况进行分析.另外,针对目前纹影仪无法观察圆形管道内流场的问题,从纹影效果失效的原理出发,设计了一种用于观察圆形管道内流场的纹影系统直接研究突出激波波阵面的传播.利用试验系统进行4种煤粉粒径的突出试验,重点观测了突出气流冲击力、激波波阵面传播、煤粉冲击等参数.研究结果表明:气流冲击波速度远大于煤粉运动速度,在试验巷道中的突出气流冲击波在时间上会先于煤粉到达试验巷道的任何位置,气流冲击波到达传感器之后压力会在极短的时间内达到最大值,峰值压力能够保持0.01 s左右.气体冲击力随着煤粉粒径目数的增加而增加,试验中4种粒径下气体冲击力平均依次增加10.9％,11.4％,7.6％.气体冲击力在巷道内传播先增强后衰减,粒径80～ 200目情况下,2.27,4.27,6.27和8.27 m处传感器冲击波强度依次增强13.6％、衰减13.4％、衰减20.6％.随着距离的增加煤粉对传感器的打击力呈明显的减弱趋势.煤粉运动速度随着煤粉粒径目数的增加而增加,试验中4种粒径下,试验巷道内煤粉平均速度分别为34.4,37.3,39.1,41.7 m/s.煤粉速度在巷道内先加速后减速,粒径80～200目情况下,4个巷道内煤粉平均速度依次增加31.4％、减小12.2％、减小13.1％.纹影系统可观测到突出激波波阵面,激波波阵面垂直于试验管道轴线向突出方向高速运动.纹影计算得到波阵面的传播速度与理论间接计算值具有很好的一致性.