超细粉体抑制矿井多元可燃性气体爆炸的实验研究

论文摘要

瓦斯爆炸严重威胁着煤矿的安全生产。利用有效的技术手段进行事故控制是十分必要的,因此研究抑爆材料对瓦斯爆炸的防治具有重要意义。本文基于瓦斯爆炸机理和粉体抑爆理论,分析了超细粉体抑爆剂的基本性能及特点,采用XKWB-1型20L近球形密闭式气体爆炸实验系统进行了一系列多元可燃性气体爆炸特性实验及超细粉体抑爆实验。首先,测试了甲烷-空气爆炸气体及CH4-CO-C2H6-H2-空气多元混合可燃气体的爆炸极限范围和爆炸特性参数,验证了实验系统的可行性,并且得出多元可燃性气体的爆炸下限要明显低于甲烷气体的结论;同时对比分析了单元及多元爆炸气体的爆炸特性参数,推断出多元可燃性气体的爆炸危险度要明显高于烷空气体。其次,通过大量分析调研,选取了硼酸锌、微米SiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3四种超细粉体作为抑爆剂,利用爆炸压力、爆炸压力上升速率、最大爆压到达时间等参数表征抑爆效果,测试并对比了四种超细粉体对CH4-CO-C2H6-H2-空气多元可燃性气体爆炸的抑制效果,同时研究了粉体抑爆剂本身特性和释放因素等对其抑爆效果的影响。实验结果表明,选取的四种超细粉体在防爆和抑制初始爆炸方面都具有一定的效果,抑爆效果由小到大依次为微米SiO2、硼酸锌、纳米SiO2、纳米CaCO3,粉体粒径越小抑爆效果越好,同数量级粒径下,材料本身含结晶水多的抑爆效果更好。添加粉体后,多元混合气体爆炸压力减小,压力上升速率降低,但反应容器内粉体浓度适量才具有更好效果,且粉体喷洒后,点火延迟时间应在固定范围内抑爆效果才更好。本实验系统及所得结论为粉体抑制多元可燃性气体爆炸的发展提供了一定的指导,为粉体抑爆技术研究奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 瓦斯爆炸机理的研究现状
• 1.2.2 瓦斯爆炸防治技术现状
• 1.2.3 抑爆技术及抑爆材料研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 2 矿井多元可燃性气体爆炸的理论分析
• 2.1 瓦期爆炸三要素
• 2.2 瓦斯爆炸机理研究
• 2.2.1 链式反应机理
• 2.2.2 基元反应方程式
• 2.2.3 甲烷氧化反应过程分析
• 2.2.4 热反应理论
• 2.3 矿井多元可燃性气体的主要成分及来源
• 2.4 矿井瓦斯爆炸传播过程的分析
• 2.5 瓦斯爆炸危害
• 2.6 本章小结
• 3 粉体抑爆的机理分析及材料特性研究
• 3.1 粉体材料抑爆的机理分析
• 3.2 物理化学抑制机理
• 3.2.1 物理抑制机理
• 3.2.2 化学抑制机理
• 3.2.3 物理化学混合抑制
• 3.3 超细粉体抑爆材料特性
• 3.3.1 超细粉体抑爆材料主要性能参数
• 3.3.2 超细粉体材料特点
• 3.3.3 超细粉体的独特效应
• 3.3.4 超细粉体颗粒聚团特性
• 3.4 本章小结
• 4 矿井多元可燃性气体爆炸特性的实验研究
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 实验条件
• 4.1.2 配气原则
• 4.1.3 爆炸极限判定准则
• 4.1.4 测试参数
• 4.2 实验系统构成
• 4.2.1 实验系统功能分析
• 4.2.2 XKWB-1 型近球形密闭式气体爆炸实验系统
• 4.3 矿井多元可燃性气体爆炸特性实验
• 4.3.1 实验步骤
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 超细粉体抑制矿井多元可燃性气体爆炸的实验研究
• 5.1 粉体选材
• 5.1.1 硼酸锌粉体特性
• 5.1.2 纳米碳酸钙粉体特性
• 5.1.3 二氧化硅粉体特性
• 5.2 实验方案
• 5.2.1 实验条件
• 5.2.2 抑爆材料添加量及配气比例
• 5.2.3 实验步骤
• 5.3 超细粉体抑爆效果验证
• 5.4 抑爆效果影响因素分析
• 5.4.1 粉体浓度对抑爆效果的影响
• 5.4.2 点火延迟时间对抑爆效果的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录