【摘要】：瓦斯爆炸是煤礦井下重大災(zāi)害事故之一,嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。因此,抑爆材料的選擇對于減災(zāi)防災(zāi)具有重要的意義。近年來,國內(nèi)外專家學(xué)者對瓦斯抑爆技術(shù)的研究取得了一定的進(jìn)展,不同種類的抑爆劑被應(yīng)用于瓦斯抑爆領(lǐng)域。由于具有環(huán)境友好化、易充裝、抑爆效果顯著等優(yōu)勢,粉體材料成為近幾年的研究熱點。因硅酸鹽粉體具有來源豐富、成本低廉、粒徑較小、具有多孔性以及層鏈狀結(jié)構(gòu)等特性,具備作為抑爆粉體的可行性。本文選取蒙脫石、坡縷石以及表面改性坡縷石三種硅酸鹽粉體。首先采用用X射線衍射儀、全自動比表面和孔徑分布分析儀、同步熱分析儀以及傅里葉變換紅外光譜儀,分別對三種粉體的成分組成、孔隙結(jié)構(gòu)、熱學(xué)特性和表面官能團(tuán)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,硅酸鹽粉體具有介孔結(jié)構(gòu)和良好的吸熱特性。通過檸檬酸改性的坡縷石表面存在更多的羥基官能團(tuán),且其比未改性坡縷石具有較大的比表面積和較高的吸熱量。其次,運(yùn)用20L球型爆炸裝置和自制管道爆炸裝置,分別測試不同濃度的硅酸鹽粉體對甲烷-空氣預(yù)混氣體爆炸最大壓力、最大壓升速率、到達(dá)壓力峰值時間以及爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊忍卣鲄?shù)的抑制效果。結(jié)果表明,坡縷石粉體和蒙脫石粉體均表現(xiàn)出很好的抑爆效果。在20L球型爆炸裝置中,當(dāng)添加蒙脫石濃度為0.16g/L時,蒙脫石粉體對9.5%的甲烷-空氣預(yù)混氣體爆炸具有很好的抑制效果。其中,甲烷最大爆炸壓力由0.674MPa下降至0.447 MPa,降低了29.2%;到達(dá)最大壓力的時間由0.071s延遲至0.244 s。最大壓力上升速率由34.471 MPa/s下降至5.625MPa/s。添加0.20g/L的坡縷石粉體的抑爆效果最佳。其中,甲烷最大爆炸壓力降至0.509MPa,降低了24.5%;到達(dá)最大壓力的時間延遲至0.219s。最大壓力上升速率降至6.793 MPa/s。在自制管道爆炸裝置中,未添加粉體以及添加了0.24g/L的蒙脫石、坡縷石、改性坡縷石粉體時,爆炸火焰?zhèn)鞑ブ凉艿理敹朔謩e用時38、61.5、58、77ms。當(dāng)火焰?zhèn)鞑r間為38ms時,添加蒙脫石粉體濃度為0.20 g/L時,爆炸火焰?zhèn)鞑サ木嚯x為0.094m,僅為未添加粉體時的20%;添加坡縷石濃度為0.24g/L時,其爆炸火焰?zhèn)鞑サ木嚯x為0.194m,僅為未添加粉體時的40%;添加改性坡縷石濃度為0.24g/L時,其爆炸火焰?zhèn)鞑サ木嚯x為0.074m,僅為未添加粉體時的14%。最后,基于爆炸熱反應(yīng)機(jī)理和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理,結(jié)合材料的結(jié)構(gòu)特征和熱力學(xué)特性,從物理抑制和化學(xué)抑制兩個方面分析硅酸鹽粉體的抑爆機(jī)理。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD712.7
【圖文】：

X射線衍射儀Fig.2-1X-raydiffractometer

Autosorb-iQ全自動比表面和孔徑分布分析儀Fig.2-3Autosorb-iQautomaticspecificsurfaceandporesizedistributionanalyzer

耐馳STA449C同步熱分析儀Fig.2-4NETZSCHSTA449CThermalAnalyzer

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2754822