科技成果

阅读数: 2593

成果名称: 气溶胶抑制矿井瓦斯爆炸的基础研究

成果登记号: 9612014J0099

第一完成单位: 西安科技大学

联 系 人: 赵渭泳

成果类型: 基础理论

技术领域: 新能源与节能

成果简介:

      项目采用实验测试、理论分析、数值模拟等相互结合的研究方法,主要开展了系列气体爆炸特性测试实验装置的研制,瓦斯爆炸特性及过程研究、气溶胶类物质的物化特性研究、系列气溶胶类物质对瓦斯的控爆特性研究、气溶胶对瓦斯的抑爆机理研究等一系列工作,并进行了气溶胶类物质对瓦斯控爆的放大实验等。取得的主要成果如下:      (1)提出了利用纳米特性效应的气溶胶类物质进行瓦斯控爆的新思路。      (2)自行研制和改进了四种不同的气体爆炸特性测试实验装置(XKWB-S型、XKWB-C型、XKWB-1型和XKWB-2型),可对瓦斯抑爆前后爆炸火焰传播规律和压力变化规律进行研究。     (3)首次将具有纳米特性效应的物质如活化水、纳米SiO2、天然纳米孔结构材料硅藻土等作为气溶胶组份以及与之相比较的Mg(OH)2、Al(OH)3、ABC超细粉体等作为气溶胶组份,进行了单组份冷气溶胶抑制瓦斯爆炸的研究,为利用纳米技术研发高效适用的瓦斯抑爆剂提供了依据。     (4)首次开展了ABC-硅藻土双组份冷气溶胶、KCl-活化水双组份冷气溶胶、NaCl-活化水双组份冷气溶胶、CO2-Mg(OH)2双组份冷气溶胶、CO2-ABC双组份冷气溶胶等抑制瓦斯爆炸的研究,分析了双组份气溶胶对瓦斯爆炸抑制的协同效应,为研发复配型瓦斯抑爆剂奠定了基础。     (5)首次开展了多组分热气溶胶抑制瓦斯爆炸的研究,得出了气溶胶中的纳米级固相微粒对瓦斯爆炸控制起到关键性作用,为具有优越灭火性能的热气溶胶灭火剂在矿井瓦斯控爆领域的应用提供了参考。     (6)基于FLACS专业气体爆炸模拟软件,通过增加热通量辐射模型,对密闭容器内惰性气体抑爆前后的瓦斯爆炸动态过程压力场、温度场、气体浓度场、气体速度场的分布特点及其相互作用特征进行了数值分析。     (7)基于稳态法原理和GAUSSIAN量子化学计算软件,推导出低温下瓦斯爆炸总包反应速率方程,对低温阶段瓦斯爆炸自由基链式反应进行了微观热力学和动力学分析,确定了瓦斯爆炸关键自由基,提出了消除瓦斯爆炸反应过程中的关键自由基HCO、HO2、O是抑爆的核心问题。     (8)提出了基于冷却降温的减慢自由基增长速率,基于阻隔屏障的减弱自由基活性,以及基于纳米活化、均相抑制、外层电子数相同的原子或基团其性能相似、抗氧化等消除自由基的综合瓦斯爆炸控制机理,揭示了不同组份气溶胶类物质抑制瓦斯爆炸的本质。      (9)基于外层电子数相同的原子或基团其性能相似原理,提出了Cl、N、P可以代替瓦斯爆炸过程中的活性基团HO2、OH、HCO进行反应。K、N、P可以快速夺取CH4爆炸反应的自由基HO2、H、O,生成稳定产物,起到了消除瓦斯爆炸关键自由基的作用。进而提出了含有K、Cl、N、P等的抑爆剂将具有显著的瓦斯控爆效能。      基于本课题研究成果,在核心以上期刊发表论文34篇,其中SCI、EI、ISTP收录10篇;获国家发明专利2项,国家实用新型专利2项。项目研究成果为煤矿现场瓦斯爆炸特性的确定以及爆炸超前防控提供了依据。