瓦斯爆炸嚴(yán)重威脅著礦井安全開(kāi)采,瓦斯爆炸防治一直是煤礦安全工作的重點(diǎn)之一。我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者在瓦斯爆炸防治領(lǐng)域開(kāi)展了較廣泛的研究,開(kāi)發(fā)了一系列的瓦斯爆炸抑爆減災(zāi)技術(shù)及裝備。從文獻(xiàn)研究的角度出發(fā),從基礎(chǔ)研究、材料開(kāi)發(fā)、裝備研制3個(gè)方面對(duì)我國(guó)瓦斯抑爆減災(zāi)技術(shù)及裝備的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述與討論。瓦斯爆炸及抑爆方面,國(guó)內(nèi)學(xué)者主要基于實(shí)驗(yàn)手段,采用宏觀的參數(shù)（如最大爆炸壓力和最大壓力上升速率等）表征瓦斯爆炸在障礙物激勵(lì)或者抑爆劑抑制作用下的最終結(jié)果,缺乏對(duì)瓦斯爆炸過(guò)程中詳細(xì)的爆炸或抑制過(guò)程的理論認(rèn)識(shí)。瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中爆炸火焰-湍流-壓力波的多場(chǎng)耦合作用下的火焰?zhèn)鞑ダ碚撊孕柰晟?抑爆過(guò)程中抑爆介質(zhì)對(duì)瓦斯爆炸反應(yīng)的詳細(xì)作用機(jī)制仍需明確。抑爆裝置研制方面,近年發(fā)生的重（特）大瓦斯爆炸事故表明現(xiàn)有的瓦斯抑爆、控爆裝備較難在礦井發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)對(duì)瓦斯爆炸火焰實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)探測(cè)、快速響應(yīng)和高效抑爆,致使瓦斯爆炸抑爆裝備在防控瓦斯爆炸過(guò)程中作用較為有限。對(duì)于瓦斯爆炸抑爆、控爆裝置的配置方式及如何高效的實(shí)現(xiàn)抑爆、控爆功能仍需要進(jìn)一步研究。減災(zāi)裝備研制方面,國(guó)內(nèi)學(xué)者主要考慮改變風(fēng)井防爆門的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)啟、復(fù)位... 

【文章來(lái)源】：煤炭學(xué)報(bào). 2020,45(01)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

障礙物管道內(nèi)火焰湍流耦合機(jī)制

影響細(xì)水霧抑爆效果的因素很多,包括細(xì)水霧噴霧量、細(xì)水霧粒徑大小、瓦斯體積分?jǐn)?shù)、霧區(qū)長(zhǎng)度以及火焰?zhèn)鞑チ鲌?chǎng)及速度等[44,47-51]。這使得在某些時(shí)刻,細(xì)水霧不但不能達(dá)到抑制瓦斯爆炸的效果,反而能夠促進(jìn)瓦斯爆炸[52-53]。曹興巖等[53]指出一方面,在瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中,細(xì)水霧吸熱汽化,體積膨脹,致使受限空間內(nèi)的壓力上升,當(dāng)瓦斯爆炸火焰吸熱降溫導(dǎo)致的壓降小于細(xì)水霧汽化膨脹導(dǎo)致的壓升時(shí),細(xì)水霧在一定程度上增加受限空間的爆炸壓力。此外,曹興巖等[53]認(rèn)為細(xì)水霧能夠影響瓦斯爆炸火焰的傳播狀態(tài),進(jìn)而影響細(xì)水霧對(duì)瓦斯爆炸的態(tài)度(抑制/促進(jìn))。圖5為細(xì)水霧與瓦斯爆炸火焰面相互作用關(guān)系。細(xì)水霧的粒徑與速度是影響細(xì)水霧與瓦斯爆炸火焰作用關(guān)系的關(guān)鍵。當(dāng)細(xì)水霧粒徑較小且速度較小時(shí),小水滴的動(dòng)量及脈動(dòng)強(qiáng)度較小,細(xì)水霧顆粒能夠被壓力波反彈,水霧顆粒對(duì)火焰面的擾動(dòng)較小(圖5(a),(b)),使得細(xì)水霧在反應(yīng)區(qū)之前汽化帶走部分熱量,降低瓦斯爆炸反應(yīng)強(qiáng)度,從而起到抑制瓦斯爆炸的作用。當(dāng)細(xì)水霧粒徑和速度較大時(shí),細(xì)水霧顆粒具有較大的動(dòng)量和脈動(dòng)強(qiáng)度,能夠穿透或離散火焰面,制造大尺度湍流(圖5(c),(d)),此時(shí)在火焰-湍流耦合作用的激勵(lì)作用下瓦斯爆炸強(qiáng)度得到增強(qiáng)。此時(shí)細(xì)水霧的汽化速率得到增強(qiáng),但瓦斯爆炸火焰吸熱降溫導(dǎo)致的壓降仍極大地小于細(xì)水霧汽化膨脹導(dǎo)致的壓升,在此情況下,細(xì)水霧促進(jìn)瓦斯爆炸的發(fā)展。圖6 含添加劑細(xì)水霧對(duì)瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?

圖5 細(xì)水霧與火焰面相互作用機(jī)制往細(xì)水霧中添加具有化學(xué)滅火性能的、易溶于水的無(wú)機(jī)鹽,形成含添加劑細(xì)水霧,能夠更好地起到抑制瓦斯爆炸的作用。筆者[54]分別測(cè)試了不同濃度的含添加劑細(xì)水霧對(duì)甲烷爆炸火焰的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。相較于純水,含添加劑細(xì)水霧能夠明顯的抑制瓦斯爆炸火焰的傳播,具體表現(xiàn)為當(dāng)火焰進(jìn)入含添加劑的細(xì)水霧區(qū)域時(shí),其火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤焖傧陆�。研究表�?含添加劑細(xì)水霧具有更佳的抑爆效果。這主要是含添加劑細(xì)水霧增強(qiáng)了瓦斯爆炸反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)抑制作用,溶于細(xì)水霧中的堿金屬離子(如Na+,Fe2+,Mg2+等)和酸根離子(Cl-,HCO-3等)能夠與瓦斯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中H,O和OH等自由基發(fā)生反應(yīng),降低中間自由基的濃度,抑制瓦斯爆炸反應(yīng)鏈的進(jìn)行。含添加劑細(xì)水霧的抑爆性能與所含添加劑的濃度和添加劑的種類密切相關(guān)[54-57]。曹興巖等[55-56]研究發(fā)現(xiàn)含NaCl細(xì)水霧能夠明顯的抑制瓦斯爆炸火焰的傳播,具體表現(xiàn)為當(dāng)火焰進(jìn)入含添加劑的細(xì)水霧區(qū)域時(shí),其火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤焖傧陆�。研究表�?含添加劑細(xì)水霧具有更佳的抑爆效果。這主要是含添加劑細(xì)水霧增強(qiáng)了瓦斯爆炸反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)抑制作用,溶于細(xì)水霧中的堿金屬離子(如Na+,Fe2+,Mg2+等)和酸根離子(Cl-,HCO-3等)能夠與瓦斯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中H,O和OH等自由基發(fā)生反應(yīng),降低中間自由基的濃度,抑制瓦斯爆炸反應(yīng)鏈的進(jìn)行。含添加劑細(xì)水霧的抑爆性能與所含添加劑的濃度和含有添加劑的種類密切相關(guān)[54-57]。曹興巖等[55-56]對(duì)含NaCl細(xì)水霧抑制瓦斯爆炸抑爆效果進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明隨著添加劑濃度的增加,抑爆效果得到增強(qiáng)。筆者[54]實(shí)驗(yàn)測(cè)試含不同添加劑的細(xì)水霧抑爆性能,抑爆效果為FeCl2(0.8%)>MgCl2(5%)>MgCl2(2.5%)>NaHCO3(7.5%)>FeCl2(0.4%)>MgCl2(1%)>NaHCO3(3.5%)>FeCl2(0.2%)>NaHCO3(3.5%)。此外,曹興巖等[57]對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了含不同堿金屬鹽添加劑細(xì)水霧的抑爆效果,發(fā)現(xiàn)抑爆效果排序?yàn)镵2CO3>KCl>KHCO3 >Na2CO3>NaCl,溶于細(xì)水霧中的堿金屬自由基對(duì)瓦斯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)影響較大,其效果為K+>Na+,Cl->HCO-3。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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