Page 197 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 第 8 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 8
2026 年 8 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Aug., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0045

基于 Box-Behnken 响应面的煤尘爆炸强度多因子

耦合效应的实验研究 *

郭宏泽，陈 曦，杨恒一

（太原理工大学安全与应急管理工程学院，山西 太原 030024）

摘要： 为分析煤尘瞬态爆炸反应过程中多因素耦合效应对爆炸强度的影响，采用 Box-Behnken 试验设计方法在
20 L 球形爆炸测试系统中进行了 45 组爆炸试验，观察了煤尘质量浓度（ρ）、煤尘粒径（D）、煤挥发分质量分数（w）、点
火能量（E）和点火延迟（t d ）5 个因素耦合作用下煤尘爆炸强度的宏观特征。通过测量压力变化来监控爆炸过程，并从
˙ p max ）。使用 Design-Expert 软件分析实验结果，建立
压力-时间曲线确定最大爆炸压力（p max ）及最大爆炸压力上升速率（
了响应量 p ma 和 ˙ p max 的二次回归模型。结果显示，在方差分析中，p ma 和 ˙ p max 的决定系数 R 分别为 0.977 1 和 0.925 8，
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p max ）影响最大的单因素是点火能量（E）和点火延迟
表明模型和实验数据拟合良好。在模型中，对煤尘最大爆炸压力（
˙ p max ）影响最大的单因素是煤尘粒径（D）和点火延迟（t d ）。影响 p ma 的显著双因素交
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（t d ），对最大爆炸压力上升速率（
互作用是 ρD、ρE、ρt d 、Dw、wE、wt d 和 Et d ，而影响 ˙ p max 的显著双因素交互作用是 ρt d 、Dw、Dt d 、wt d 和 Et d 。其中，点火延
迟（t d ）在响应量 p ma 和 ˙ p max 中起决定性作用。
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关键词： 煤尘爆炸；爆炸强度；Box-Behnken 试验设计；响应面法
中图分类号： O389 国标学科代码： 13035 文献标志码： A
Experimental study of the multi-factor coupling effect of coal dust explosion
intensity based on Box-Behnken response surface

GUO Hongze, CHEN Xi, YANG Hengyi
（College of Safety and Emergency Management and Engineering, Taiyuan University of Technology,
Taiyuan 030024, Shanxi China）

Abstract: Using the Box-Behnken experimental design method, the influence of multi-factor coupling effects on the intensity
of coal dust explosion during the transient explosion reaction process was studied. Forty-five sets of explosion tests were
carried out in a 20L spherical explosion test system, examining the macroscopic characteristics of the coal dust explosion
intensity under the coupling effects of five factors: coal dust concentration (ρ), coal dust particle size (D), coal volatile matter
(w), ignition energy (E), and ignition delay (t ). The explosion process was monitored by measuring pressure changes, and the
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maximum explosion pressure (response value p max ) and the maximum explosion pressure rise rate (response value ˙ p max ) were
determined from the pressure-time curve. The Design-Expert software was used to analyze the experimental results to establish
a quadratic regression model for response values p max and ˙ p max , and the models were verified by four different methods. The
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results show that in the variance analysis, the coefficient of determination R for p max and ˙ p max is 0.977 1 and 0.925 8,
respectively, indicating a good fit between the model and experimental data. The single factors with the greatest influence on
the maximum explosion pressure (p max ) are ignition energy (E) and ignition delay (t ), while the single factors with the greatest
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˙ p max ) is coal dust particle size (D) and ignition delay (E). In the
influence on the rise rate of the maximum explosion pressure (

* 收稿日期： 2025-02-18；修回日期： 2025-06-06
基金项目： 国家自然科学基金（52174195，51704145）
第一作者： 郭宏泽（2000－ ），男，硕士研究生，guohz777@163.com
通信作者： 陈 曦（1987－ ），男，副教授，chenxi01@tyut.edu.cn

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