基本信息
- 项目名称：
- 气溶胶抑制矿井瓦斯爆炸的实验研究及数值模拟
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对近年来矿井瓦斯爆炸灾害事故的频繁发生及现有抑爆方法和抑爆材料作用的局限性，考虑到燃烧与爆炸在化学本质上的一致性以及目前气溶胶在灭火领域的突出优势，本文选取气溶胶作为抑爆剂在20L近球形不锈钢爆炸罐实验系统中进行瓦斯抑爆实验，探究其对于抑制矿井瓦斯爆炸的效果和作用。
- 详细介绍：
- 针对近年来矿井瓦斯爆炸灾害事故的频繁发生及现有抑爆方法和抑爆材料作用的局限性，考虑到燃烧与爆炸在化学本质上的一致性以及目前气溶胶在灭火领域的突出优势，本文选取气溶胶作为抑爆剂在20L近球形不锈钢爆炸罐实验系统中进行瓦斯抑爆实验，结果表明气溶胶对瓦斯爆炸具有明显的抑制效果，在该实验系统下气溶胶最佳抑爆浓度为210mg／L左右，并确定出其固相成分在抑爆过程中起到关键作用。同时，本文还运用Fluent软件对气溶胶烟雾进入爆炸罐时的流动遍布规律进行了数值模拟，通过对VELOCITY（速度）和TURBULENCE（湍流）两个参数进行分析，得出气溶胶全淹没式灭火特点可在矿井抑爆中发挥作用。整个课题的研究为气溶胶在抑制矿井瓦斯爆炸领域的研究提供了理论依据，同时具有一定的指导意义。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 针对近年来矿井瓦斯爆炸灾害事故的频繁发生及现有抑爆方法和抑爆材料作用的局限性，以及气溶胶在灭火领域的突出优势，考虑到燃烧与爆炸在化学本质上都是一种氧化反应，故作品将气溶胶作为抑爆剂进行矿井瓦斯抑爆实验，探究其抑爆效果，为气溶胶在矿井瓦斯抑爆领域的研究与应用提供理论依据。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品率先将气溶胶作为抑爆剂在经过改进后的符合国家标准的20L近球形不锈钢爆炸罐实验系统中进行瓦斯抑爆实验，实验结果表明气溶胶确实具有很好的抑爆效果，同时作品中还运用Fluent软件对气溶胶进入爆炸罐后的流动运行规律进行了数值模拟分析，发现气溶胶在进入爆炸罐后能以极快的速度迅速充填遍布整个罐体，充分将其全淹没式的灭火特点应用到瓦斯抑爆领域。
应用价值和现实意义
- 本作品以把气溶胶灭火剂作为抑爆剂进行实验研究为出发点，在20L近球形不锈钢爆炸罐实验系统中进行了瓦斯抑爆实验，实验结果表明气溶胶用于瓦斯抑爆是可行的，其全淹没式灭火特点可以在矿井抑爆中发挥作用，整个课题研究为矿井瓦斯抑爆领域提供了新的思路，对于减少瓦斯爆炸灾害事故的发生具有很重要的现实意义。
学术论文摘要
- 针对近年来矿井瓦斯爆炸灾害事故的频繁发生及现有抑爆方法和抑爆材料作用的局限性，考虑到燃烧与爆炸在化学本质上的一致性以及目前气溶胶在灭火领域的突出优势，本文选取气溶胶作为抑爆剂在20L近球形不锈钢爆炸罐实验系统中进行瓦斯抑爆实验，结果表明气溶胶对瓦斯爆炸具有明显的抑制效果，在该实验系统下气溶胶最佳抑爆浓度为210mg／L左右，并确定出其固相成分在抑爆过程中起到关键作用。同时，本文还运用Fluent软件对气溶胶烟雾进入爆炸罐时的流动遍布规律进行了数值模拟，通过对VELOCITY（速度）和TURBULENCE（湍流）两个参数进行分析，得出气溶胶全淹没式灭火特点可在矿井抑爆中发挥作用。整个课题的研究为气溶胶在抑制矿井瓦斯爆炸领域的研究提供了理论依据，同时具有一定的指导意义。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 叶青,林柏泉. 多孔金属材料对瓦斯爆炸传播抑制技术[M].中国煤矿瓦斯治理技术国际议论文集,2007. [2] 陈晓坤,林莹,罗振敏,邓军. 水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究[J].煤炭学报,2006（5）. [3] 王华,葛岭梅,邓军. 惰性气体抑制矿井瓦斯爆炸的实验研究[J].矿业安全与环境,2008（2）. [4] 罗振敏,葛岭梅,文虎,邓军,程方明. 纳米粉体对矿井瓦斯的抑爆作用[J].湖南科技大学学报.2009（6）. [5]郭鸿宝，岳大可. 气溶胶灭火技术[M].化学工业出版,2005. [6]徐景德. 我国煤矿瓦斯爆炸的研究现状与发展方向[J].华北科技学院学报,2003（6）. [7]姜师明. 气溶胶历史[D].2008. [8]罗振敏. 瓦斯爆炸抑制材料的特性及抑爆作用研究[D].2009 [9]王戈,姬永兴,沈耀宝. 冷却气溶胶灭火剂及冷气溶胶灭火体系[M].消防技术与产品信息,2010. [10]罗振敏. 链式反映理论在矿井瓦斯抑爆中的应用[J].矿山安全,2009（2）.
同类课题研究水平概述
- 目前，瓦斯爆炸的防治研究主要体现在2个方面：①瓦斯爆炸预防措施，预防瓦斯积聚、消除引火源等；②瓦斯爆炸的阻隔爆措施。据此，实际应用中的防控爆技术主要有超细粉体、水系、惰性气体等，其研究现状如下介绍： （1）主要成分为Si02的超细粉体在防爆和抑制初始爆炸方面都具有一定的效果。其中，抑爆效果由大到小,依次为纳米Si02、微米硅藻土、微米Si02，粉体粒度越小抑爆效果越好，且同数量级粒度下，多孔硅藻土的抑爆效果最好。添加超细粉体后，甲烷爆炸极限浓度范围变窄，爆炸压力降低，但反应容器内粉体浓度适量才具有明显效果，且粉体喷洒后，仅在固定时间范围内抑爆效果较明显。粉体抑爆实验系统的搭建及超细粉体抑爆系列实验研究为粉体抑爆剂施放工艺设计和抑爆性能优化提供了一定的指导，为发展超细粉体抑爆剂奠定了一定的基础。 （2）李定启等运用自行研制的实验系统，进行了细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究。结果显示，细水雾可以提高瓦斯爆炸浓度下限，其作用效果主要受水雾粒径和密度2个因素的影响，当细水雾的密度增加到一定值和细水雾的平均粒径较小时其效果较佳。在环境温度23—26℃、相对湿度为53％的实验条件下瓦斯爆炸浓度下限由5.0％(体积分数，下同)最高可升至7.0％。 （3）惰性气体对矿井瓦斯爆炸的极限范围有显著影响，使瓦斯气体的爆炸极限范围明显缩小。不同的惰性气体对瓦斯气体爆炸极限的影响有较大差别，CO2对CH4爆炸极限的影响比N2对CH4的影响大，CO2的惰化效果比N2好。 瓦斯气体的爆炸极限及瓦斯爆炸临界O2体积分数随气体组成、惰性气体种类、温度、压力的变化而变化。特别是惰性气体不同，临界O2体积分数有较大变化，因此必须注意其使用条件。 虽然目前针对抑制矿井瓦斯爆炸的研究课题很多，但频繁发生的矿井瓦斯爆炸事故仍表明瓦斯抑爆技术还有待提高。气溶胶的出现为我们提供了一个新的途径。通常所说的气溶胶，是指以气体为分散介质，以亚微米或纳米级固态或液态的微粒为分散相的胶体体系，主要依靠固体或液体微粒实现灭火。 目前尚未见气溶胶应用于瓦斯抑爆。由于瓦斯属于烃类气体，爆炸过程中也伴随着火焰的传播，因此利用气溶胶灭火剂进行瓦斯抑爆应该是可行的，论文拟选取气溶胶发生药剂反应产物中固体微粒粒径为纳米级的气溶胶进行瓦斯抑爆实验。
