硅酸盐矿物粉体的瓦斯抑爆特性研究

发布时间：2020-07-14 09:58

【摘要】：瓦斯爆炸是煤矿井下重大灾害事故之一,严重影响安全生产。因此,抑爆材料的选择对于减灾防灾具有重要的意义。近年来,国内外专家学者对瓦斯抑爆技术的研究取得了一定的进展,不同种类的抑爆剂被应用于瓦斯抑爆领域。由于具有环境友好化、易充装、抑爆效果显著等优势,粉体材料成为近几年的研究热点。因硅酸盐粉体具有来源丰富、成本低廉、粒径较小、具有多孔性以及层链状结构等特性,具备作为抑爆粉体的可行性。本文选取蒙脱石、坡缕石以及表面改性坡缕石三种硅酸盐粉体。首先采用用X射线衍射仪、全自动比表面和孔径分布分析仪、同步热分析仪以及傅里叶变换红外光谱仪,分别对三种粉体的成分组成、孔隙结构、热学特性和表面官能团进行表征。结果表明,硅酸盐粉体具有介孔结构和良好的吸热特性。通过柠檬酸改性的坡缕石表面存在更多的羟基官能团,且其比未改性坡缕石具有较大的比表面积和较高的吸热量。其次,运用20L球型爆炸装置和自制管道爆炸装置,分别测试不同浓度的硅酸盐粉体对甲烷-空气预混气体爆炸最大压力、最大压升速率、到达压力峰值时间以及爆炸火焰传播速度等特征参数的抑制效果。结果表明,坡缕石粉体和蒙脱石粉体均表现出很好的抑爆效果。在20L球型爆炸装置中,当添加蒙脱石浓度为0.16g/L时,蒙脱石粉体对9.5%的甲烷-空气预混气体爆炸具有很好的抑制效果。其中,甲烷最大爆炸压力由0.674MPa下降至0.447 MPa,降低了29.2%;到达最大压力的时间由0.071s延迟至0.244 s。最大压力上升速率由34.471 MPa/s下降至5.625MPa/s。添加0.20g/L的坡缕石粉体的抑爆效果最佳。其中,甲烷最大爆炸压力降至0.509MPa,降低了24.5%;到达最大压力的时间延迟至0.219s。最大压力上升速率降至6.793 MPa/s。在自制管道爆炸装置中,未添加粉体以及添加了0.24g/L的蒙脱石、坡缕石、改性坡缕石粉体时,爆炸火焰传播至管道顶端分别用时38、61.5、58、77ms。当火焰传播时间为38ms时,添加蒙脱石粉体浓度为0.20 g/L时,爆炸火焰传播的距离为0.094m,仅为未添加粉体时的20%;添加坡缕石浓度为0.24g/L时,其爆炸火焰传播的距离为0.194m,仅为未添加粉体时的40%;添加改性坡缕石浓度为0.24g/L时,其爆炸火焰传播的距离为0.074m,仅为未添加粉体时的14%。最后,基于爆炸热反应机理和链式反应机理,结合材料的结构特征和热力学特性,从物理抑制和化学抑制两个方面分析硅酸盐粉体的抑爆机理。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.7
【图文】：

硅酸盐矿物粉体的瓦斯抑爆特性研究

X射线衍射仪Fig.2-1X-raydiffractometer

硅酸盐矿物粉体的瓦斯抑爆特性研究

Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪Fig.2-3Autosorb-iQautomaticspecificsurfaceandporesizedistributionanalyzer

硅酸盐矿物粉体的瓦斯抑爆特性研究

耐驰STA449C同步热分析仪Fig.2-4NETZSCHSTA449CThermalAnalyzer

【参考文献】