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瓦斯爆炸抑制材料的特性及抑爆作用研究

作　者: 罗振敏
导　师: 葛岭梅
学　校: 西安科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 瓦斯爆炸 抑爆材料 纳米特性 抑爆作用 自由基链式反应
分类号: TD712.7
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 448次
引　用: 5次
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内容摘要


近年来我国煤矿安全生产形势严峻,瓦斯爆炸事故频发,开展瓦斯爆炸抑制材料及其抑爆作用的研究迫在眉睫。通过对目前国内外瓦斯防治及抑爆材料与相关技术的分析,本论文在纳米材料具有特殊效应的基础上,通过材料特性与抑爆可行性分析选取系列具有纳米特性的物质如气溶胶、盐类活化水雾、纳米SiO2、天然纳米孔结构材料硅藻土等以及与之相比较的镁系、铝系、磷系超细粉体作为瓦斯抑爆材料,对瓦斯爆炸抑制进行了系统实验研究。自行设计、改进了XKWB-S型、XKWB-1型气体爆炸实验装置,从抑爆材料的种类、粒度、添加量等方面进行了系列瓦斯抑爆实验,以爆炸极限、爆炸感应期、火焰峰值速率、最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及压力峰值时间等特性参数作为抑爆效能表征参数,研究了抑爆过程中瓦斯爆炸火焰传播及压力变化规律。结果表明,不同抑爆材料对爆炸火焰传播和压力特性参数的影响不同,起到了不同程度的抑制作用,且存在一最佳抑爆添加量。其中无冷却气溶胶、KCl活化水雾、NH4H2PO4粉体在现有实验装置和条件下抑制住了瓦斯爆炸,取得了较好的效果。基于稳态法原理推导出了瓦斯爆炸总包反应速率方程,并应用Gaussian软件对瓦斯爆炸链式反应中8个基元反应进行了微观热力学和动力学的数值计算与分析,表明瓦斯爆炸反应过程中产生的自由基HO2、HCO、O对爆炸具有决定性意义,提出了消除爆炸反应中的HO2、HCO、O自由基是瓦斯抑爆的关键因素所在,并验证了系列抑爆材料的实质抑爆作用。在此基础上,基于链式反应理论从材料的纳米化以及反应中自由基与原子性能等效原理等方面分析了瓦斯抑爆材料的作用。论文通过系列抑爆实验与抑爆作用的分析与研究,为矿井瓦斯爆炸灾害控制提供了重要的参考和依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-20
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 瓦斯爆炸机理研究现状  12-14
    1.2.2 瓦斯爆炸防治研究现状  14
    1.2.3 瓦斯抑爆研究现状  14-17
  1.3 研究内容及技术路线  17-20
2 实验系统的建立与实验材料的特性  20-37
  2.1 实验系统的建立  20-27
    2.1.1 实验系统功能分析  20-21
    2.1.2 XKWB-S型一端开口式石英玻璃管气体爆炸实验系统  21-25
    2.1.3 XKWB-1型近球型密闭式气体爆炸实验系统  25-27
  2.2 实验材料的特性  27-36
    2.2.1 纳米材料的独特效应  27-30
    2.2.2 实验材料的特性  30-36
  2.3 本章小结  36-37
3 不同抑爆材料对瓦斯爆炸火焰传播特性影响的实验研究  37-60
  3.1 实验方法  37-38
  3.2 活化水雾对瓦斯爆炸火焰传播特性参数的影响  38-48
    3.2.1 活化水雾的制备  38
    3.2.2 活化水雾与普通水雾抑爆效能对比分析  38-41
    3.2.3 NaCl活化水雾与KCl活化水雾抑爆效能对比分析  41-48
  3.3 粉体对瓦斯爆炸火焰传播特性参数的影响  48-58
    3.3.1 硅系粉体对瓦斯爆炸火焰传播特性参数的影响  48-51
    3.3.2 Al(OH)_3、Mg(OH)_2粉体对瓦斯爆炸火焰传播特性参数的影响  51-58
  3.4 本章小结  58-60
4 不同抑爆材料对瓦斯爆炸压力特性影响的实验研究  60-82
  4.1 实验方法  60-61
  4.2 气溶胶对瓦斯爆炸压力特性参数的影响  61-68
    4.2.1 气溶胶对瓦斯爆炸极限的影响  61-63
    4.2.2 气溶胶对瓦斯爆炸压力相关参数的影响  63-68
  4.3 粉体对瓦斯爆炸压力特性参数的影响  68-80
    4.3.1 硅系粉体对瓦斯爆炸压力特性参数的影响  68-72
    4.3.2 Mg(OH)_2、Al(OH)_2粉体对瓦斯爆炸压力特性参数的影响  72-77
    4.3.3 NH_4H_2PO_4粉体对瓦斯爆炸压力特性参数的影响  77-80
  4.4 本章小结  80-82
5 基于瓦斯爆炸链式反应理论的抑爆作用研究  82-106
  5.1 各种抑爆材料对瓦斯抑爆效能的综合比较  82-84
  5.2 基于瓦斯爆炸链式反应理论的抑爆可控条件研究  84-100
    5.2.1 基于Gaussian的瓦斯爆炸链式反应数值计算  84-98
    5.2.2 基于稳态法的瓦斯爆炸反应动力学  98-100
  5.3 基于瓦斯爆炸链式反应理论的抑爆作用  100-104
    5.3.1 减慢自由基增长速度  101-102
    5.3.2 减弱自由基的活性  102
    5.3.3 消除爆炸反应中的自由基  102-104
  5.4 纳米粉体抑爆效能表征  104-105
  5.5 本章小结  105-106
6 结论  106-109
  6.1 结论  106-107
  6.2 创新点  107-108
  6.3 展望  108-109
致谢  109-110
参考文献  110-117
附录  117-120
  攻读博士学位期间承担的科研项目  117-118
  攻读博士学位期间发表、出版的学术论文与著作  118-120
  攻读博士学位期间获得的科研奖励  120

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯 > 瓦斯爆炸的预防与处理
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