气-固复合灭火剂对瓦斯爆炸点火过程的抑制机理研究

The study about the inhibiting mechanism of extinguishing agent on the ignition of gas explosion is favorable for preventing and controlling gas explosion. The following contents will be primarily studied in this research. 1) Instantaneous spectra method will be employed to identify the intermediate products during induction period and the period from gas combustion to explosion. The microscopic mechanism of gas ignition will be investigated based on free radicals chain reaction theory. 2）Experiments of the extinguishing agent on gas explosion will be conducted to study the inhibiting effects. The impacts of composites, mixing ratio, concentration on the explosion will be investigated to establish the critical parameters of the explosion inhibition. 3) The influence of gas-solid composite extinguishing agent on the heat and mass transfer during explosion, phase-change reaction of the extinguishing agent, homogeneous and heterogeneous reactions between the extinguishing agent and active functional groups, adsorption among various phases will be studied to reveal the mechanism of collaborative inhibition for composite extinguishing agent. The primary testing method is instantaneous weak radiation spectra, coupled with Simultaneous Thermal Analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, physical and chemical adsorption characteristics analysis etc.. The research is valuable for revealing the mechanism of explosion inhibition and optimizing the explosion inhibitor. The results can provide fundamentals for the research and development of gas-solid composite explosion inhibitor.

研究灭火剂对瓦斯爆炸点火初燃过程的抑制作用，对解决瓦斯爆炸超前防控问题具有重要意义。本课题主要研究内容为：1）采用瞬态光谱测量方法判断瓦斯爆炸感应期和初燃发展至爆炸过程的中间产物，基于自由基链式反应动力学揭示瓦斯爆炸点火过程的微观机理；2）进行气-固复合灭火剂抑制瓦斯爆炸的实验测试，验证其对瓦斯爆炸点火过程的抑制效果，分析复合种类、混合比例、添加浓度对其抑爆效果的影响规律，确定抑爆临界参数；3）以瞬态弱辐射光谱测量技术为主要测试手段，结合同步热分析、傅里叶红外光谱分析、物理化学吸附特性分析等，研究气-固复合灭火剂在抑爆过程中对反应体系传热传质的影响、灭火剂相变反应、灭火剂与链反应活性基团发生的均相、异相反应、反应体系各相介质之间的吸附等问题，揭示气-固复合灭火剂的协同抑爆机理。本项目的研究对揭示抑爆本质、优化抑爆材料效能具有重要价值，可为研发气-固复合高效抑爆材料提供重要依据和理论基础。

我国瓦斯灾害十分严重，瓦斯爆炸灾害事故严重威胁矿井安全生产。抑爆剂对爆炸点火初燃阶段的有效抑制是瓦斯爆炸超前防控的关键，弄清各类灭火剂对瓦斯爆炸点火过程的抑制机理，可为研究瓦斯爆炸超前防控方法、开发高效抑爆材料的提供重要理论基础。. 项目利用自行研制的气体爆炸点火过程光学测试实验系统，开展了大量瓦斯爆炸和灭火剂抑爆实验研究。通过测试瓦斯爆炸极限、爆炸感应期、爆炸压力、火焰传播速度等参数，研究了瓦斯爆炸点火过程的特征与规律；采用ICCD瞬态发射光谱测试系统，获取了瓦斯爆炸点火过程发射光谱结构特征，分析了典型谱带的时域变化规律，进行了关键自由基发射光谱特征波长的识别，确定了OH、CH、HCO、H等自由基的发射光谱特征波长，并测出了不同浓度瓦斯爆炸过程各特征波长辐射光强的变化规律，对瓦斯爆炸点火过程的引发机制和关键化学反应机理给出了解释；选用二氧化碳、七氟丙烷、ABC干粉、BC干粉等灭火剂，通过实验研究了各类灭火剂对瓦斯爆炸极限、点火过程火焰形态变化、火焰传播速度、爆炸压力特性的影响，并从灭火剂种类、复配比例、添加浓度等方面对比分析了其影响规律，发现二氧化碳和ABC干粉复配具有一定的协同抑爆效果，七氟丙烷和BC干粉复配对初燃火焰传播的抑制效果明显，但对爆炸压力却有一定的促进作用；根据抑爆前后关键自由基发射光谱特征波长辐射强度的变化规律，初步分析了灭火剂对不同自由基产生与消亡的影响特性，初步推断点火过程激发态自由基的浓度变化可能是灭火剂影响瓦斯爆炸极限的重要原因之一；结合参与抑爆反应前后灭火剂的热重分析、扫描电镜分析等结果，研究了灭火剂在抑爆过程的分解和异相反应机理，重点在发生条件、反应过程、反应强度等方面给出了初步的判断，分析了灭火剂对瓦斯爆炸点火过程影响的关键作用阶段。. 项目研究结果丰富了可燃性气体爆炸的抑制机理，为深入研究抑爆理论和瓦斯爆炸事故防控提供了重要参考和依据。