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多孔材料抑制瓦斯爆炸的实验研究

赵益  
【摘要】:国内煤矿现采用“六五”期间研制的传统阻隔爆设施,如水棚、岩粉棚等在实际使用中,不能达到预期的阻隔爆效果。为探求新型有效的阻隔瓦斯爆炸装置,研究适合煤矿使用的阻隔爆材料尤为重要。近年来,多孔材料因其对爆炸时产生的火焰和压力波具有良好的抑制作用而受到关注,已在军事和民用工程防护领域得到应用。本文针对金属丝网、泡沫陶瓷材料及二者组合体对管道内瓦斯爆炸抑爆效果进行理论和实验研究。 首先,利用已建立的断面为30cm×30cm爆炸实验管道,通过录影设备和自行设计的数据采集系统对不同参数的金属丝网和泡沫陶瓷材料的抑爆效果分别进行了实验。其次,通过衰压、阻火、降温和抑爆材料的损坏程度对比实验结果。对比结果表明:金属丝网和泡沫陶瓷都具有一定的衰压、阻火和降温能力,泡沫陶瓷对爆炸超压的衰减效果优于金属丝网,金属丝网对火焰温度的衰减效果优于泡沫陶瓷。金属丝网的目数与层数参数对抑爆效果影响较大;泡沫陶瓷的孔径和厚度参数对抑爆效果影响较大,泡沫陶瓷材质对抑爆效果影响很小。金属丝网抗爆炸冲击波损毁性能良好,抗烧结性能较差,并易于变形。泡沫陶瓷抗爆炸冲击波损毁性能较差,抗烧结性能良好,具有优异的消声性能。再者,通过抑爆机理和实验结果分析了材料自身参数对抑爆效果的影响,总结了金属丝网与泡沫陶瓷抑制管道内瓦斯爆炸的优、缺点。最后,提出多孔材料组合使用的新思路,并进行了金属丝网和泡沫陶瓷材料组合使用的抑爆实验,结果表明一定参数的金属丝网与泡沫陶瓷组合体降低了相同条件下无障碍物的爆炸强度,阻隔爆炸火焰和衰减爆炸超压、火焰温度效果优于各自单体,且避免了金属丝网被烧损和泡沫陶瓷损毁的现象。合理配置金属丝网与泡沫陶瓷参数,组成组合体,可以达到取长补短,发挥单体材料优势、回避劣势的效果。 研究成果将为煤矿新型阻隔爆装置选材提供理论和实验依据,对于减轻瓦斯爆炸造成的危害及防止事故的扩大具有理论意义和实用价值。


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