羅振敏，蘇 彬，王 濤，程方明，趙婧昱，王 磊

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054；2.陜西省煤火災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710054；3.中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710038)

0 引言

瓦斯事故是煤礦行業(yè)的重大災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，2008—2017年間，我國(guó)發(fā)生煤礦瓦斯事故389次，死亡人數(shù)達(dá)3 016人，其中，瓦斯突出事故導(dǎo)致855人死亡，占總死亡人數(shù)的28.34%；瓦斯爆炸事故導(dǎo)致1 663人死亡，占總死亡人數(shù)的55.13%；其他瓦斯事故導(dǎo)致498人死亡，占總死亡人數(shù)的16.53%。瓦斯爆炸事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)占瓦斯事故總死亡人數(shù)的一半以上，因此，瓦斯爆炸的防控仍是煤礦瓦斯安全工作的重點(diǎn)。由于井下瓦斯爆炸具有破壞性、突發(fā)性、災(zāi)難性、環(huán)境復(fù)雜性等特點(diǎn)，瓦斯爆炸災(zāi)害的防治技術(shù)始終是我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域研究的難點(diǎn)問(wèn)題。

1 礦井瓦斯控爆技術(shù)及裝置

目前，通用的瓦斯爆炸防控技術(shù)主要分為2個(gè)方面，一方面是防止瓦斯爆炸3要素同時(shí)形成的預(yù)防性技術(shù)，包括瓦斯預(yù)抽采、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)、防治瓦斯積聚、井下作業(yè)嚴(yán)禁火源等措施；另一方面是在爆炸發(fā)生后，以降低爆炸破壞程度為目的的阻爆、隔爆技術(shù)。

阻爆、隔爆技術(shù)統(tǒng)稱為抑爆技術(shù)，其主要原理是在爆炸被引發(fā)階段，釋放抑制爆炸的材料而阻尼爆炸反應(yīng)的進(jìn)程或終止爆炸過(guò)程中的鏈反應(yīng)，從而減小爆炸強(qiáng)度，減弱其破壞作用。抑爆技術(shù)方面，根據(jù)其觸發(fā)、啟動(dòng)原理的不同又可細(xì)分為被動(dòng)抑爆技術(shù)與主動(dòng)抑爆技術(shù)。被動(dòng)式抑爆技術(shù)是利用爆炸沖擊波與爆炸火焰鋒面之間的時(shí)間差，以瓦斯爆炸的沖擊波作為動(dòng)力源釋放布置于井巷中的巖粉棚、抑爆水槽、水棚等抑爆材料，撲滅隨后到達(dá)的火焰鋒面。在一定時(shí)期內(nèi)，被動(dòng)式抑爆技術(shù)由于其使用方便、成本低廉而被普遍使用。隨著煤炭采掘技術(shù)的進(jìn)步，被動(dòng)式抑爆技術(shù)的不足逐漸體現(xiàn)出來(lái)，如綜采方式使得礦井風(fēng)流增大，布置于井巷中的巖粉棚易被風(fēng)流揚(yáng)起，惡化了井下工作條件，不利于人員的身體健康。王從銀等[2]的研究表明，發(fā)生爆炸時(shí)，若阻隔爆裝置的動(dòng)作延遲時(shí)間與火焰到達(dá)的時(shí)間不同步，抑爆材料便不能有效地覆蓋火焰陣面，抑爆效果受到限制；張建忠[3]的研究表明，被動(dòng)式阻隔爆裝置無(wú)法對(duì)爆炸進(jìn)行提前預(yù)警，同時(shí)發(fā)生爆炸時(shí)如果沖擊波能量較低，不足以擊破巖粉袋，就達(dá)不到預(yù)期的防爆效果。這些研究從觸發(fā)和啟動(dòng)原理、滅火抑爆效果以及井下工作環(huán)境方面證實(shí)了被動(dòng)式抑爆巖粉棚、水槽等的缺陷。

主動(dòng)抑爆技術(shù)是指在發(fā)生爆炸時(shí)，抑爆系統(tǒng)經(jīng)火焰?zhèn)鞲衅鲗⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳輸給控制器，經(jīng)控制器運(yùn)算、判斷后發(fā)出指令，釋放裝置接收到指令后在極短時(shí)間內(nèi)噴灑滅火材料或抑爆劑，在一定空間內(nèi)形成云霧狀的抑爆介質(zhì)屏障，從而抑制瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ募夹g(shù)。此類抑爆系統(tǒng)主要布置于井下采掘工作面的掘進(jìn)機(jī)、進(jìn)回風(fēng)巷道以及瓦斯輸送管道內(nèi)部，其主要抑爆介質(zhì)有水，水加鹵代烷，粉末無(wú)機(jī)鹽類抑制劑和鹵代烴，這些介質(zhì)對(duì)于瓦斯爆炸都具有物理吸熱抑制作用，在化學(xué)抑制作用方面，水可降低瓦斯爆炸過(guò)程中基元反應(yīng)速率，粉末無(wú)機(jī)鹽類抑制劑可消耗爆炸過(guò)程的自由基起到化學(xué)抑制作用，鹵代烴分解產(chǎn)生的自由基與瓦斯爆炸過(guò)程的自由基反應(yīng)會(huì)中斷瓦斯爆炸過(guò)程鏈反應(yīng)的傳遞，從而達(dá)到抑爆效果?，F(xiàn)有部分成型主動(dòng)抑爆裝置及參數(shù)見表1，主動(dòng)抑爆技術(shù)與被動(dòng)抑爆技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。

表1 主動(dòng)抑爆系統(tǒng)Table 1 Active explosion suppression system

薛少謙[4]在長(zhǎng)896 m的實(shí)驗(yàn)巷道內(nèi)研究了抑制瓦斯(煤塵)爆炸的主動(dòng)噴粉技術(shù)，與爆炸源距離30～40 m范圍內(nèi)時(shí)，效果最好；朱承建等[5]針對(duì)低濃度瓦斯輸送管道易燃易爆等問(wèn)題，研制了1套主動(dòng)抑爆裝置，抑爆器采用產(chǎn)氣劑式，噴粉完成時(shí)間約為135 ms，成霧時(shí)間大于1 000 ms，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，該裝置能很好地控制管道爆炸范圍，減少爆炸危害。依據(jù)爆炸沖擊波速度遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑?，榮佳等[6]研發(fā)了新型的自動(dòng)抑爆裝置，該裝置以沖擊波為觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)高壓腔體，釋放腔體內(nèi)存放的抑爆介質(zhì)，在火焰鋒面到達(dá)前形成屏障。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)在25 ms內(nèi)響應(yīng)，成霧時(shí)間為120 ms，在斷面面積為7.2 m2、長(zhǎng)30 m的巷道內(nèi)，抑爆屏障持續(xù)時(shí)間大于6 000 ms；丁玨等[7]研究了以爆炸拋撒為原理的抑爆裝置，即發(fā)生爆炸時(shí)，裝置內(nèi)的炸藥爆炸，在極短時(shí)間內(nèi)將抑爆劑拋撒，迅速形成水霧封閉火焰的傳播通道，從而衰減壓力、抑制火焰的傳播，分析結(jié)果表明，該裝置具有水霧形成速度快，水霧體積大的特點(diǎn)，且將裝置放置在平行來(lái)流方向時(shí)抑爆效果好于放置在垂直來(lái)流方向上；李潤(rùn)之等[8]介紹了1種水幕抑爆系統(tǒng)，在大型實(shí)驗(yàn)巷道內(nèi)對(duì)其效果進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)抑爆效果主要與各裝置安裝位置、噴霧壓力、噴霧強(qiáng)度和水幕帶長(zhǎng)度有關(guān)。此外，以紫外紅外傳感器和壓力傳感器為核心的探測(cè)器和邏輯判斷回路被設(shè)計(jì)出來(lái)，不僅從各方面優(yōu)化了傳統(tǒng)的抑爆介質(zhì)噴灑裝置，縮小了裝置體積，而且提升了噴灑率，縮短了成霧時(shí)間。綜上，目前在主動(dòng)抑爆裝置研制方面已取得較大進(jìn)展，利用先進(jìn)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了抑爆裝置的智能觸發(fā)與啟動(dòng)，采用不同的抑爆介質(zhì)研究了各方面因素對(duì)抑爆效果的影響，從而使抑爆效果更智能、高效、可靠。

表2 主動(dòng)抑爆技術(shù)與被動(dòng)抑爆技術(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of active and passive explosion suppression techniques

2 抑爆介質(zhì)

抑爆介質(zhì)是抑爆過(guò)程中的關(guān)鍵因素，通過(guò)特定材料與瓦斯爆炸火焰的相互作用，減弱或者中斷燃燒爆炸反應(yīng)，從而減弱爆炸的強(qiáng)度。常見的抑爆材料有惰氣、水系材料、粉體和氣溶膠、多孔材料等。

2.1 惰性氣體抑爆材料

惰性氣體(CO2，N2和Ar)具有縮小瓦斯爆炸極限范圍、降低瓦斯-空氣混合氣體的可燃性的作用。當(dāng)惰性氣體添加到一定量時(shí)，可使混合氣體惰化為不可燃?xì)怏w，從而抑制瓦斯爆炸的發(fā)生。

Bundya等[9]分析了在不考慮質(zhì)量損失的情況下，惰性氣體CO2，N2和CF3Br對(duì)瓦斯爆炸火焰的抑制作用，總結(jié)出各種惰性氣體抑制火焰?zhèn)鞑ニ_(dá)到的定量臨界濃度；王華等[10]研究了添加CO2，N2以及不同比例CO2/N2混合惰氣后，瓦斯爆炸極限、臨界氧濃度和抑爆效果的變化，N2，CO2在瓦斯爆炸過(guò)程中起到了一定的抑制作用，且CO2的抑爆效果比N2好；王建等[11]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算分析了惰性氣體的阻尼效應(yīng)，隨著惰性氣體添加量的上升，混合氣體的爆轟參數(shù)逐漸下降，CO2、水蒸氣和N2這3種抑爆材料的阻尼性能依次降低；羅振敏等[12]通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，分析了CO2抑制作用下的管道內(nèi)甲烷爆炸傳播流場(chǎng)特性，發(fā)現(xiàn)有顯著的震蕩傳播特點(diǎn)。以上研究主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，從宏觀角度研究惰性氣體對(duì)瓦斯爆炸的作用，發(fā)現(xiàn)惰性氣體CO2對(duì)瓦斯的抑爆效果最好。

2.2 水系抑爆材料

帶有壓力的水經(jīng)過(guò)特殊噴嘴噴出產(chǎn)生微小的水顆粒即為細(xì)水霧，具有成本低、無(wú)污染、安全等優(yōu)點(diǎn)。大多情況下，在水中加入不同的添加劑，可以使噴出的水霧特征發(fā)生變化，從而提高水霧的抑爆性能。

Chelliah等[13]發(fā)現(xiàn)比表面積和火焰抑制效果兩者存在相關(guān)性且具有最佳粒徑，超過(guò)最佳粒徑時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c霧滴比表面積呈負(fù)相關(guān)，分析認(rèn)為細(xì)水霧的介入改變或減弱了流場(chǎng)，使自由基消失并通過(guò)蒸發(fā)吸熱減小了火焰溫度，從而達(dá)到抑爆的目的；李永懷等[14]在700 mm直徑的管道中進(jìn)行了水霧抑爆研究，隨水量增加，最大爆炸壓力逐漸減小，添加到一定量后，水量增加對(duì)最大爆炸壓力影響不明顯，噴霧角與抑爆距離關(guān)系不大，細(xì)水霧在管道內(nèi)的理想抑爆范圍為10～50 m；陳曉坤等[15]的研究表明，分別添加超細(xì)清水霧、NaCl、NaHCO3、KCl水霧條件下，甲烷爆炸感應(yīng)期明顯延長(zhǎng)，平均速率和峰值明顯降低，且含添加劑的水霧抑爆效果明顯優(yōu)于清水霧，3種添加劑中，KCl細(xì)水霧抑爆效果最好；張?jiān)鲋镜萚16]研發(fā)了1種以水為載體，span80為吸收劑，NaClO，NaHCO3，KHCO3，CH3COONa和NaOH為添加劑的新型瓦斯吸收材料，該材料不僅對(duì)甲烷有很好的吸收作用，還能對(duì)甲烷爆炸起到一定的抑制作用；谷睿等[17]用自己搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了不同體積分?jǐn)?shù)的超細(xì)水霧對(duì)甲烷的抑爆效果，確定了超細(xì)水霧抑制的臨界體積；安安[18]利用自主設(shè)計(jì)的裝置，研究了細(xì)水霧對(duì)管道內(nèi)瓦斯的抑爆效果，結(jié)果表明：細(xì)水霧可以抑制火焰?zhèn)鞑ニ俣龋柚剐纬苫鹧娓邷貐^(qū)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧在通量不足或瓦斯?jié)舛容^高時(shí)會(huì)促燃引發(fā)爆炸，另一方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)荷電細(xì)水霧對(duì)瓦斯爆炸超壓和平均壓升速率有明顯抑制作用；李振峰等[19]進(jìn)行了細(xì)水霧對(duì)瓦斯和煤塵混合物爆炸抑制的研究，細(xì)水霧的降溫和阻隔作用能減小爆炸預(yù)熱區(qū)長(zhǎng)度，從而降低對(duì)未燃?xì)怏w的熱傳導(dǎo)速度；張振普等[20]的研究結(jié)果還顯示，水霧對(duì)鉆孔瓦斯爆炸火焰的抑制效果，霧滴粒徑越小，噴霧壓力越大，滅火效果越好，同時(shí)發(fā)現(xiàn)水蒸氣對(duì)甲烷燃燒和爆炸的抑制作用主要是增大了甲烷的點(diǎn)火延遲時(shí)間，降低了燃燒溫度和高活性自由基的濃度?？梢?，目前水系抑爆材料主要包括清水霧和含有添加劑的細(xì)水霧，且含有添加劑的細(xì)水霧抑爆效果更好。

2.3 氣溶膠抑爆材料

氣溶膠是1種以納米或亞微米級(jí)固態(tài)、液態(tài)微粒為分散相，氣體為分散介質(zhì)的膠體體系，分為熱氣溶膠和冷氣溶膠，其中，熱氣溶膠主要以固相微粒(40%碳酸鹽和金屬氧化物)的化學(xué)抑制作用為主，以惰性氣體(60% CO2，N2，水蒸氣)的物理抑制作用為輔來(lái)共同達(dá)到滅火的目的；冷氣溶膠滅火劑主要是通過(guò)80% 細(xì)微粒的化學(xué)抑制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)滅火的，具有環(huán)保、成本低、無(wú)腐蝕、對(duì)人無(wú)害等特點(diǎn)。

Korostelev[21]考察了氣溶膠配方和組成成分對(duì)火焰壓力的影響，當(dāng)氣溶膠的配方不同時(shí)，氣溶膠的燃速、火焰壓力也不同；屈麗娜[22]發(fā)現(xiàn)氣溶膠添加量的增加可使甲烷爆炸極限范圍不斷縮小直至閉合，甲烷爆炸壓力峰值、最大爆炸壓力上升速率不斷降低，直至不再發(fā)生爆炸，且S型比K型氣溶膠抑制所形成的爆炸極限范圍小，到達(dá)最大爆炸壓力所用的時(shí)間長(zhǎng)，抑爆效果更好；羅振敏[23]對(duì)冷卻氣溶膠和無(wú)冷卻氣溶膠抑制瓦斯爆炸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究表明，無(wú)冷卻氣溶膠的抑爆效果更好，加入冷卻劑后，氣溶膠燃燒后的產(chǎn)物受陶瓷球冷卻劑的冷卻作用，氣溶膠中的納米級(jí)固體微粒被陶瓷球所阻隔，導(dǎo)致擴(kuò)散出去的固體微粒數(shù)量減少，同時(shí)，固體微粒在經(jīng)過(guò)冷卻陶瓷球后活性大大降低。以上研究主要通過(guò)測(cè)試不同組分和配方的氣溶膠對(duì)瓦斯爆炸極限參數(shù)及壓力特性的影響從而確定氣溶膠的抑爆效果。

氣溶膠滅火技術(shù)的研究重點(diǎn)是改性冷氣溶膠、復(fù)合型氣溶膠[24-25]和新型氣溶膠。復(fù)合型氣溶膠滅火劑是通過(guò)在冷、熱氣溶膠中加入惰性氣體、阻燃劑或其他滅火劑來(lái)優(yōu)化滅火作用。如水蒸氣噴霧式氣溶膠干粉滅火劑，是1種復(fù)合型氣溶膠滅火劑，主要是利用水蒸氣和氣溶膠干粉之間的協(xié)同作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)滅火的，其滅火作用主要是減緩自由基產(chǎn)生速率，從而降低化學(xué)反應(yīng)速率，終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

2.4 粉體抑爆材料

粉體抑爆材料是指能夠熄滅火焰、阻止火焰?zhèn)鞑サ墓腆w粉末。目前抑爆效果較好的粉體抑爆材料有：ABC干粉、硅藻土、Al(OH)3，Mg(OH)2，KHCO3，NaHCO3和CaCO3等。

Krasnyansky[26]通過(guò)對(duì)甲烷爆炸的物理和化學(xué)過(guò)程分析，確定了實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下固體抑爆材料有效釋放時(shí)間，以CO(NH2)2為抑爆劑主要成分，加入KCl和少量霧化SiO2，在小型管式爆炸系統(tǒng)和大型模擬巷道中進(jìn)行抑爆效果及抑爆劑加入方式影響研究；蔡周全等[27]發(fā)現(xiàn)ABC干粉能抑制瓦斯爆炸，粉體粒度對(duì)抑爆性能影響明顯，粒度越小，抑爆性能越好；謝波等[28]在大型爆炸管道研究了粉體抑爆劑種類、濃度、粒度3個(gè)參數(shù)對(duì)抑爆效果的影響，抑爆劑種類對(duì)抑爆效果影響明顯，粒度越小抑爆效果越好，濃度越大，抑爆效果越好，存在極限濃度，低于極限濃度時(shí)，激波在抑爆區(qū)不能被有效抑制，離開抑爆區(qū)后會(huì)重新成長(zhǎng)；鄧軍等[29-31]采用20 L近球形爆炸裝置，對(duì)超細(xì)Al(OH)3粉體、超細(xì)ABC干粉、SiO2納米粉體、NaHCO3粉體、氟化酮滅火劑的抑爆效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，粉體對(duì)甲烷爆炸有不同程度的抑制作用，且在抑爆過(guò)程中存在最佳抑爆濃度范圍和最佳抑爆時(shí)間范圍，超出該范圍抑爆作用明顯下降，其中，在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，同濃度超細(xì)ABC干粉抑爆效果優(yōu)于其他粉體材料；余明高等[32]通過(guò)對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行脫堿、改性處理得到超細(xì)改性赤泥粉體，并研究了該粉體在瓦斯爆炸過(guò)程中的抑爆效果，改性赤泥粉體具有較高的吸熱性和比表面積，能夠有效吸附爆炸中產(chǎn)生的自由基，具有良好的抑爆效果；黃寅生等[33]用20 L爆炸球測(cè)試裝置對(duì)比分析了(NH4)H2PO4，KH2PO4，Ca(H2PO4)2等磷酸二氫鹽和SiO2粉體的抑爆效果，同時(shí)研究了粉體質(zhì)量濃度、粉體粒徑和點(diǎn)火能量對(duì)抑爆效果的影響。綜上，多項(xiàng)研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段分析了粉體抑爆劑種類、濃度、粒度對(duì)抑爆效果的影響，發(fā)現(xiàn)粒度大小對(duì)抑爆效果影響顯著，且存在最佳抑爆濃度，這為瓦斯爆炸防控提供了理論依據(jù)。

2.5 多孔抑爆材料

多孔材料具有開孔率大，耐高溫，抗沖擊強(qiáng)等特點(diǎn)，是1種新型的緩沖吸能材料，其孔隙結(jié)構(gòu)能夠大量銷毀鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的自由基，起到淬熄火焰，破壞沖擊波和燃燒波間的耦合作用，起到阻爆隔爆作用。目前，應(yīng)用最廣泛的多孔材料有金屬多孔材料、陶瓷和泡沫陶瓷多孔材料。這些多孔材料，均具有相對(duì)密度小，熱導(dǎo)率低，比強(qiáng)度高，比表面積大和吸能效果好等特點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其抑爆效果進(jìn)行了廣泛研究。

Ciccarelli等[34]通過(guò)研究泡沫陶瓷淬熄性能發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)量直徑和流率一定時(shí)，顆粒填料比陶瓷泡沫的淬熄效果好，淬熄現(xiàn)象不能單獨(dú)靠熱效應(yīng)來(lái)解釋，也可能受火焰的延展和前驅(qū)波的擴(kuò)散影響；魏春榮等[35]研究發(fā)現(xiàn)放置多孔材料后，瓦斯爆炸火焰波明顯衰減，火焰溫度坡度變緩，影響火焰溫度衰減的因素有多孔材料的孔徑、厚度和相對(duì)密度，材質(zhì)一定時(shí)，孔徑小，厚度和相對(duì)密度大的多孔材料對(duì)火焰溫度衰減效果好；張巨峰等[36]通過(guò)測(cè)定甲烷爆炸過(guò)程導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)爆炸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿S結(jié)構(gòu)進(jìn)行微觀分析，在一定范圍內(nèi)，多孔材料的孔徑越小，導(dǎo)熱系數(shù)越小，對(duì)甲烷爆炸的抑制作用越好；孫建華等[37]將金屬絲網(wǎng)體和碳化硅泡沫陶瓷同時(shí)使用，發(fā)現(xiàn)2種材料性能可以互補(bǔ)，增強(qiáng)抑爆效果，降低抑爆材料的耗損率，探究了泡沫鐵鎳材料對(duì)爆炸波和火焰波的影響，孔徑越小，厚度越大，含鎳成分越高則抑爆效果越好；聶百勝等[38]在方形試驗(yàn)管道內(nèi)研究了泡沫陶瓷對(duì)礦井瓦斯多次爆炸的阻隔作用；馬凱等[39]通過(guò)超景深三維數(shù)碼顯微系統(tǒng)量化爆炸過(guò)程中的器壁效應(yīng)，結(jié)果顯示泡沫陶瓷具有特殊的三維空間結(jié)構(gòu)，有利于瓦斯爆炸反應(yīng)的斷鏈，銷毀自由基，從而終止瓦斯爆炸反應(yīng)。以上研究主要從材料、結(jié)構(gòu)尺寸、安裝因素、使用因素、改進(jìn)試驗(yàn)方法和抑爆機(jī)理等方面對(duì)多孔材料的阻隔爆性能進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)多孔材料的孔徑大小對(duì)抑爆效果具有較大的影響。

3 抑爆機(jī)理

由于抑爆介質(zhì)物化特性的不同，其抑爆機(jī)理主要有物理抑爆、化學(xué)抑爆和物理化學(xué)混合抑爆，其中，物理抑爆作用包括稀釋混合氣體中的氧濃度、材料自身吸熱分解、失去結(jié)晶水的吸熱過(guò)程和隔絕熱傳導(dǎo)4種；化學(xué)抑爆機(jī)理主要包括直接與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中間基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)和代替鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中間基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定產(chǎn)物2種。

4 結(jié)論與展望

1)目前瓦斯抑爆技術(shù)的有效性和可靠性主要取決于抑爆介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、控爆空間幾何參數(shù)、爆炸特性參數(shù)和抑爆系統(tǒng)中爆炸探測(cè)方式等因素。抑爆材料種類和抑爆機(jī)理研究應(yīng)主要考慮對(duì)混合氣體和工藝環(huán)境適用性以及控爆效率。

2)現(xiàn)有瓦斯抑爆研究方面，主要是通過(guò)對(duì)爆炸過(guò)程中的壓力變化、爆炸感應(yīng)期、爆炸沖擊波、火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程數(shù)據(jù)分析，判斷材料的抑爆性能，隨著抑爆研究的進(jìn)一步發(fā)展，研究應(yīng)更多地關(guān)注于抑爆過(guò)程的微觀特性，分析抑爆介質(zhì)對(duì)瓦斯爆炸鏈-熱反應(yīng)過(guò)程詳細(xì)信息特征和爆炸過(guò)程多場(chǎng)信息特征的影響，揭示抑爆介質(zhì)的微觀作用機(jī)理，從而高效可靠地分析材料的抑爆性能。

3)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)惰性氣體、細(xì)水霧、氣溶膠、粉體、多孔材料等單一材料或同相復(fù)配材料的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，這些材料對(duì)瓦斯爆炸均有一定的抑制作用，但受煤礦復(fù)雜環(huán)境影響，經(jīng)濟(jì)條件制約，許多抑爆材料還無(wú)法應(yīng)用到煤礦井下，因此，尋求1種多相復(fù)配的高效能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用于礦山實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的新型抑爆材料是現(xiàn)在抑爆領(lǐng)域的1個(gè)重要研究方向。

4)近年來(lái)，基于瓦斯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，結(jié)合軟件模擬，材料的抑爆效能研究得到了發(fā)展，但深層控爆本質(zhì)仍需進(jìn)一步揭示，因此有必要分析瓦斯爆炸防控過(guò)程中鏈引發(fā)關(guān)鍵組分、鏈發(fā)展致災(zāi)關(guān)鍵自由基以及瓦斯爆炸關(guān)鍵反應(yīng)路徑的變化情況，綜合控爆機(jī)理將成為礦井瓦斯抑爆技術(shù)研究的另一個(gè)重要方向，為探尋新型抑爆材料提供更有力的理論支持。