硫化矿尘云爆炸强度与爆炸下限浓度试验研究

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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/T 16425-1996、GB/T 16426-1996设定点火能量为10 k J,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。
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