煤自燃环境磷氮系抑爆剂抑制多元可燃气体爆炸机制研究

利用CHEMKIN软件,建立了磷氮系抑爆剂磷酸二氢铵(ABC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)抑制甲烷/乙烯/氢气多元可燃气体爆炸化学反应动力学模型,并进行数值模拟计算。模型包含多元可燃气体燃烧的化学反应动力学模型和磷氮系抑爆剂热分解的化学反应动力学模型,共61种组分和259步基元反应。根据模拟计算得到多元可燃气体各关键组分摩尔分数变化、反应平衡时温度变化、氢自由基和羟基自由基摩尔分数变化、温度敏感性系数变化等数据,探究关键抑爆组分并对其反应路径进行分析,揭示抑爆剂的抑爆机制。结果表明,ABC和MCA均对多元可燃气体有较好的抑爆效果,且抑爆效果随ABC和MCA比例的增加而增强,ABC抑爆效果优于MCA。两种抑爆剂皆可通过促进H基和OH基结合,生成更加稳定的H_(2)O从而达到抑爆效果,其中ABC的主要抑爆机制为HOPO和PO_(2)形成2HOPO⇔PO_(2)抑制循环,消耗大量H基与OH基生成更稳定的H2O,切断链式反应从而抑爆;MCA的主要抑爆机制为HNCO消耗H基和OH基生成H_(2)O,切断链式反应从而抑爆。

高岭土基复合粉体抑爆剂的制备及抑爆性能研究

长期以来,瓦斯爆炸事故的防治和高效抑爆技术一直是煤矿安全生产的重中之重。通过溶析结晶法和机械球磨法制备了高岭土基KHCO_(3)复合抑爆剂,采用扫描电镜、激光粒度仪及氮吸附等温线测试仪等设备对其表面结构、粒度分布以及比表面积等进行表征,在20 L球形爆炸测试系统中深入考察其抑爆效果,并分析其抑爆机理,结果表明高岭土基复合粉体抑爆剂抑爆效果明显。

惰气/赤泥两相抑爆剂抑制瓦斯爆炸试验研究

为研发新型高效气-固两相瓦斯抑爆剂,基于管道瓦斯爆炸试验平台,测试二氧化碳、氮气与赤泥两相抑爆剂对甲烷最大爆炸压力、火焰平均传播速度等参数的影响,对比分析两相抑爆剂与单相抑爆剂的瓦斯抑爆性能差异。结果表明:惰性气体/赤泥两相抑爆剂兼具惰性气体和赤泥的双重抑爆效应,其对甲烷爆炸的抑制性能优于单相惰气和赤泥,且抑爆效果随着惰性气体体积分数和赤泥质量浓度的增大而增大;惰气存在临界体积分数,高于该临界体积分数,添加较低质量浓度的赤泥即可完全抑制甲烷爆炸;低于该临界体积分数,实现甲烷爆炸完全抑制所需的赤泥质量浓度显著提高。

协同增效原理在煤尘抑爆剂中的应用实验

煤尘抑爆技术是防治煤尘爆炸的重要手段,抑爆技术核心是研究开发具有较好抑爆性能的抑爆剂。分析了煤尘抑爆剂的物理、化学、混合3种作用机理形式,并对现有抑爆剂进行了分类,提出了新型抑爆剂的基本特性,运用复配协同增效技术进行了抑爆剂的开发,选取Al(OH)3、聚磷酸铵和具有天然纳米孔结构的硅藻土为单体,通过合成得到3种复配型抑爆剂A、B、C;利用20L球形爆炸测试系统以爆炸特性参数为指标,对新型抑爆剂的抑爆效果进行了爆炸实验;结果表明,复配型抑爆剂较传统抑爆剂有更优越的抑爆性能,实现了协同增效。

粉体抑爆剂在煤矿应用研究的现状与展望

对粉体抑爆剂在煤矿中的应用及研究现状进行了分析,提出将抑爆剂分为惰化剂和抑制剂的两种划分;并就现有粉体抑爆剂的抑爆机理进行了探讨,综合得出三种抑爆机理类型,进而对现有粉体抑爆剂的理化性质及抑爆机理进行了对比;对粉体抑爆剂的最新研究动态进行了分析,并展望了粉体抑爆剂的研究方向。

催化型复合粉体抑爆剂抑制瓦斯爆炸压力实验研究

矿井瓦斯爆炸影响着矿井安全生产,瓦斯爆炸防治技术一直是矿井安全生产的重中之重。除了泄爆、隔爆等安全措施,抑爆也是一种高效防治技术。目前,投产使用的瓦斯爆炸抑制剂大多效果不佳,为了获取高效的粉体抑爆剂,以传统灭火剂KHCO3为基体材料,加入适量的二茂铁和微量的助磨剂、干燥剂,运用行星式球磨机,采用干法复配技术得到催化型复合粉体抑爆剂。通过标准的20 L球型爆炸装置,测试催化型复合粉体抑爆剂对瓦斯爆炸产生最大爆炸压力、最大压力上升速率等相关特征参数的影响。根据爆燃指数的计算结果对催化型复合粉体抑爆剂减缓瓦斯爆炸的危害程度进行详细分析。基于粉体表征结果对催化型复合粉体抑爆剂的抑制机理进行讨论。结果表明,二茂铁的加入明显改善了传统灭火剂KHCO_(3)的团聚现象,提高了其热解性能。干燥剂增加复合抑制剂的疏水性能,使其在常温常压下更易储存和运输。球磨机的研磨使得复合抑爆剂的粒径大幅减小,经检测,催化型复合抑爆剂体积加权平均粒径为40.61μm。催化型复合粉体抑爆剂最佳的抑爆减灾质量浓度为0.1 g/L,当二茂铁、KHCO_(3)、助磨剂与干燥剂3者质量比达到3∶16∶1时,催化型复合粉体抑爆剂展现了良好的抑爆性能:瓦斯爆炸最大爆炸压力降低31.6%、最大压力上升速率和爆燃指数均降低93.0%,抑制效果最佳。

基于超细冷气溶胶的油气爆炸抑爆剂研究

为了有效抑制油气爆炸传播,根据抑制爆炸的特殊需要,研究了冷气溶胶抑爆剂新配方,解决了超细冷气溶胶易于团聚这一技术难题。首先采用超音速气流粉碎新技术成功研制了超细冷气溶胶抑爆剂,平均粒度小于5μm。其次通过表面复合改性显著提高了超细粉体的稳定性和分散性,表面改性剂用量的临界质量分数为0.5%。参数测试和灭火实验表明新型冷气溶胶对火焰有强抑制、强窒息作用和对热辐射的遮隔、冷却作用,具有较强的油气抑爆灭火效能;中/小型油料火的灭火时间小于1.6s,抑爆剂用量低于60g/m^3。

典型固体抑爆剂对乙炔-空气的抑爆特性

为了揭示固体抑爆剂对乙炔-空气预混气体爆炸的抑爆效果,采用20 L球形爆炸测试系统,研究了典型固体抑爆剂SiO_(2)、Al(OH)_(3)和NaHCO_(3)对乙炔-空气预混气体爆炸特性的影响。结果表明:低粉体浓度(300 g/m^(3)以下)的SiO_(2)对乙炔-空气的爆炸威力具有促进作用,而高粉体浓度的SiO_(2)则具有显著的抑制作用;SiO_(2)、Al(OH)_(3)和NaHCO_(3)3种固体抑爆剂对乙炔-空气的抑爆效果依次增强;SiO_(2)和Al(OH)_(3)分别通过颗粒自身和分解吸热(生成Al_(2)O_(3)和H_(2)O)来降低乙炔-空气的爆炸威力,而NaHCO_(3)分解会产生Na_(2)CO_(3)、H_(2)O和CO_(2),兼具气、固、液三相的抑爆特点,因而对乙炔-空气预混气体的抑爆效果最好。

铝粉抑爆剂适用性能评估研究

工业应用中铝粉抑爆剂除需关注其安全抑爆效果之外,还需考虑环境影响等副作用。建立了包括环境毒理影响、后处理难度、前处理难度、安全抑爆效果和运行成本的铝粉抑爆剂适用性能评估模型,基于20L爆炸球试验测试数据,对碳酸钙、碳酸氢钠、磷酸二氢铵3种典型铝粉抑爆剂的综合适用性能进行了评估与分析。结果表明:碳酸钙的环境毒理影响较小,抑爆剂的后处理难度最小,运行成本最低,获得难度指标值略高于碳酸氢钠和磷酸二氢铵;磷酸二氢铵的安全抑爆效果最优;综合考虑3种铝粉抑爆剂的适用性能指标,可以得出在工业生产中铝粉抑爆剂磷酸二氢铵的适用性能高于碳酸钙和碳酸氢钠。该评估模型提供了铝粉抑爆剂适用性能比较量化的依据,结合实际工程参数调整模型可推广到其他涉粉行业抑爆剂的评估与选取。

铝粉爆炸特性研究及抑爆剂的开发

利用20 L球对粉尘云浓度为40、60、125、250 g/m3的铝粉展开爆炸特性实验研究,测试爆炸压力随时间的变化规律、最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率。实验发现,在实验条件下,当粉尘云质量浓度为250 g/m3时爆炸压力最大,为0.557 MPa;当粉尘云质量浓度为125 g/m3时最大爆炸压力上升速率最大,为22.5 MPa/s。在相同浓度下,磷酸二氢铵的抑爆效果优于碳酸钙,碳酸钙的抑爆效果优于碳酸氢铵,并且对于铝粉的抑爆效果随着抑爆剂体积分数的增加而逐渐增强,当磷酸二氢铵的体积分数超过30%便可以提供一个非常高效的抑爆效果。

工作面瓦斯爆炸的抑爆剂

序言甲烷的点燃及爆炸是井工采煤过程中的一种灾害。其中许多爆炸都发生在使用连续采煤机的采煤工作面。在采煤过程中,截头截齿与可采矿物之间的撞击,会突然点燃甲烷发展成一种强度足以伤人或死人的瓦斯爆炸。目前防止这种灾害的措施是通风(即向工作面通风,工作面释放瓦斯时即冲淡瓦斯)

含磷抑爆剂对煤尘爆炸抑制机理的原位分析

煤炭是中国能源结构中至关重要的一部分,研究煤尘爆炸高效抑爆技术、揭示煤尘爆炸抑制机理,对保障中国经济持续增长和工业化进程持续加速具有重要作用。该文采用原位热解飞行时间质谱(in-situ Py-TOF-MS)深入分析了原煤与含植酸煤样的热解特性和产物分布。研究结果显示:含植酸抑爆剂能够显著降低煤尘热解过程中轻质可燃气体(主要为CH4和CO等)和有机挥发物(主要为烯烃、芳香类化合物、酚类化合物、二羟基芳烃)的含量。含植酸细水雾热解产生的主要化学抑爆组分包括[(HO)_(2)PO]_(2)O、PO(OH)_(3)和HOPO_(2)等,这些小分子含磷组分能够通过消耗H和OH等关键火焰自由基,有效终止爆炸链式反应。添加含植酸抑爆剂后,煤尘样品的放热量下降了15.8%,活化能从11.3 kJ/mol升高到16.4 kJ/mol。

泡沫金属板腔体添加剂的抑爆效果研究

为了提高泡沫隔爆装置的抑爆性能,提出了向泡沫金属板中填充干粉抑爆剂来增强泡沫金属板的隔爆效果。试验以自行研制的"瓦斯-煤尘爆炸系统"为试验基础,采用15 ppi、0.3 g/cm^3、铁∶镍=9∶1泡沫铁镍金属板为填充骨架,以ABC和BC超细干粉为填充材料。通过正交试验,寻求向泡沫金属板中填充的最佳抑爆材料和填充比例。试验结果表明:泡沫金属板中填充干粉抑爆剂具有良好的抑爆效果,15 ppi、0.3 g/cm^3、铁∶镍=9∶1泡沫铁镍金属板最佳填充比例为35%,抑爆效果最佳的填充体是ABC∶BC=1∶1的混合干粉抑爆剂,能使爆炸产生的压强由0.342 MPa降低至0.098 MPa,衰减率为71.3%,火焰速度由522 m/s降低至114 m/s,降低率达到78.1%,爆炸产生的强度明显减小。

抑爆粉剂浓度及粒度对瓦斯爆炸抑制效果的影响

抑爆粉剂的参数指标是影响隔抑爆装置抑制瓦斯爆炸效果的重要因素之一。通过20 L球形爆炸特性实验装置对多种不同抑爆粉剂浓度及粒度条件下的瓦斯爆炸特性参数进行了测试。研究表明:随着抑爆剂浓度的逐渐增加,瓦斯爆炸最大压力降低,最大压力上升速率降低,压力到达峰值时间延迟;在20 L密闭环境,粉剂粒度<15μm的条件下,当抑爆粉剂浓度增加到225 g/m^3时,瓦斯混合气体被完全惰化,失去爆炸性;在15~80μm抑爆粉剂粒度范围内,随着粒度的减小,抑爆性能先减弱后增强,在抑爆粉剂浓度为200 g/m^3时,15μm与70~80μm粉剂粒度最大爆炸压力分别下降了19.8%,17.8%,而40~50μm粒度爆炸压力下降了6.4%。

抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响

单位面积内的抑爆剂浓度是影响瓦斯爆炸抑制效果的关键因素。为研究抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响,在500 mm爆炸管道内开展了5种不同面密度抑爆剂作用下的抑爆实验。研究表明:ABC超细干粉灭火剂对爆炸火焰的抑制作用较对爆炸压力的衰减作用更明显,实验中爆炸压力降幅最高为57.6%,火焰速度降幅最高达100%。抑爆效果随抑爆剂面密度的增大而增强,只有当抑爆剂面密度大于临界值时,爆炸压力与火焰才能同时得到有效控制,实验中测得的临界面密度为40.8 kg/m^2。

硅酸盐矿物干燥剂对抑爆粉剂吸湿性及抑爆性能影响的试验研究

为研究以蒙脱石、海泡石和坡缕石为基料的硅酸盐矿物干燥剂对抑爆粉剂吸湿性能的影响,在煤矿试验巷道中对抑爆粉剂的吸湿率进行了测试,并利用20 L球形爆炸测试系统,研究了按不同质量比混合的抑爆粉剂与干燥剂对瓦斯爆炸的抑制效果。研究结果表明:随着时间的增加,经过坡缕石粉干燥后的抑爆剂吸湿率变化最小;在临界抑爆浓度300 g/m^3附近,最大爆炸压力和最大压力上升速率随抑爆粉剂加入量的增加而降低,峰值压力时间越滞后;当抑爆粉剂与坡缕石粉剂混合质量比大于等于5∶1时,能有效抑制住瓦斯爆炸火焰。

CF_(3)H和CO_(2)抑制CH_(4)爆炸实验研究

为对比研究CF_(3)H和CO_(2)对CH_(4)爆炸特性的抑制效果,使用20 L球型爆炸压力测试系统分别测量对比2种抑制剂对CH_(4)在空气中爆炸极限范围的影响;研究了不同体积分数的2种抑制剂对CH_(4)体积分数9.5%爆炸压力参数影响,分析了2种抑制剂针对CH_(4)在空气中爆炸的爆炸三角形。结果表明:CF_(3)H和CO_(2)均能缩小CH_(4)在空气中的爆炸极限范围,抑制CH_(4)至失爆所需CF_(3)H和CO_(2)体积分数分别为12.5%和21.5%;对比抑制CH_(4)体积分数9.5%的爆炸参数(反应峰值压力和升压速率),10%CF_(3)H的抑爆能力是等量CO_(2)的1.95倍和1.3倍,但是低于体积分数4%的CF_(3)H单独使用时对CH_(4)爆炸存在微弱的促进作用;2种抑制剂作用下的爆炸三角形显示CF_(3)H抑制下的可爆区域面积小于CO_(2),安全区域内CF_(3)H的窒息比是CO_(2)的57%。

C_(2)HF_(5)/伊利石抑制甲烷爆炸的实验研究

为研发新型环保高效的甲烷爆炸抑制剂,基于自主研发的透明亚克力管道爆炸实验平台,测试五氟乙烷(C_(2)HF_(5))气体、伊利石粉体单相抑爆剂及C_(2)HF_(5)/伊利石粉体两相抑爆剂对甲烷-空气预混气体的抑爆效果和爆炸特性参数的影响,并通过电镜扫描、粒径分析对伊利石粉体进行了表征分析。结果表明:五氟乙烷及伊利石粉体单独作用时均对甲烷-空气预混气体有抑爆作用,C_(2)HF_(5)的抑爆效果随其体积分数的增大而增大,当体积分数大于6%时完全抑爆,伊利石粉体存在最佳抑爆质量浓度,为0.16 g/L;C_(2)HF_(5)/伊利石粉体两相抑爆剂共同作用下的抑爆效果更佳,具有气体和粉体的双重抑爆性,且C_(2)HF_(5)存在临界体积分数,当高于临界体积分数时,添加较低质量浓度的伊利石粉体即可完全抑爆,该临界体积分数为3%~4%。最后,结合气体、粉体抑爆剂的热解特性及伊利石粉体的结构表征和元素组成分析了C_(2)HF_(5)/伊利石抑制甲烷-空气混合气体爆炸的机理,可为瓦斯爆炸灾害新型抑爆剂的开发利用提供参考。

受限空间油气抑爆模拟实验

针对受限空间的特点，建立了油气爆炸及其抑爆模拟实验系统，研制了新型高效超细粉体抑爆剂，对受限空间油气爆炸及其抑爆过程进行系统的实验研究，分析了抑爆机理。研究表明抑爆剂的喷射方式、喷射压力、喷射用量以及布置方式等因素对抑爆效果有着重要的影响，得到了抑爆装置的关键设计参数，为进一步研制抑爆装置奠定了实验和理论基础。

基于煤质分析的煤尘爆炸特性分析及抑爆措施研究

在煤尘抑爆中,需要煤尘爆炸抑制机理和煤尘爆炸特性理论分析,因为两者是相互联系的。所以,本文将会针对煤尘爆炸特性进行分析,探讨出现煤尘爆炸的条件和因素,分析抑爆剂的作用和性质,从而提出新型抑爆剂研发原理,并对抑爆剂的物理、化学、混合类型进行分析。