氮气与磷酸铵盐干粉射流幕对煤矿瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸的抑制机理

The suppression of multi-phase-coupled explosion of gas and coal dust is one of main research topics in coal mines. This research proposal aims to gain some important insights of suppression mechanism of coal dust explosion induced by gas explosion with a jet curtain generated by nitrogen and ammonium phosphate in coal mines. The research will study the dynamic process of the dust explosion, establish a mathematical model for assessing the explosion initiation, investigate the effects of various factors contributing to the explosion suppression with the jet curtain, and then visualize the flame movement trajectory of the explosion subjected to the jet curtain suppression. The research will also study the effect of gas concentration, ignition energy and the mass of coal dust on the explosion, understand the dynamic characteristics of microstructure of explosion flame, and propose a method to suppress the explosion with the jet curtain generated with nitrogen and ammonium phosphate. The research will provide a new method for explosion suppression and the results will have wide implications in prevention and control of coupled hazards of gas and coal dust in coal mines.

煤矿瓦斯煤尘多相耦合爆炸与抑爆问题已成为当前国内外学者研究热点与难点。为了探索氮气与磷酸铵盐干粉射流幕对瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸的抑制机理，从瓦斯爆炸引燃煤尘二次爆炸动力学演化规律及二次引爆评价模型、氮气与磷酸铵盐干粉射流幕抑制二次爆炸的动力学机制、氮气与磷酸铵盐干粉射流幕抑制二次爆炸的影响规律方面展开研究，解决瓦斯一次爆炸引爆煤尘二次爆炸的评价数学模型构建、氮气与磷酸铵盐干粉射流幕作用下瓦斯爆炸火焰运动轨迹可视化关键科学问题。探明瓦斯浓度、点火能量、煤尘质量对瓦斯一次爆炸引燃煤尘二次爆炸最大距离的影响规律，阐明氮气与磷酸铵盐干粉射流幕作用下瓦斯爆炸火焰微观结构的演化特征，建立角联管网内氮气与磷酸铵盐干粉抑爆的关键影响因素集，提出氮气与磷酸铵盐干粉射流幕抑制瓦斯煤尘二次爆炸的方法。研究成果可为煤矿井下瓦斯煤尘多相多次爆炸的隔爆抑爆提供一种新的方法，为瓦斯煤尘耦合灾害的防控研究提供参考。

煤矿瓦斯煤尘多相耦合爆炸与抑爆问题已成为当前国内外学者关注的热点。采用理论建模、数值模拟、实验研究的方法，开展了瓦斯爆炸引燃煤尘二次爆炸动力学演化规律及二次引爆评价模型、氮气与磷酸铵盐干粉射流幕抑制二次爆炸的动力学机制、氮气与磷酸铵盐干粉射流幕抑制二次爆炸的影响规律的研究，取得了一些新的理论与实验研究成果。.揭示了具备两个瓦斯充填段同一管道瓦斯诱导瓦斯二次爆炸规律、瓦斯充填段内发生爆炸后引燃不同含水率和不同浓度沉积煤尘形成二次爆炸的压力场与速度场变化规律，分析了磷酸铵盐干粉、煤粉及其混合物热分解特性，明确了磷酸铵盐干粉抑制煤粉爆炸的物理和化学抑制作用，阐明了氮气与磷酸铵盐干粉射流幕对一次爆炸火焰速度与超压的影响，揭示了障碍物数量与间距、拐弯角度对瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸的影响规律，得到了角联管网内瓦斯与煤尘爆炸最大超压及火焰传播速度变化趋势。研究成果将为煤矿热动力灾害防治中瓦斯煤尘爆炸隔爆抑爆提供理论基础。.项目执行期间，项目负责人江丙友晋升教授职称，入选中国科协青年人才托举工程，新增获批“十四五”国家重点研发计划课题1项和国家自然科学基金面上项目1项。发表标注有国家自然科学基金项目资助编号（51874009）的国内外学术论文9篇，其中SCI收录5篇，EI收录2篇；申请国家发明专利4项，其中授权1项，实质审查3项；荣获安徽省科学技术奖一等奖和二等奖、中国煤炭工业协会科学技术一等奖等省部级奖励3项；培养瓦斯煤尘爆炸方向毕业硕士生3名，协助培养毕业博士生1名；赴澳大利亚参加国际学术会议1次，参加国内学术会议13次。圆满完成了项目计划书规定的研究内容、研究目标和预期研究成果。