干水材料对瓦斯爆炸抑制的实验研究

摘要

中国是一个煤矿瓦斯事故频发的国家，瓦斯事故造成了巨大的财产损失。长期以来，中国一直进行瓦斯爆炸研究并取得众多成果，但瓦斯爆炸事故依然时常发生，因此开发绿色环保高效的抑爆剂对瓦斯爆炸的抑制有重大意义。 干水材料是一种以疏水性粉体包裹液体形成的壳状结构新型功能材料，外观呈粉末状，具有良好的流动性。干水材料具有特殊的结构和组成，使得其成为一种潜在的抑爆剂。 研究使用疏水型气相二氧化硅和去离子水为原料，采用机械搅拌法制备干水材料，通过微观图像和样品外观确定干水材料的最佳制备条件。实验结果表明：干水材料的最佳制备条件为疏水型气相二氧化硅与去离子水的质量比为9:100，搅拌转速和时间分别为5000rpm和120s，此条件下制备所得干水材料的粒径均匀，结构稳定。对干水材料的基本性能进行测试，测得其松密度为0.399g/mL、休止角为33.1°，大约在放置170h后其中水分完全蒸发，通过离心实验证明制备的干水材料具有一定的力学稳定性。 研究搭建了20L近球形爆炸装置，并利用其测试干水材料对瓦斯爆炸的抑制效果。实验结果表明，干水材料的抑制效果要优于纯二氧化硅。当添加的干水材料质量较少（2和3g）时，发现瓦斯的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有所上升，说明低添加量的干水材料对瓦斯爆炸有促进效果；当添加的干水材料质量大于4g时，对瓦斯爆炸有抑制效果，且抑制效果随着干水材料质量的提高而增强。研究了干水材料粒径对瓦斯爆炸的影响，发现降低干水材料粒径对瓦斯最大爆炸压力的影响较小，但显著降低最大爆炸压力上升速率，当甲烷浓度为6.5%时，粒径小于109μm的干水材料对应的最大爆炸压力上升速率比粒径为250~150μm的干水材料小36.9%。对比了不同类型改性干水材料对瓦斯爆炸的抑制效果，综合比较可得，抑制效果顺序为：尿素改性干水材料＞磷酸二氢铵改性干水材料＞聚磷酸铵改性干水材料＞普通干水材料。对比研究了改性剂浓度的变化对甲烷气体爆炸的抑制效果，结果表明当添加的改性干水材料质量较少（4g）时，增加改性剂的浓度使得其干水材料的抑制效果变差。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外瓦斯爆炸研究现状

1.2.1 国内外瓦斯爆炸特性研究现状

1.2.2 国内外瓦斯爆炸抑制的研究现状

1.3 国内外干水材料的研究现状

1.4研究内容及意义

1.5 论文研究技术路线

第2章 瓦斯爆炸与抑制的机理分析

2.1 瓦斯爆炸机理与传播特性

2.1.1 瓦斯爆炸机理特性

2.1.2 瓦斯爆炸特性参数

2.1.3 瓦斯爆炸传播机理特性

2.2 瓦斯爆炸抑爆机理

第3章 干水材料的制备和性能表征

3.1 干水材料的形成机理

3.2 实验材料

3.3 实验仪器

3.4 制备步骤

3.5 粉体性能表征

3.5.1 松密度

3.5.2 流动性

3.5.3 稳定性

3.5.4 保水性

3.6 实验结果与分析

3.6.1 制备条件对干水材料的影响

3.6.2 干水材料的性能表征

3.7 本章小结

第4章 瓦斯爆炸抑爆实验

4.1 实验仪器

4.1.1 爆炸装置

4.1.2 喷粉系统

4.1.3 配气系统

4.1.4 数据采集系统

4.1.5 同步控制系统

4.1.6 清洁系统

4.2 实验材料

4.3 实验方法及步骤

4.3.1 实验方法

4.3.2 实验步骤

4.4 实验结果分析

4.4.1 甲烷气体的爆炸特性及干水材料对甲烷气体爆炸的抑制

4.4.2 干水材料质量对甲烷气体爆炸抑制效果的影响

4.4.3 干水材料粒径对甲烷气体爆炸抑制效果的影响

4.4.4 改性干水材料对甲烷气体爆炸抑制效果的影响

4.4.5 干水材料的改性剂浓度对对甲烷空气爆炸抑制效果的影响

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

参与的科研项目