瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势.pdf

中国煤炭行业知识服务平台 您可能感兴趣的文章、专题您可能感兴趣的文章、专题 ““煤矿智能化综述及关键技术煤矿智能化综述及关键技术””专题专题 ““我国煤矿瓦斯防治理论技术研究进展我国煤矿瓦斯防治理论技术研究进展””专题专题 ““煤地质与煤结构煤地质与煤结构””专题专题 ““煤矿安全煤矿安全 智能化智能化””专题专题 ““深部煤层瓦斯精准抽采深部煤层瓦斯精准抽采””专题专题 ““中国煤科首席科学家中国煤科首席科学家””专题专题 ““矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践””专题专题 20202020 年度煤炭科学技术年度煤炭科学技术““领跑者领跑者 50005000””论文论文 20212021煤炭科学技术封面文章煤炭科学技术封面文章 煤炭行业青年科学家论坛煤炭行业青年科学家论坛20212021 年年 第 卷第 期煤 炭 科 学 技 术 年 月 安全科学与工程 移动扫码阅读 程方明，南 凡，罗振敏，等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势煤炭科学技术，，（） ， ， ， ，， （） 瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 程方明，南 凡，罗振敏，康晓锋 （西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 ） 摘 要为了有效控制和降低瓦斯爆炸事故带来的破坏效应，不断完善抑爆理论体系，在调研国内外 抑制瓦斯爆炸相关文献的基础上，按抑爆材料种类的不同，分别从气体、水雾、粉体以及多相复合抑爆 个方面总结和分析了近年来瓦斯抑爆材料和抑爆机理的研究进展，并提出未来的创新发展趋势。 大部分研究通过试验研究对比分析各类材料抑爆效果的差异性，结合最大爆炸压力、最大爆炸压力上 升速率、爆炸极限、爆炸威力指数、火焰传播、火焰温度等特征参数的变化规律，基于理论分析和数值 模拟解释其爆炸抑制机理，主要基于物理惰化可燃气体及氧气浓度、冷却或吸收爆炸区域热量、隔绝 热传递、消除甲烷爆炸支链反应产生的 、、 等关键自由基等进行瓦斯抑爆机理分析，发现能有 效探明抑爆材料影响瓦斯爆炸反应微观作用机理的试验检测手段明显不足。 多相态材料复合抑爆是 近年来研究的热点，发现了多种抑爆材料联合使用时会出现协同增效现象，其抑爆效果明显比单一材 料使用时抑爆效果好，但其协同抑爆机理尚未揭示清楚，有待深入研究。 多种材料的组合抑爆规律、 多种材料协同抑爆机理的精准揭示、使用先进的试验设备检测反应微观过程、高效环保的新材料抑爆 剂研发等将是未来瓦斯抑爆研究的重点。 关键词瓦斯爆炸；抑爆材料；抑爆机理；多相复合；自由基 中图分类号 文献标志码 文章编号（） ， ， ， （ ， ， ，） 收稿日期；责任编辑王晓珍 基金项目国家自然科学基金资助项目（） 作者简介程方明（），男，辽宁本溪人，副教授。 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程方明等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 年第 期 ， ， ， ， ， ； ； ； ； 引 言 据统计， 年特别重大瓦斯爆炸事故 共发生 起，死亡 人，受伤 人，直接经济 损失 万元，可见瓦斯爆炸事故对煤矿 安全开采和持续发展造成了严重阻碍。 由于我国富 煤、贫油、少气的能源结构特点，以煤为主的能源结 构在今后 年不可能有太大变化，因此瓦斯爆炸灾 害事故防治工作一直被煤矿安全研究者所关注。 目 前，抑爆、隔爆、泄爆等是常用的瓦斯爆炸防控技术， 而抑制爆炸相对于泄爆、隔爆措施是一种相对积极 有效的防爆方法，它可通过主动或被动的方式减少 爆炸损失和二次爆炸事故的发生。 年，美国矿务局最先开始了矿井瓦斯爆炸 事故的试验研究， 年， 等确定了甲 烷在 、、、 等惰性气体中的可燃极限， 年和 年，文献提出细水雾主要通过 冷却降温和水蒸气稀释可燃气体浓度 种机理， 年， 等考察了粒子对爆轰的抑制 作用，学者们的研究为进一步研究瓦斯抑爆奠定了 基础。 随后，国内外学者对瓦斯抑爆工作开展了大 量研究，其中文献对瓦斯抑爆材料及抑爆装 备进行了研究和分析，但对抑爆机理的分析不够深 入，尤其是在近几年研究比较热门的多相复合抑爆 方面总结分析较少，笔者在总结前人研究的基础上 分别从气体、水雾、粉体以及多相复合抑爆等 个方 面出发，对瓦斯抑爆材料和抑爆机理研究现状进行 了详细分析，总结不足之处，探索未来创新发展方 向，为研究瓦斯爆炸事故防控技术、开发新型高效环 保抑爆材料提供引导。 气体抑爆 目前，国内外学者研究及应用的气体抑爆材料 主要涉及 、、 等常见惰性气体以及 、水 蒸气和卤代烃化合物等活性气体，其具有成本低廉、 清洁、高效、环保、安全等特性，抑制瓦斯爆炸极限、 瓦斯爆炸剧烈程度以及降低甲烷空气混合气体燃 烧性有显著作用。 气体抑爆研究现状 国外的文献 研究了 、、、、 、、、 等抑制剂在 燃烧反 应中的抑制作用原理；文献通过试验研究了在 分别添加 、和 时，、对甲 烷空气混合物爆炸的抑制情况，研究发现，和 的最低惰化浓度随着卤代烃添加出现先降低后上 升趋势。 文献分别研究了 、、 和 抑制剂对 混合物和 混合物燃烧极限、最大爆炸压力、最大爆炸压力上升 速率、层流火焰燃烧速度等特征参数的影响。 文献 采用高速相机拍摄了 、、 等气体抑 制甲烷与空气混合物点火后球形火焰传播的图像， 分析了抑爆剂对燃烧感应期和火焰传播速度的影 响。 文献 通过试验研究了添加氟化物 （、、、、、、 、、、和 ）对甲烷空气 混合物的抑制作用，发现不同的氟化物对甲烷空 气混合物的点火延迟时间影响效果不同，但燃烧速 度均有所下降。 文献研究了在甲烷空气混合 气体中由几种惰性气体（、、或 ）稀释后 层流爆燃传播特性指标，结果表明在所研究的惰性 添加剂中，二氧化碳的抑制效果是最有效的，其次是 氮气、氩气和氦气。 文献研究了二氧化碳 真 空室对爆炸强度和抑爆效果的影响。 结果表明在 真空室的作用下，真空度越高，抑制效果越显著；在 真空室 的作用下，抑制效果优于高真空度下无 的真空室。 国内的文献研究了充注 、对可 燃气体浓度和氧气浓度的影响以及对瓦斯爆炸极限 的影响，结果表明、能降低瓦斯和氧气浓度， 能缩小瓦斯爆炸极限的范围，抑爆效果明显，且 的抑爆效果优于 。 罗振敏等从微观角度研究 了氨气对甲烷燃烧的抑制作用，结果表明氨的加入 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 降低了气体爆炸上限和下限，缩小了爆炸极限的范 围。 罗振敏等研究了水蒸气分别对瓦斯爆炸 和甲烷燃烧爆炸的影响，研究结果表明水蒸气降低 了燃烧温度和 、 和 等关键自由基的浓度，抑 爆效果明显，当水蒸气量达到某临界值时，甲烷混合 气体将不能被点燃；文献利用化学动力学 计算软件 对瓦斯爆炸过程中反应物的多 种参数的变化趋势进行了详细分析，结果表明 、、对瓦斯爆炸及爆炸后 、、等有 害气体的生成起抑制作用；文献研究了卤 代氢（氟化酮、三氟甲烷、四氟乙烷、七氟丙烷等）对 瓦斯爆炸的抑制效果，分析了其抑爆机理。 结果表 明卤代氢不仅具有稀释、隔氧等优点，还能在受热 后分解，吸收热量，达到降温、化学抑制的效果。 气体抑爆机理分析 惰性气体抑爆机理 根据论述发现，氮气、氩气、氦气等不参与可 燃物的爆炸支链反应，主要是通过稀释可燃气体和 氧气浓度，最终令可燃气体窒息；同时，这部分惰性 气体还有冷却降温作用。 活性气体抑爆机理 水蒸气、二氧化碳等除过具有氩气、氮气所 具有的物理抑爆机理外，还参与了瓦斯爆炸的支链 反应。 水蒸气和水雾的机理相同，这里不重复介绍。 二氧化碳是甲烷氧化之后的主要产物之一，将导致 甲烷燃烧支链反应更易向逆方向进行，消耗了 、 、 等关键自由基，间接延长了反应进程，从而阻 碍甲烷爆炸链反应的发展。 卤代氢抑爆剂常温下可液态储存，在注入爆炸 区域时，能够吸收部分反应热量，起到物理降温作 用；而且由于卤代氢分子量普遍较大，在受热后会发 生分解，能吸收部分爆炸反应能量，起到化学冷却作 用；另外，其分解产生的含氟自由基能与爆炸产生的 、、 等关键自由基发生反应，中断爆炸过程中 支链反应，起到抑制瓦斯爆炸的作用。 水雾抑爆 由于水雾成本低、来源广泛、使用方便、比热容 高等特点，近年来在消防灭火方面得到了广泛的应 用，同时水雾是一种很好的抑爆材料。 水雾抑爆主 要可以概括为 种方式，一种是纯水雾抑爆，另一种 是通过向水雾中添加添加剂或与荷电结合达到不同 介质协同抑爆的目的。 水雾抑爆研究现状 清水雾抑爆效果良好，一直以来是国内外学者 重点研究的抑爆材料之一，例如早期国外的文献 提出细水雾通过冷却吸热和水蒸气稀释 种机理熄灭火焰，文献研究认为水雾对爆 炸的抑制作用源于燃烧区内对能量传递的隔离，抑 爆效果与生成雾滴的尺寸，使雾滴分解所需的最小 火焰速度，水槽的数量、尺寸、形状和到点火源的距 离都有关。 国内的陆守香等通过分析与计算，说 明水能作为第三体或惰性液滴破坏瓦斯爆炸链反应 过程中的链载体来抑制爆炸；刘暄亚等研究了 不同条件下的细水雾对瓦斯爆炸火焰传播的抑制作 用，结果表明水雾可通过降低温度和气体燃烧速度 以及阻碍能量传递来达到抑制效果。 目前，张鹏鹏 等应用不同尺寸的密闭管道对超细水雾抑制 瓦斯爆炸进行了试验研究，结果表明超细水雾对瓦 斯爆炸有明显抑制作用；刘长春等应用 软件进行了定量分析。 研究表明稀释和 潜热冷是抑制 层流火焰传播速度的主要因素。 文献研究了不同条件下细水雾抑制甲烷燃烧 的效果，结果表明细水雾对甲烷火焰有很好的抑制 作用，用水雾吸热冷却法可以熄灭甲烷燃烧火焰。 文献对瓦斯抑爆进行了定量研究，结果表明 细水雾的抑制作用主要体现在对爆炸火焰温度的抑 制上。 文献 研究了细水雾对火焰形状、温度 场、速度场、辐射强度和灭火效果的影响，然后进行 了三维数值模拟。 结果表明增大水雾压力，火焰高 度减小，倾角增大。 由于水是很好的溶剂，很多学者发现在水雾中 添加添加剂，能有效提高水雾的抑爆效率。 文献 通过试验研究了水雾添加 、、 抑制瓦斯 空气混合气体燃烧的效果，得出抑制能力 的顺序为；林滢等研究了在 超声波细水雾中添加添加剂的抑爆效果。 结果表 明，在超声波雾化基础上加入碱金属添加剂，能够明 显提高超细水雾对甲烷空气爆炸的抑制效果，且 随添加剂浓度的提高，抑爆效果不断增强；李定启 等利用半密闭爆炸管道进行了水雾抑爆试验， 发现超细水雾可提高瓦斯爆炸下限，加入添加剂后 能进一步提高瓦斯爆炸浓度的下限；刘江虹等利 用 装置开展含添加剂细水雾抑制小尺 度甲烷火焰的试验研究，得出几种含添加剂细水雾 抑制能力从小到大依次为 ，并且随着浓度的增高抑制能力 逐渐增加。 表明含金属氯化物的细水雾抑制机理包 括吸热冷却、化学抑制与阻碍热传递 种作用，并且 种作用同时存在，并互相竞争，最终达到平衡。 文 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程方明等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 年第 期 献以超声雾化为基础，通过对纯水细水雾最小 灭火浓度的比较，发现添加剂的存在可以提高水雾 的灭火效率，当添加剂的质量分数为 时，化学灭 火效果较好。 张增志等研发了一种以水为载体， 为吸收剂的抑爆材料，该材料不仅能吸收甲 烷，还能起到一定的抑制甲烷爆炸作用。 文献 对 种钾盐的最小灭火浓度进行了测试，结果表明， 对提高纯水灭火效率的作用最大，其他钾盐 添加 剂 依 次 为 ，其原因是不同的钾盐添加剂在火焰 温度下分解出不同的活性物质。 杨克等采用含 草酸钾的超细水雾抑制甲烷爆炸，结果表明添加草 酸钾的超细水雾对爆炸威力指数以及爆炸压力等参 数有明显的抑制效果。 余明高等利用水的良好导电性，在细水雾 中加入荷电的情况下进行了瓦斯抑爆试验研究，结 果表明，荷电细水雾对爆炸压力峰值以及火焰传播 速度有更好的抑制效果，且荷电电压越大抑制效果 越好。 水雾抑爆机理分析 水雾不仅具有冷却吸热、物理惰化、阻隔辐射热 等抑爆机理，还能作为第三体可阻碍瓦斯爆炸的支 链反应，添加剂等的加入能够提高超细水雾的抑爆 效果，不同碱金属添加剂的抑制效果不同，且随着添 加剂离子活性和浓度的提高抑爆效果不断增强。 以 下分别从物理抑爆和化学抑爆 种方式来对纯水雾 和加入添加剂的水雾进行分析。 纯水雾抑爆机理 ）物理抑爆纯水雾的物理抑爆机理主要有冷 却吸热、物理惰化、隔绝热量。 ）化学抑爆纯水雾的化学抑爆主要通过水分 子来消除关键自由基实现。 在瓦斯爆炸的高温作用 下甲烷反应出现的主要活性基元有 、 和 ，水 分子会与这些活性基元作用，例如 ，， ，这些 反应降低了甲烷燃烧支链中的 、 等关键自由基 的浓度。 另外，大量的水分子是一种很好的第三体， 并且基元的碰撞频率比二体基元的碰撞频率高，由 此可以将能量大幅转移到不参加反应的水分子上， 降低支链反应活性。 加入添加剂的水雾抑爆机理 ）物理抑爆加入添加剂后，水雾的饱和蒸汽 压被降低，冷却能力得到了提高。 水雾汽化后会析 出添加剂的晶体，例如氯化钠晶体，吸收大量热 量，从而降低爆炸温度。 根据阿伦尼乌斯公式可 知，当温度降低时，反应速率呈指数减小，反应速 率减小进而影响火焰释放速率减小，从而抑制瓦 斯爆炸。 ）化学抑爆加入添加剂后水雾的化学抑爆机 理主要通过高温下产生的阴阳离子来消除关键自由 基实现。 高温条件下，不同添加剂会析出晶体，析出 的晶体会产生钠、钾、钙、镁等阳离子和氯、碳酸根、 碳酸氢根阴离子。 研究表明析出的钙、镁阳离子不 具备抑制化学反应链的作用；析出的钠、钾能与 氢离子和氢氧根离子结合生产水及相应氧化物。 析 出的铁、锰离子具有多个价态，与自由基结合数目大 幅增加，抑爆效果更好；析出的氯离子不仅作为 催化剂促使氢原子转化成氢分子，而且使氢离子和 氢氧根离子反应生成水分子。 这些反应使甲烷燃烧 支链中的 、 等关键自由基的浓度降低，使爆炸过 程中主要基元反应中断。 荷电细水雾的抑爆机理 ）物理抑爆荷电能增强细水雾的弥散性，增 加细水雾雾滴之间的库仑力，减小雾滴的粒径，增强 细水雾的蒸发吸热能力。 ）化学抑爆自由基本身是带有电荷的，在爆 炸区域产生的自由基所带的正负电荷总量基本平 衡，带荷电细水雾充入爆炸区域后打破了自由基正、 负电荷的平衡，扰乱自由基的链式反应达到抑制瓦 斯爆炸的效果。 粉体抑爆 粉体抑爆研究现状 在粉体抑爆方面，国内外学者也开展了大量研 究。 国外的文献研究了粒子抑制爆轰形成的 作用，结果表明粒径越小，抑制爆轰的效果越好，当 量配比下需要的粒子量最大。 文献研究了惰 性粒子对可燃粉尘爆轰的影响，发现当粒子粒径与 浓度达到一定程度时可导致爆轰熄灭。 国内学者范 宝春等对 、、 干粉、矾土等粉体 抑制 的效果进行了试验研究，发现增加抑 爆材料的浓度、减小粒径能增加抑爆效果。 郑立刚 等对 抑制瓦斯爆炸火焰传播以及爆炸 压力进行研究，并分析了抑制机理。 张宇明等 研究了超细 干粉对瓦斯爆炸的抑制作用，结果 表明随着干粉粒径的减小或含量的升高，干粉对超 压和火焰的抑制效果越好，且其分解产物对爆炸有 一定的弱化作用。 罗振敏等研究了不同超细 无机粉体材料的抑爆效能，得出不同材料的抑爆效 能依次为 （） （）， 当 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 粉体的抑爆添加量达到一定质量分数 时，可以使体积分数为 的瓦斯失去爆炸性。 余 明高等利用自行研制的爆炸试验系统，分别进行了 二茂铁和赤泥粉体对甲烷空气预混气的抑 爆试验，试验发现改性赤泥在高温下分解并吸收热 量，达到降温效果，另外，其特殊的多孔隙结构使其 具有较高的比表面积，能够有效吸附爆炸中产生的 关键自由基；二茂铁能较好地抑制爆炸压力和火焰 传播速度。 文献研究了二茂铁和氢氧化铝粉 末灭火剂对管道内体积分数为 的甲烷混合气 体爆炸的抑制作用，结果表明与氢氧化铝相比，二茂 铁具有较好的抑爆性能。 文献在 球形爆 炸容器和 有机玻璃管道中，测试了 （赤泥）复合材料对 爆炸的抑制性能。 结 果表明， （赤泥）复合粉体的抑制性能 明显优于纯赤泥或 粉体。 文献将常规 抑制剂（聚磷酸铵和氢氧化铝）与多孔高岭土混合， 制备了一种新型多组分粉末抑制剂。 结果表明该 粉末抑制剂具有良好的抑爆效果，且多组分抑制剂 的抑制性能优于单组分抑制剂；罗振敏等研究 了 纳米粉体和硅藻土粉体的抑爆效果，结果表 明 粉体和硅藻土粉体能显著降低甲烷最大爆 炸压力、压力上升平均速率、爆炸浓度极限范围，并 且 纳米粉体抑爆效果好于 微米粉体。 陈 先锋等利用 近球形爆炸装置测试干水材料 对瓦斯爆燃的抑制效果。 试验结果表明当添加的 干水材料较少时，干水材料对瓦斯爆燃产生促进效 果；当添加的干水材料不断增加时，对瓦斯最大爆燃 压力上升速率有显著抑制效果。 大量研究证明不同粉体抑爆剂的抑爆效果各不 相同，通过分析发现其根本原因是抑爆机理不同。 分析不同材料的抑爆机理，以及对抑爆效果的影响 如下。 粉体抑爆机理分析 一方面抑爆粉体的加入使爆炸气氛中氧浓度相 对降低，一定程度上在可燃物与氧气之间产生隔离 作用，当活化分子与粉体介质碰撞时，会使活化分子 失去活化能而不能反应，且粉体粒径越小，比表面积 越大，吸附自由基效果越好，例如具有天然纳米级微 孔结构的 ，且孔隙率较高，增加了比表面积， 表面吸附性能增强，提高了抑爆效果；另一方面，在 爆炸区域加入超细 （）、（）、、 、 干粉等粉体后，这类粉体受热会分 解，（）、（）吸热分解后产生水蒸气和 氧化物起到稀释甲烷浓度的作用，使得爆炸波压力 下降，、粉体在高温作用下分解出相 应的碳酸盐并释放出惰性气体 和水蒸气，能有 效阻碍甲烷燃烧链式反应，起到抑爆效果。 干 粉主要成分是 ，分解会吸收瓦斯爆炸反 应过程中产生的热量；另外，体系中的 和 自由 基可以与甲烷爆炸支链反应过程中产生的 、、 自由基反应，使消耗了关键自由基，起到抑制爆炸 作用。 多相复合抑爆 通过上述论述，发现不同抑爆材料，抑爆特点不 同。 为了提高抑爆效果，同时加入不同相态的抑爆 剂，综合利用各种抑爆材料的有利性质，达到协同抑 爆效果。 下面就 种相态抑爆剂复配组合开展抑爆 的研究情况进行总结，具体可分为气液、气固、 气液固 种类型。 气液复合抑爆研究现状 文献采用双流体喷嘴抑制甲烷 空气 爆炸，试验结果表明当使用 、等惰性气体作 为驱动力时，惰性气体双流体细水雾的抑爆效果显 著，通过延长喷洒时间，峰值爆炸超压、压力上升速 率和峰值速度以及温度均下降明显，均表现出明显 的协同增效抑制作用。 由于将固体添加剂加入水溶液中与惰气混合使 用时是以气、液混合的形式喷出的，在抑制过程中， 并不以固体形式参与，所以将带有添加剂的气、液复 合抑爆剂归为气液复合抑爆。 郭成成等设计 正交试验，研究了惰气、添加剂和细水雾在抑制瓦斯 爆炸具有的协同抑制作用，对试验结果进行正交分 析，同时利用方差分析表分析 、 和细水雾三 者对瓦斯抑爆的主次顺序以及最优配比；杨勇 等研究了含添加剂的 双流体细水雾对甲烷 爆炸的影响，结果表明含添加剂的 双流体细水 雾比 双流体细水雾抑爆效果好。 戴彪等将 介质 溶于水中，利用高压气体喷射形成 气溶胶，通过不同组试验的对比，发现压力、浓度及 出口直径，均是影响灭火的主要因素。 气固复合抑爆研究现状 利用卤代烷气体驱动粉体从灭火 器中喷射出来，能同时发挥 种灭火剂的功效，灭火 效能显著提高；文献研究发现七氟丙烷 与碳酸氢钠干粉同时使用时，具有明显的协同灭火 效应，抑爆效果较单一抑爆剂使用时都有显著提高。 文献进行了惰性气体分别与不同粉体抑 爆剂混合使用抑制瓦斯爆炸的试验。 试验结果表 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程方明等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 年第 期 明，混合使用比单独使用时抑爆效果好，表明气固两 相抑制剂可以获得协同效应，但比理论上叠加各自 的抑爆效果弱。 气液固复合抑爆研究现状 气溶胶俗称烟或雾，其主要成分包括 、、 水等惰性气体以及金属氧化物、碳酸盐和磷酸盐，是 主要的气液固复合抑爆剂。 屈丽娜等采用 近球形试验系统，研究了 型和 型 种热气溶 胶的抑爆性能和相关参数，探讨了气溶胶的抑爆机 理，结果表明随着气溶胶浓度的增加，甲烷最大爆 炸压力上升速率、最大爆炸压力逐渐减小，直至不再 爆炸，且甲烷爆炸极限范围逐渐减小，甚至闭合。 多相复合抑爆机理分析 根据上述研究发现，对于气液复配抑爆，一方 面水雾会使火焰出现不同的湍流现象，稀释气体的 加入能有效提高火焰的稳定性，增强了抑爆效果；另 一方面惰性气体能减小瓦斯爆炸的火焰传播速度和 反应速率，当火焰锋面以较低的速度遇到细水雾液 滴群时，雾滴在火焰区停留时间增长，提高了细水雾 对火焰阵面和已燃区的冷却作用。 气液两相抑爆 介质相互促进，形成了正向的协同效应。 气固复配和气液固复配抑爆的相关研究表 明，其抑爆效果虽然较单一抑爆剂有明显提高，但比 理论叠加抑爆效果要弱，说明不同相态抑爆剂可能 在爆炸过程的不同阶段发挥了抑制作用，在一定程 度上增加了抑爆效果，但很难同时形成正向协同效 应，且部分气、固抑爆介质会同时参与燃烧反应，中 间产物种类繁多，反应机理十分复杂，协同作用机制 尚未完全揭示清楚。 讨论与展望 ）不同抑爆材料的抑爆机理主要有物理惰化、 冷却吸热、 消除关键自由基等。 常规惰性气体 （、等）以及清水雾抑爆剂主要根据自身特点 通过冷却吸热以及物理惰化机理来抑制瓦斯爆炸。 卤代氢气体、粉体化合物以及金属化合物添加剂主 要通过分解吸热以及分解后产生的阴阳离子来消除 瓦斯爆炸过程产生的关键自由基来实现抑制作用。 ）不同抑爆材料主要通过研究瓦斯爆炸过程 中爆炸压力、压力上升速率、爆炸火焰温度、传播速 度、点火延迟时间、爆炸极限范围以及氧浓度等参数 的宏观变化情况来研究其抑爆效果。 随着抑爆研究 的进一步深入，目前可利用瞬态发射光谱测量等方 法实现反应过程中间产物的检测，来实现对微观机 理的研究和分析。 ）抑制瓦斯爆炸的机理按性质不同可分为物 理和化学抑制机理，大多数抑爆剂或抑爆材料都包 含上述 种机制，但不同抑爆剂或抑爆材料特点不 同，且存在上限，如果要进一步提升其抑爆效果，需 要将不同抑爆剂或抑爆材料的特点有效结合起来， 使其优势互补，形成正耦合，达到更好的抑爆效果。 近年来，气液、气固、气液固等不同相态的复合 抑爆剂在试验中得到研究，但气固、气液固等复 合灭火剂是否具有显著的抑爆效能有待进一步验 证，对其协同抑爆机理需进行深入研究。 ）金属化合物 、等在吸水或加入水 中后有强碱性，会对灭火现场的电器设备等产生较 强的腐蚀性，卤代烃氟化酮等灭火过程中会产生有 毒气体，对救灾人员产生危害，且要达到完全抑爆， 需要充入的抑爆剂浓度较高。 所以在选择灭火剂的 时候，应尽量选择腐蚀性较小或对人员没有影响的 灭火剂，同时，开发清洁、高效、无腐蚀的灭火剂成为 未来发展的方向。 参考文献（） 葛 瑛，傅 贵特别重大瓦斯爆炸事故行为原因及预防策略 研究煤矿安全，，（） ， ， ， （ ） 张景林，肖 林，寇丽平，等气体爆炸抑制技术研究兵工 学报，（） ， ， ， ，（） ， ， ， ， ， ， ， ，， ，，（）； ， （） ， 罗振敏，苏 彬，王 涛，等矿井瓦斯控爆技术及材料研究进 展中国安全生产科学技术，，（） ， ， ， ，，（） 余明高，阳旭峰，郑 凯，等我国煤矿瓦斯爆炸抑爆减灾技术 的研究进展及发展趋势煤炭学报，，（） 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 ， ， ， ， ，（） ，，（） ， ， ， ，，（） ， ， ， ， ，， （） ， ， ， ， ， ，（） ， ， ， ，， （） ， ， ， ，， ，，（） ， ， ， ，，（） ， ， ， ，， ，，（） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， （ ） ， ， ， ，， 邱 雁，高广伟，罗海珠充注惰气抑制矿井火区瓦斯爆炸机 理煤矿安全，，（） ， ， ，，（） 邓 军，程 超，吴晓春煤矿可燃性气体爆炸氧浓度的实验 研究 煤矿安全，，（） ， ， ，，（） 何 昆 二氧化碳抑爆性能实验研究 消防科学与技术， ，（） ，，（） 任韶然，李海奎，李磊兵，等惰性及特种可燃气体对甲烷爆炸 特性的影响实验及分析 天然气工业，，（） ， ， ，， （） 陈晓坤，丁园月，程方明，等对矿井多组分可燃性气体抑 爆特性的影响煤炭科学技术，，（） ， ， ， ，，（） 罗振敏，王 涛，程方明，等小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷 爆炸效果的实验及数值模拟爆炸与冲击，，（） ， ， ， ，，（） 张迎新，吴 强，刘传海，等惰性气体 抑制瓦斯爆炸 实验研究爆炸与冲击，，（） ， ， ， ，，（） 罗振敏，康凯抑制甲烷空气链式爆炸微观机理的仿 真分析中国安全科学学报，，（） ， ，，（） 周福宝，王德明含氮气三相泡沫惰化火区的机理及应用研究 煤炭学报，，（） ， ，，（） 祝 钊，贾振元，罗海珠瓦斯输送管道内抑爆过程数值模拟 研究大连理工大学学报，，（） ， ， ，， （） 罗振敏，康 凯，任军莹对甲烷链式爆炸的微观作用机 理煤炭学报，，（） 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程方明等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 年第 期 ， ， ，，（） 罗振敏活化水蒸气控制瓦斯爆炸的实验煤田地质与勘 探，，（） ，， （） 李成兵，吴国栋，经福谦水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸实验研 究与数 值 计 算 中 国 安 全 科 学 学 报， ， （ ） ， ， ， ，（） 梁运涛，曾 文封闭空间瓦斯爆炸与抑制机理的反应动力学 模拟化工学报，，（） ， ， ，（） 贾宝山，李艳红，曾 文，等定容体系中氮气影响瓦斯爆炸反 应的动力学模拟过程工程学报，，（） ， ， ， ，， （） 贾宝山，温海燕，梁运涛，等煤矿巷道内 及 抑制瓦斯 爆炸的机理特性煤炭学报，，（） ， ， ，，（） 邓 军，朱 熹，程方明氟化酮灭火剂用于瓦斯抑爆研究综 述煤矿安全，，（） ， ， ，，（） 丛北华，齐 飞，廖光煊，等三氟甲烷抑制 低压预混 平面火焰的实验研究科学通报，，（） ， ， ， ， ， （ ） 薛少谦七氟丙烷抑制甲烷空气预混气体爆炸的实验研究 矿业安全与环保，，（） ，，（） 路 长，刘洋，王鸿波，等、对 预混气爆炸 特性的影响安全与环境学报，，（） ， ， ， ，，（） ，， （） ， （） ， ， ， ，，（） ， ， ，（） ，，（） 陆守香，何 杰，于春红，等水抑制瓦斯爆炸的机理研究 煤炭学报，，（） ， ， ， ， ，（） 刘暄亚，陆守香，秦 俊水雾作用下气体爆炸火焰传播的实 验研究火灾科学，，（） ， ， ，，（） 王发辉，陈 卫，温小萍，等超声细水雾抑制管内瓦斯爆炸的 试验安全与环境学报，，（） ， ， ， ，，（） 张鹏鹏超细水雾增强与抑制瓦斯爆炸的实龄研究大 连大连理工大学， 余明高，安 安，游 浩细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研 究煤炭学报，，（） ， ， ，，（） 刘长春，徐绍亮，马 砺，等超细水雾作用下 层流火焰传 播速度数值研究科学技术与工程，，（） ， ， ， ，， （） ， ， ，，（） ， ， ， 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 ， ， ， ，， ， ， ， ，，（） 林 滢瓦斯爆炸水系抑制剂的实验研究西安西安科 技大学， 陈晓坤，林 滢，罗振敏水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研 究煤炭学报，，（） ， ， ，，（） 高旭亮超细水雾抑制甲烷爆炸实验与数值模拟大连 大连理工大学， 曹兴岩超细水雾抑制甲烷空气爆炸机理研究 大连 大连理工大学， 李定启，吴 强，余明高细水雾影响瓦斯爆炸浓度下限的实 验研究煤矿安全，，（） ， ， ，，（） 李定启，吴 强，余明高含添加剂细水雾降低瓦斯爆炸下限 的实验研究矿业安全与环保，，（） ， ， ，， （） 刘江虹，廖光煊含添加剂细水雾熄灭甲烷 空气火焰的研究 北京理工大学学报，，（） ， ，，（） ， ， ， ，，（） 张增志，谷 娜，张际飞 在瓦斯吸收抑爆材料中的应 用煤炭学报，，（） ， ， ，，（） ， ， ， ， ，， 杨 克，纪 虹，邢志祥，等含草酸钾的超细水雾抑制甲烷爆 炸的特性化工学报，，（） ， ， ， ， ， （ ） 余明高，梁栋林，徐永亮，等荷电细水雾抑制瓦斯爆炸实验研 究煤炭学报，，（） ， ， ，，（） ， ， ， ，， ， ， ， ， ， ， ， （ ） ，，（） ， ， ， ， ， ，， 范宝春，李鸿志惰性颗粒抑爆过程的数值模拟爆炸与冲 击，，（） ， ， ，（） 范宝春，谢波，张小和，等惰性粉尘抑爆过程的实验研究 流体力学实验与测量，，（） ， ， ， ，，（） 邢晓江，范宝春，杨宏伟管内粉尘抑爆效果的实验研究 弹道学报，，（） ， ， ，，（） 谢 波，范宝春人型管道中主动式粉尘抑爆现象的实验研究 煤炭学报，，（） ， ， ，（） 蔡周全，张引合干粉灭火剂粒度对抑爆性能的影响 矿 业安全与环保，，（） ， ，，（） 郑立刚，王亚磊，于水军，等抑制瓦斯爆炸火焰与压 力的耦合分析化工学报，，（） ， ， ， 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程方明等瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势 年第 期 ，，（） 王信群，王 婷，徐海顺，等 粉体抑爆剂改性及抑制甲烷 空气混合物爆炸化工学报，，（） ， ， ， ， ，（） 王 婷，王信群，吕岳，等超细活性及惰性粉体对甲烷 空 气预混物层流火焰传播的影响煤炭学报，，（） ， ， ， ，，（） 张宇明，邹高万，郜 冶，等 干粉对爆燃火焰传播抑制 实验哈尔滨工程大学学报，，（） ， ， ， ，， （） 张宇明，邹高万，郜冶，等 干粉对爆炸超压的抑制 燃烧科学与技术，，（） ， ， ，，（） 文 虎，曹 玮，王开阔，等 干粉抑制瓦斯爆炸的实验 研究中国安全生产科学技术，，（） ， ， ， ，，（） 王信群，孔丽丽，徐海顺，等超细粉体云幕抑制大型管道内瓦 斯爆炸火焰传播煤炭学报，，（） ， ， ， ，， （） 罗振敏，张 江，任军莹，等粉体热分解产物在瓦 斯爆炸中的作用煤炭学报，，（） ， ，