煤粉對泡沫金屬抑制爆炸火焰波性能的影響規(guī)律

王亞軍，徐秀艷，秦憲禮

(1.黑龍江科技大學 安全工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022;2.中國礦業(yè)大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116; 3.黑龍江科技大學 理學院，黑龍江 哈爾濱 150022)

煤粉對泡沫金屬抑制爆炸火焰波性能的影響規(guī)律

王亞軍1,2，徐秀艷3，秦憲禮1

(1.黑龍江科技大學 安全工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022;2.中國礦業(yè)大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116; 3.黑龍江科技大學 理學院，黑龍江 哈爾濱 150022)

泡沫金屬是能夠同時抑制瓦斯爆炸沖擊波和火焰波傳播的新型阻隔爆材料，但在煤粉環(huán)境下泡沫金屬阻隔瓦斯爆炸的能力卻不得而知。為研究煤粉對泡沫金屬阻隔瓦斯爆炸火焰波傳播的影響規(guī)律，在自行設計的直徑120 mm的瓦斯傳爆測定裝置中，對管道中添加不同參數(shù)煤粉后泡沫金屬衰減火焰速度的性能進行了實驗研究。結果表明:添加粒徑為60～80目的5，10，50，100 g煤粉后，爆炸火焰波衰減率分別為92.95%，97.93%，80.95%，92.05%。對于特定參數(shù)的泡沫金屬，煤粉質(zhì)量在一定范圍內(nèi)會造成阻隔性能的降低。分析發(fā)現(xiàn)煤粉粒徑越接近泡沫金屬孔徑，煤粉越易滯留于阻隔材料，泡沫金屬的阻隔效果也越差。100 g 40～60目的煤粉添加后導致泡沫金屬的火焰波衰減率降低為68.23%。研究結果顯示，管道中的煤粉質(zhì)量和粒徑均可對泡沫金屬的阻隔性能產(chǎn)生重要影響。

煤粉;泡沫金屬;瓦斯爆炸;抑制;火焰波;影響規(guī)律

煤礦瓦斯爆炸是目前我國煤礦的主要災害之一。近年來，由于多孔材料可同時抑制瓦斯爆炸的沖擊波和火焰波，且對可能發(fā)生的二次爆炸同樣具有抑制功能，受到了眾多學者的關注。

聶百勝等[1-3]利用自制的200 mm×200 mm方形爆炸管路，采用高速攝像系統(tǒng)、壓力、火焰速度采集系統(tǒng)等對無障礙物條件下泡沫陶瓷(Al2O3，SiC)阻隔火焰的規(guī)律進行了研究，實驗結果表明泡沫陶瓷對瓦斯爆炸的壓力波和火焰波均有較好的衰減效果。張如明[4]通過流體飽和多孔介質(zhì)的波傳遞方法，采用Fluent軟件模擬了瓦斯爆炸沖擊波在掘進巷道中設置泡沫陶瓷隔爆棚時的傳播狀況。馬凱等[5]量化研究了阻火器中泡沫陶瓷結構的“器壁效應”，對器壁鏈引發(fā)和斷鏈作用進行了分析，表明泡沫陶瓷的三維網(wǎng)格結構有利于瓦斯爆炸自由基的銷毀，從而終止反應鏈抑制瓦斯爆炸，同時作者給出瓦斯爆炸鏈載體平均濃度以及斷鏈系數(shù)的函數(shù)關系式。孫建華、魏春榮等[6-8]利用30 cm×30 cm方形管道對不銹鋼金屬絲網(wǎng)、泡沫陶瓷(Al2O3，SiC)及兩者組合體、泡沫金屬的阻隔性能進行了系統(tǒng)實驗研究，認為絲網(wǎng)與泡沫陶瓷組合體對沖擊波和火焰波的衰減效果優(yōu)于各自單體，發(fā)現(xiàn)多孔泡沫金屬的厚度、孔徑、體密度是影響火焰溫度衰減效果的重要因素。但泡沫金屬厚度不能任意增加，如厚度過大則相當于在管道中設置障礙物，造成爆炸波突變，反而增大了爆炸威力[9]。王凱全等[10]借助高速攝像機及ProAnalyst軟件，分析了網(wǎng)狀金屬材料對火焰波的阻隔作用。高遠[11]利用EBU-Arrhenius燃燒模型研究了硅酸鋁棉對火焰和沖擊波的抑制作用。YANG等[12]對90°彎管中多孔材料對甲烷/空氣混合氣體抑制火焰及壓力波的過程進行了實驗和數(shù)值模擬研究。溫小萍[13]基于RANS/LES分區(qū)組合模型對火焰波在泡沫鋁中的淬熄過程進行了數(shù)值模擬。賈寶山等[14]利用 Fluent對濃度為9.5%的瓦斯爆炸波在多孔介質(zhì)中的火焰速度和壓力進行了數(shù)值模擬，結果表明多孔介質(zhì)由于增加了自由基與孔壁的碰撞機率，部分爆炸波得以吸收，會抑制火焰?zhèn)鞑?，導致壓力降低。CICCARELLI[15]對直管中可燃氣體爆炸過程動能和熱能損失進行了理論分析，指出多孔介質(zhì)阻火性能是由熱損失、湍流和可壓縮性共同決定的。翁曉敏等[16]在研究孔密度與泡沫金屬內(nèi)濕空氣的換熱與壓降影響時發(fā)現(xiàn):孔密度對泡沫金屬的換熱和壓降性能關系密切。陳學[17]針對泡沫多孔材料的強制對流與高溫輻射的耦合傳熱進行了研究，通過實驗得到了壓降和容積換熱系數(shù)的預測關聯(lián)式，并進行了數(shù)值模擬研究。

目前的研究重點一般集中于研究多孔材料的材質(zhì)、參數(shù)、鋪設方式對瓦斯阻隔效果的影響，使用的材料有金屬和非金屬材料，根據(jù)現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)泡沫鐵鎳合金材料對瓦斯爆炸的抑制效果最優(yōu)。根據(jù)目前已有的試驗研究成果，泡沫陶瓷材料在超壓下易于破損，而多層金屬絲網(wǎng)則易于燒結，兩者的組合體裝配起來略顯復雜。而多孔泡沫鐵鎳合金材料則因其強度高、韌性好、耐強磨性、熱膨脹系數(shù)小、導熱系數(shù)高的特點，受到了廣泛關注。但所有以上的研究均是針對單純瓦斯氣體爆炸的阻隔效果開展的，若應用到煤礦則必須考慮井下存在的粉塵影響，特別是沉積在巷道底板的煤塵。在外力作用下積塵會變成揚塵，遇到點火源后形成沉積煤塵的爆炸[18]。瓦斯爆炸發(fā)生的瞬間沖擊波波前產(chǎn)生的高速氣流，會導致波前揚塵先于火焰波到達泡沫金屬上，從而影響其阻隔功能的發(fā)揮。本文主要考察煤粉加入后對泡沫金屬阻隔瓦斯爆炸性能的影響規(guī)律，特別是與單純瓦斯爆炸時的泡沫金屬阻隔效果進行對比研究。

1 試驗系統(tǒng)

試驗系統(tǒng)主要由實驗介質(zhì)燃爆容器及擴散管路、配氣系統(tǒng)、高能點火系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。試驗所使用的部分設備如圖1所示。

圖1 部分試驗設備Fig.1 Some equipments in the test

試驗均在常溫常壓下進行，溫度為20～32 ℃，壓力為1.013×105Pa。其中爆炸容器109 L，直徑為300 mm，該容器是瓦斯氣體的充填區(qū)和爆炸區(qū)，由0.3 mm厚塑料薄膜與瓦斯傳爆管路隔離。在爆炸腔體兩端裝配好高壓靜電點火頭和塑料密封膜后，充入定量的瓦斯氣體至計算壓力即可配制成一定濃度的瓦斯-空氣混合氣體。傳爆管路內(nèi)徑為120 mm，管道單管長度2.2 m，試驗系統(tǒng)傳爆管路長度為24 m。在試驗過程中，主要的試驗管路為直管，呈90°的兩個彎管作為擴散管。試驗所用點火系統(tǒng)為大能量電火花發(fā)生器，點火電壓為200 V，名義點火能量為440 J。在試驗管道上安裝6個火焰?zhèn)鞲衅?，從起爆端依次編號?～6，火焰?zhèn)鞲衅餍吞枮镵CG100，響應時間:≤100 μs，響應光譜:可見光340～980 nm，傳感器安裝位置見表1。泡沫金屬安裝在3，4號傳感器之間，距4號傳感器0.15 m。數(shù)據(jù)采集采用成都泰斯特公司的TST6300高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集對象為火焰?zhèn)鞑ニ俣?，?shù)據(jù)采樣頻率為100 kHz，采樣長度為256 K。試驗系統(tǒng)示意如圖2所示。

表1傳感器安裝位置
Table1Installationpositionofsensor

測點編號123456距起爆點位置/cm150225300375450525

圖2 試驗系統(tǒng)示意Fig.2 Test system of schematic diagram

2 試驗材料選擇

試驗選用的泡沫鐵鎳合金厚度為5 cm，平均孔徑為30目，體密度為0.5 g/cm3，鐵鎳合金比例約為5∶5。試驗時的爆炸氣體為甲烷-空氣混合氣體，為便于試驗現(xiàn)象的對比研究，所有試驗的瓦斯體積分數(shù)均為9.5%。圖3為試驗用的泡沫金屬材料。圖4為泡沫金屬裝配在管道中的外觀。

圖3 實驗用泡沫金屬Fig.3 Foam metal used in experiment

圖4 阻隔材料裝配Fig.4 Blocking materials assembled in pipe

3 試驗方案

在實驗介質(zhì)燃爆容器中手工配制體積分數(shù)為9.5%的瓦斯-空氣混合氣體，燃爆容器的爆炸破損端用0.3 mm的聚氯乙烯薄膜封閉。首先進行空管試驗，文中將無阻隔爆炸時的火焰波自由傳播試驗稱為空管試驗，采集各測點火焰?zhèn)鞑ニ俣茸鳛閷Ρ鹊幕A數(shù)據(jù)。然后將泡沫金屬材料裝配于距引爆點3.6 m的管道中，利用密封膠進行邊緣封閉，進行瓦斯氣體條件下的阻隔爆試驗。最后，在管道中距泡沫金屬前0.3 m處鋪設5～100 g的不同質(zhì)量不同粒徑的煤粉顆粒，煤粉經(jīng)長時間暴露空氣中已無爆炸性。在相同的起爆條件下，考察添加煤粉后泡沫金屬阻隔爆性能的變化規(guī)律。結合擴散管末端的火焰噴出攝像、泡沫金屬質(zhì)量變化及管道中的火焰?zhèn)鞑?shù)據(jù)，作為判斷材料阻隔爆性能的指標。

4 試驗現(xiàn)象分析

4.1 擴散管端口噴出現(xiàn)象分析

圖5是爆炸試驗后擴散管出口端的火焰噴出及粉塵擴散情況，試驗中爆炸性氣體濃度均為9.5%。

圖5 擴散管出口端火焰及煤粉噴出情況Fig.5 Squirt flame and dust from diffusion tube outlet

圖5(a)是瓦斯氣體爆炸后在擴散管道中未設置阻隔爆材料時自由傳播的火焰圖像，從圖中可以看出，爆炸火焰經(jīng)過近15 m的傳播仍然沒有衰減，出口端火焰亮度明顯，長度較長。圖5(b)則是爆炸氣體在管道中設置泡沫金屬后的阻隔現(xiàn)象，擴散端口無火焰噴出，證明泡沫金屬材料的阻隔效果明顯。圖5(c)是在添加50 g煤粉時的噴出現(xiàn)象，同樣沒有火焰，但有明顯的煤粉噴出，證明在煤粉參與下泡沫金屬依然可起到阻隔的效果，但阻隔效果應以火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓M行判斷。圖5(d)是添加100 g煤粉時的噴出現(xiàn)象，噴出煤粉明顯增多，證明煤粉質(zhì)量越多，則煤粉越易穿越泡沫金屬傳播，從而造成火焰波在多孔介質(zhì)、煤粉的多重影響下相互作用，影響泡沫金屬阻隔性能的正常發(fā)揮。從圖中可以看出，兩個擴散管均參與泄壓，但從圖5(c)和(d)可以看出，主要的泄壓功能由最末端的擴散管a承擔，因此擴散的粉塵主要由此處逸出。

在試驗過程中，可以清晰分辨增設泡沫金屬對爆炸響度的抑制作用。在空管試驗中，爆炸聲響巨大，明顯能感覺到耳膜不適;但在管道中設置泡沫金屬后，無論是單純瓦斯爆炸還是管道中添加煤粉后的爆炸，響度均有大幅減弱，可見泡沫金屬對管道內(nèi)爆炸響度也具有明顯的抑制作用。

4.2 阻隔材料變化分析

爆炸完成前后，對泡沫金屬的表面外觀進行觀察分析，結果如圖6所示。

圖6 爆炸后泡沫金屬外觀Fig.6 Foam metal’s appearance after the explosion

從圖中可以明顯看出，圖6(a)是9.5%瓦斯氣體爆炸后背風面材料外觀，與圖3的未爆炸前泡沫金屬相比:爆炸前的泡沫金屬材料外觀比較光亮，而爆炸后材料兩側均有灼燒痕跡，但不是十分明顯。圖6(b)和(c)分別是添加100 g的60～80和40～60目煤粉后的煤粉附著情況，從圖中可以明顯看出，爆炸后煤粉附著在材料表面，且目數(shù)越接近材料孔隙，煤粉越易附著。圖6(d)則是添加50 g 60～80目的煤粉后金屬材料背面的灼燒痕跡，與瓦斯爆炸后金屬材料背面相比，燃燒痕跡明顯，基本呈純黑色，表明加入煤粉后經(jīng)泡沫金屬材料的阻隔仍有燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生。

5 試驗數(shù)據(jù)分析

瓦斯爆炸的主要危害有高溫、高壓和有害氣體?，F(xiàn)有的礦井瓦斯隔爆裝置主要是利用水、巖粉等惰性物質(zhì)降低火焰溫度和傳播速度，從而隔斷火焰繼續(xù)傳播。而泡沫金屬由于本身的多孔性結構特征，火焰通過時能將火焰劃分為若干細小火焰，并快速的傳導和吸收火焰熱量，衰減其溫度和傳播速度，從而達到阻滯傳播的效果。同時爆炸火焰與多孔結構的相互碰撞、摩擦導致火焰中的自由基數(shù)量急劇減少，降低了反應強度。因此，測試其火焰?zhèn)鞑ニ俣仁侵庇^的判斷隔爆材料抑爆效果的指標，文中以空管試驗中各測點的傳感器測值繪制成火焰速度曲線，并以此為基礎，與傳播管道中設置泡沫金屬和添加不同粒徑/質(zhì)量煤粉后的爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M行對比，考察沖擊波造成的揚塵對泡沫金屬阻隔爆性能的影響。文中定義某測點空管時的火焰速度減去該測點隔爆后火焰速度，再除以空管所測火焰速度作為火焰速度衰減率，以其中最大的火焰速度衰減率作為阻隔材料的隔爆性能指標。

5.1 空管和瓦斯爆炸氣體阻隔爆試驗測試結果

圖7為體積分數(shù)為9.5%的瓦斯氣體爆炸后，在空管內(nèi)和設置泡沫金屬材料后的火焰?zhèn)鞑ニ俣葘Ρ惹闆r。從圖中可以看出，在擴散管中自由傳播時，爆炸火焰鋒面速度迅速增高，在測點4位置達到最大值后開始下降，但下降幅度并不大。后續(xù)的傳播速度仍然達到了140 m/s以上。結合圖5(a)也可以看出，在管道中自由傳播的火焰鋒面能夠噴出擴散管。而在同樣起爆濃度下管道中設置了泡沫金屬材料后，測點4的火焰?zhèn)鞑ニ俣润E減為9.77 m/s，火焰速度衰減率達到93.63%。衰減效果明顯，表明所選用的阻隔材料具有良好的隔爆效果。

圖7 多孔泡沫金屬阻隔性能測試Fig.7 Foam metal barrier performance test

5.2 添加煤粉后的阻隔爆試驗測試結果

圖8是在管道中泡沫金屬前30 cm位置處鋪設5～100 g的60～80目粒徑的煤粉后火焰速度分布情況。本圖中的基礎曲線為9.5%的瓦斯爆炸時管道內(nèi)設置泡沫金屬后的火焰速度傳播曲線。從圖中可以看出，在添加了一定量的煤粉后，泡沫金屬的阻隔性能有所改變，火焰速度的衰減率從80.96%～97.93%不等，根據(jù)衰減率大小排序，阻隔效果依次為:添加10 g煤粉，97.93%;添加5 g煤粉，92.95%;添加100 g煤粉，92.05%;添加50 g煤粉，80.95%。

圖8 添加煤粉后的阻隔性能測試Fig.8 Inhibition performance test after adding coal dust

5.3 煤粉參數(shù)對泡沫金屬阻隔性能的影響分析

5.3.1煤粉質(zhì)量對泡沫金屬阻隔性能的影響

如圖9所示，當在實驗管道中添加一定量的煤粉后，由于煤粉在沖擊波波前流場的作用下產(chǎn)生揚塵，并先于火焰波到達多孔泡沫金屬且滯留其上對泡沫金屬阻隔爆炸火焰的傳播產(chǎn)生影響。在該試驗過程中，使用的隔爆材料參數(shù)一致，瓦斯起爆濃度均為9.5%，煤粉也是同批次采集加工，鋪設距離也相同，改變的只有煤粉質(zhì)量，對比基礎為空管試驗曲線和泡沫金屬阻隔瓦斯爆炸試驗曲線。

圖9 添加不同質(zhì)量煤粉對泡沫金屬的阻隔影響Fig.9 Change of foam metal’s inhibition ability after adding different quality of coal dust

從圖9可以看出，當少量的煤粉加入后(≤10 g)，泡沫金屬的阻隔效果略有減弱，但基本沒有發(fā)生較大改變。而當添加煤粉達到50 g時，雖然最大的火焰速度衰減率達到80.95%，相比氣體爆炸時的阻隔效果下降了13.86%，但火焰?zhèn)鞑ニ俣仍诟舯笕匀贿_到了約39 m/s，處于爆燃階段，原因是此時有一定量煤粉參與了燃燒，導致泡沫金屬阻隔效果降低。此時若管道中充滿可爆瓦斯，則有可能造成二次爆炸，說明阻隔效果一般或失敗。當添加煤粉達到100 g時，此時的火焰速度衰減率又升高到92.05%，分析其原因可能是煤粉的加入對泡沫金屬的抑爆性能影響有兩個方面:① 爆炸火焰引燃加入的煤粉，導致其隔爆性能的降低;② 煤粉在沒有引燃的情況下相當于惰塵，其與火焰的互相作用導致火焰自由基迅速衰減，反而增強了泡沫金屬的抑爆能力。由于此時煤粉粒徑范圍是60～80目(0.18～0.25 mm)，而泡沫金屬的平均孔徑為30目(0.6 mm)，大部分的煤粉能夠在壓力作用下穿過泡沫金屬，且此時煤粉添加量較多，在有限空間內(nèi)氧氣不足，不足以引燃煤粉。飛揚的粉塵與火焰瞬間相互碰撞，導致火焰鋒面自由基減少，從而降低了火焰的傳播速度。

5.3.2煤粉粒徑對泡沫金屬阻隔性能的影響

為考察煤粉粒徑對泡沫金屬阻隔爆效果的影響，在相同試驗條件下，選擇了100 g的粒徑范圍為40～60目的煤粉與同質(zhì)量60～80目的煤粉作對比分析。圖10是不同粒徑煤粉對火焰波傳播的影響，煤粉粒徑大于泡沫金屬孔徑時(40～60目)，對火焰速度的衰減率有較大的下降，達到了68.23%，遠小于100 g 60～80目煤粉92.05%的阻隔效率，相比未添加煤粉時的阻隔效率則下降了27.13%。分析其原因是由于小粒徑煤粉容易從泡沫金屬的孔隙中逸出，對泡沫金屬阻隔能力影響較小;而煤粉粒徑和泡沫金屬孔徑相距不大時，煤粉易滯留在泡沫金屬上，當火焰波經(jīng)過時可能部分煤粉燃燒從而導致泡沫金屬的阻隔性能發(fā)生較大變化。

5.4 煤粉在泡沫金屬材料上的滯留量及滯留率

泡沫金屬的應用目的之一是井下瓦斯發(fā)生多次連續(xù)爆炸時仍能起到阻隔作用，而煤粉在阻隔材料上的滯留，必然對材料孔隙率、導熱性及阻隔性能造成影響。因此研究煤粉在泡沫金屬上的滯留率對后續(xù)研究有關鍵作用。

試驗過程中，采用電子天平測定煤粉在泡沫金屬材料上的滯留量。主要采用的是粒徑為60～80目的煤粉，在管道中的添加的質(zhì)量分別為5，10，50和100 g四組，另有一組為粒徑40～60目的100 g煤粉。具體結果見表2。從表中可以看出，在相同粒徑條件下，鋪設煤粉質(zhì)量越多，越易滯留在阻隔材料上。從煤粉的滯留率看，煤粉在泡沫金屬上的滯留率為10.8%～22.9%不等，60～80目的平均滯留率為14.06%，而同質(zhì)量40～60目的煤粉滯留率則高于60～80目，說明煤粉粒徑越接近泡沫金屬孔徑，則越易滯留在隔爆材料上。此外根據(jù)孔隙率計算，本次試驗中材料孔隙率降低在6.67%以下，大部分的煤粉在壓力作用下穿過阻隔材料，對爆炸超壓的阻隔影響有限。這也與前述試驗中爆炸響度大幅降低的現(xiàn)象相吻合。但由于滯留煤粉大多在泡沫金屬表面，二次爆炸產(chǎn)生時，可能引起爆炸超壓和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拇蠓黾印?/p>

表2煤粉在泡沫金屬上的滯留情況
Table2Strandedcoaldustonfoammetal

煤粉質(zhì)量/g粒徑/目爆炸前金屬質(zhì)量/g爆炸后金屬質(zhì)量/g煤粉在泡沫金屬上的增量/g粉塵滯留率/%無煤粉—318.70318.700010060～80315.80327.9812.1812.185060～80313.63319.345.7110.341060～80321.11323.402.2922.90560～80304.50305.040.5410.8010040～60309.56325.2915.7315.73

值得注意的是，由于煤粉的鋪設厚度、長度無法做到完全一致，而粉塵的堆積狀態(tài)直接影響其揚塵程度，因此煤粉在泡沫金屬上的滯留情況還需更深入的研究。

6 結 論

(1)泡沫金屬對瓦斯爆炸火焰波傳播具有良好的抑制作用，在傳播途徑上設置泡沫金屬可有效的阻隔爆炸火焰波的繼續(xù)傳播。

(2)煤粉的添加對泡沫金屬的火焰阻隔能力具有較大的影響。當泡沫金屬參數(shù)為本試驗所設定的情況時，煤粉粒徑一定，管道中煤粉質(zhì)量小于10 g或大于100 g，基本對其阻隔能力沒有影響，甚至還略有增加;但當煤粉質(zhì)量50 g時，大幅降低了泡沫金屬的阻隔能力，降低幅度為13.86%。說明煤粉質(zhì)量對泡沫金屬的阻隔能力有影響，但只有在煤粉質(zhì)量一定時對其有較大影響。對于其他參數(shù)組合的泡沫金屬添加煤粉時的影響規(guī)律則有待于進一步研究。

(3)在煤粉質(zhì)量一定時，煤粉粒徑越接近泡沫金屬孔徑，越易滯留于泡沫金屬上，且對泡沫金屬阻隔能力有較大影響。

(4)實驗中煤粉的成分均一致，且經(jīng)過較長時間的擱置。根據(jù)理論分析，煤粉的揮發(fā)分、水分、燃燒熱、爆炸性等均可能對泡沫金屬的阻隔性能造成影響。因此，針對煤粉性質(zhì)對泡沫金屬阻隔性能的影響還需進一步探討。

(5)在本次實驗中，煤粉的鋪設約距泡沫金屬0.3 m左右。實驗條件所限，無法直觀考察揚塵的程度，今后應改變煤粉與泡沫金屬之間距離，考察煤粉揚起程度與阻隔效果之間的關系。

[1] 聶百勝，何學秋，張金鋒，等.泡沫陶瓷對瓦斯爆炸過程影響的實驗及機理[J].煤炭學報，2008，33(8):903-907.

NIE Baisheng,HE Xueqiu,ZHANG Jinfeng,et al.The experiments and mechanism of foam ceramics affecting gas explosion process[J].Journal of China Coal Society,2008,33(8):903-907.

[2] 聶百勝，何學秋，張金鋒，等.泡沫陶瓷對瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ挠绊慬J].北京理工大學學報，2008，28(7):573-576.

NIE Baisheng,HE Xueqiu,ZHANG Jinfeng,et al.Effect of foam ceramics upon gas explosion flame propagation[J].Transactions of Beijing Institute of Technology,2008,28(7):573-576.

[3] NIE Baisheng,HE Xueqiu,ZHANG Ruming,et al.The roles of foam ceramics in suppression of gas explosion over-pressure and quenching of flame propagation[J].Journal of Hazardous Materials,2011,192:741-747.

[4] 張如明.泡沫陶瓷隔爆棚抑制瓦斯爆炸的機理及數(shù)值模擬研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(北京)，2012.

ZHANG Ruming.Mechanism and numerical simulation research on foam ceramics barrier suppressing gas explosions[D].Beijing:China University of Mining and Technology(Beijing),2012.

[5] 馬凱，馬志鵬，張巨峰，等.泡沫陶瓷結構內(nèi)瓦斯爆炸反應的斷鏈[J].礦業(yè)工程研究，2013，28(2):33-36.

MA Kai,MA Zhipeng,ZHANG Jufeng,et al.Chain scission of gas explosion reaction in foam ceramics[J].Mineral Engineering Research,2013,28(2):33-36.

[6] SUN J H,WEI C R,et al.The comparative experimental study of the porous materials suppressing the gas explosion[A].Progress on Mine Safety Science and Engineering[C].Beijing,Elsevier Ltd,2011:1049-1055.

[7] 魏春榮，徐敏強，王樹桐.多孔材料抑制瓦斯爆炸火焰波的實驗研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2013，42(2):206-213.

WEI Chunrong,XU Minqiang,WANG Shutong.Experiment of porous materials for suppressing the gas explosion flame wave[J].Journal of China University of Mining & Technology,2013,42(2):206-213.

[8] 孫建華，趙益，魏春榮.金屬絲網(wǎng)和泡沫陶瓷組合體抑制瓦斯爆炸的實驗研究[J].煤炭學報，2012，37(7):1156-1159.

SUN Jianhua,ZHAO Yi,WEI Chunrong.Experimental study of combination of metal wire mesh and foam ceramic for suppressing the gas explosion[J].Journal of China Coal Society,2012,37(7):1156-1159.

[9] 林柏泉，周世寧，張仁貴.障礙物對瓦斯爆炸火焰結構及火焰?zhèn)鞑ビ绊懙难芯縖J].中國礦業(yè)大學學報，1999，28(2):104-107.

LIN Baiquan,ZHOU Shining,ZHANG Rengui.Influence of barriers on flame transmission and explosion wave in gas explosion[J].Journal of China University of Mining & Technology,1999,28(2):104-107.

[10] 王凱全，顧濤，疏小勇，等.網(wǎng)狀金屬材料對火焰波阻隔作用的實驗研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014，40(7):10-12.

WANG Kaiquan,GU Tao,SHU Xiaoyong,et al.Experimental study on the blocking effect of mesh metal materials on flame wave[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2014,40(7):10-12.

[11] 高遠.多孔介質(zhì)對火焰及壓力波抑制作用的數(shù)值模擬[D].大連:大連理工大學，2010.

GAO Yuan.Numerical study on suppressing flame propagation and pressure wave with porous media[D].Dalian:Dalian University of Technology,2010.

[12] YANG C,WAN H,YU J.Research on explosion suppression characteristics of aluminum silicate wool in 90° bend[J].Procedia Engineering,2012,45:464-469.

[13] 溫小萍.瓦斯湍流爆燃火焰特性與多孔介質(zhì)粹熄抑爆機理研究[D].大連:大連理工大學，2014.

WEN Xiaoping.Mechanism study on flame characteristics and porous media quenching suppression of gas turbulent deflagration[D].Dalian:Dalian University of Technology,2014.

[14] 賈寶山，金柯，胡如霞，等.受限空間內(nèi)多孔介質(zhì)材料對瓦斯爆炸特性的抑制作用[J].世界科技研究與進展，2015，37(5):473-476.

JIA Baoshan,JIN Ke,HU Ruxia,et al.Inhibitory effect of porous media materials on characteristics of gas explosion in confined space[J].World Sci-Tech R & D,2015,37(5):473-476.

[15] Ciccarelli G.Explosion propagation in inert porous media[J].Philosophical Transactions of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences,2012,370:647-667.

[16] 翁曉敏，胡海濤，賴展程，等.孔密度對泡沫金屬內(nèi)濕空氣的換熱與壓降特性影響分析[J].化工學報，2016，67(6):2218-2223.

WENG Xiaomin,HU Haitao,LAI Zhancheng,et al.Analysis of influence of pore density on heat transfer and pressure drop characteristics of wet air in metal foams[J].CIESC Journal,2016,67(6):2218-2223.

[17] 陳學.泡沫多孔材料中強制對流與高溫輻射的耦合傳熱研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學，2016.

CHEN Xue.Investigation on forced convection and coupled heat transfer with high temperature radiation in cellular porous material[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2016.

[18] 劉丹，李潤之，司榮軍，等.瓦斯爆炸誘導沉積煤塵參與爆炸作用模式[J].煤炭學報，2011，36(11):1879-1883.

LIU Dan，LI Runzhi,SI Rongjun,et al.Pattern of gas explosion induced coal dust explosion[J].Journal of China Coal Society,2011,36(11):1879-1883.

Studyontheinfluenceregulationafteraddingcoaldustforinhibitionofflamewaveofgasexplosionbyfoammetal

WANG Yajun1,2,XU Xiuyan3,QIN Xianli1

(1.SchoolofSafetyEngineering,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology,Harbin150022,China; 2.SchoolofSafetyEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China; 3.CollegeofScience,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology,Harbin150022,China)

Foam metal is a new type of material which can inhibit gas explosion flame and pressure wave.But its isolation performance is unpredictable under the environment of coal dust.To research the influence regulation of foam metal’s isolation on gas explosion flame after adding coal dust with different parameters in pipe,the experiment was carried out in a gas explosion transfer device designed by ourselves and its diameter is 120 mm.The results show that the attenuation rate of gas flame wave were 92.95%,97.93%,80.95%,and 92.05% respectively after adding 5 g,10 g,50 g,and 100 g coal dust with particle sizes of 60-80 mesh.For the foam metal with specific parameters,the quality of coal powder can reduce the barrier performance in a certain range.In comparing the attenuation rates of foam metal,the closer to the foam metal’s aperture the dust particle size was,the more likely stranded in barrier material the dust was,and even worse the barrier effect of the foam metal would be.Its attenuation rate was falling to 68.23% when 100 g coal dust (40-60 mesh) added.The study found that the quality and particle size of coal dust in pipe can make important influence on foam metal’s blocking performance.

coal dust;foam metal;gas blast;inhibition;flame wave;influence regulation

王亞軍，徐秀艷，秦憲禮.煤粉對泡沫金屬抑制爆炸火焰波性能的影響規(guī)律[J].煤炭學報,2017,42(11):2885-2891.

10.13225/j.cnki.jccs.2017.0476

WANG Yajun，XU Xiuyan，QIN Xianli.Study on the influence regulation after adding coal dust for inhibition of flame wave of gas explosion by foam metal[J].Journal of China Coal Society,2017,42(11):2885-2891.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2017.0476

TD712

A

0253-9993(2017)11-2885-07

2017-04-12

2017-09-06責任編輯常明然

國家自然科學基金青年基金資助項目(51604101);黑龍江省自然科學青年基金資助項目(QC2015054);國家安全監(jiān)督管理總局2016重大事故防治關鍵技術科技資助項目(heilongjiang-0001-2016AQ)

王亞軍(1980—)，男，河北懷安人，講師,博士研究生。Tel:0451-88036489，E-mail:wyj.0328@163.com