超细粉体抑制甲烷—空气预混气爆炸实验研究

论文摘要

瓦斯爆炸是危害最大的矿井灾害之一,严重威胁着井下工作人员的生命安全,制约矿井生产的发展。井下的生产环境极其复杂,事故的随机性和偶然性表现突出,给事故预防带来极大的困难,所以利用有效的技术手段进行事故控制是十分必要的,尤其针对瓦斯爆炸这类难预防、危害严重的事故进行控制具有重要的现实意义。但目前国内外众多瓦斯爆炸控制技术研究成果中,还没有一项技术能在爆炸三要素同时具备的情况下有效控制矿井瓦斯混合气体不发生爆炸。所以,开发和研究新型抑爆材料对瓦斯爆炸灾害的防治具有重要意义。本文从粉体抑爆机理及抑爆剂基本性能出发,分析了超细粉体抑爆剂的可行性及特点,并自行搭建了20L近球形抑爆实验装置,选取二氧化硅和硅藻土粉体作为瓦斯抑爆剂,进行了系列实验。首先,测试了宏观静止和湍流两种状态下烷-空混合气体的爆炸特性参数,得出初始湍流对瓦斯爆炸具有明显促进作用的重要结论,同时分析了湍流对爆炸特性参数的影响规律,为正确处理粉体抑爆实验中材料施放的诱导湍流问题提供了指导;其次,利用爆炸极限、爆炸压力等特性参数表征抑爆效果,探讨了粉体抑爆剂抑爆效能的测试方法,测试并对比了二氧化硅和硅藻土超细粉体抑制烷-空预混气爆炸的效果,同时研究了粉体抑爆剂本身特性和施放因素等对其抑爆效果的影响规律。实验结果表明:主要成分为SiO2的超细粉体在防爆和抑制初始爆炸方面都具有一定的效果。其中,抑爆效果由大到小依次为纳米SiO2、微米硅藻土、微米SiO2,粉体粒度越小抑爆效果越好,且同数量级粒度下,多孔硅藻土的抑爆效果更好。添加超细粉体后,甲烷爆炸极限浓度范围变窄,爆炸压力降低,但反应容器内粉体浓度适量才具有明显效果,且粉体喷洒后,仅在固定时间范围内抑爆效果较明显。粉体抑爆实验系统的搭建及超细粉体抑爆系列实验研究为粉体抑爆剂施放工艺设计和抑爆性能优化提供了一定的指导,为发展超细粉体抑爆剂奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 瓦斯爆炸的主要防治措施
• 1.2.2 瓦斯爆炸控制技术
• 1.2.3 粉体抑爆的研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 技术路线
• 2 超细粉体抑制瓦斯爆炸的理论分析
• 2.1 瓦斯爆炸机理分析
• 2.1.1 瓦斯的物化特性
• 2.1.2 可燃性气体爆炸机理
• 2.1.3 瓦斯爆炸的链式反应机理
• 2.2 粉体抑爆的机理分析
• 2.2.1 物理抑制作用
• 2.2.2 化学抑制作用
• 2.2.3 混合抑制作用
• 2.3 粉体抑爆材料应具备的主要性能
• 2.3.1 灭火性
• 2.3.2 时效性
• 2.3.3 流动性
• 2.3.4 易贮存性
• 2.3.5 绝缘性
• 2.3.6 低腐蚀性
• 2.4 超细粉体抑爆的性能分析
• 2.4.1 超细粉体的主要特点
• 2.4.2 超细粉体独特的抑爆性能
• 2.5 本章小结
• 3 粉体抑爆实验系统
• 3.1 粉体抑爆实验系统概况
• 3.2 实验系统功能分析
• 3.3 搭建实验系统
• 3.4 本章小结
• 4 湍流状态烷-空混合气体爆炸特性实验
• 4.1 实验目的及意义
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验工况
• 4.4 实验步骤
• 4.4.1 准备
• 4.4.2 查漏
• 4.4.3 配气
• 4.4.4 点火
• 4.4.5 数据采集
• 4.4.6 清理反应罐
• 4.5 实验结果及分析
• 4.5.1 爆炸极限
• 4.5.2 爆炸压力相关参数
• 4.5.3 湍流强度变化对爆炸的影响
• 4.6 本章小结
• 5 超细粉体抑制烷-空预混气爆炸实验
• 5.1 实验选材及其特性分析
• 5.1.1 二氧化硅粉体特性
• 5.1.2 硅藻土粉体特性
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验工况
• 5.4 实验步骤
• 5.5 实验结果及分析
• 5.5.1 抑爆效果验证
• 5.5.2 抑爆效果影响因素分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录