密闭空间煤粉爆炸特性的实验研究.pdf

第３４卷 第３期 ２０１７年９月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３４ Ｎｏ． ３  Ｓｅｐ． ２０１７ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ -４８７Ｘ． ２０１７． ０３． ００６ 密闭空间煤粉爆炸特性的实验研究 郭 晶， 王 庆 （ 首都经济贸易大学安全与环境工程学院， 北京１０００７０） 摘 要 为了探明煤粉在密闭空间中的爆炸特性参数， 利用２０ Ｌ球形爆炸装置进行实验测试， 实验研究了 不同点火能量对煤粉爆炸行为的影响， 对比ＣａＣＯ３和Ａｌ（ＯＨ） ３两种惰性介质的抑爆效果及惰性介质的抑爆 效力随点火能量的变化规律进行了重点探讨。结果表明 随着点火能量的增加， 爆炸压力随着煤粉浓度的增 加呈现先上升后下降的趋势， 在同一浓度下， 粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升， 在高浓度下， 粉 尘爆炸压力受点火能量的影响更显著； 添加ＣａＣＯ３和Ａｌ（ＯＨ） ３能够降低煤粉的爆炸压力， 相对于ＣａＣＯ３的 物理抑爆而言，Ａｌ（ＯＨ） ３的物理-化学抑爆效果更佳； 惰性介质抑爆效力随点火能量增加而下降， 建议采用 ５ ～１０ ｋＪ点火能量考察惰性介质对煤粉爆炸的抑制效力。 关键词 煤粉；粉尘爆炸；点火能量；惰性介质 中图分类号 Ｘ９３２ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ -４８７Ｘ（２０１７）０３ -００３１ -０６ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｄｕｓｔ ｉｎ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＧＵＯ Ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃａｐｉｔａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｅａｌｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ，ｔｈｅ ｓｙｓ- ｔｅｍａｔｉｃ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｉｗｅｋ ２０Ｌ ｓｐｈｅｒｅ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｉｅｓ ｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ＣａＣＯ３ａｎｄ Ａｌ（ＯＨ） ３ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｉｎｅｒｔ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ- ｃｒｅａｓｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｉｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｇ- ｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ． Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｅｒｔ Ｃａ- ＣＯ３ａｎｄ Ａｌ（ＯＨ） ３ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｌ（ＯＨ）３ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ＣａＣＯ３． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｒｉｓｉｎｇ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ． Ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ５ ～１０ ｋＪ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｅｆ- ｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｉｎｅｒｔ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ；ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ；ｉｎｅｒｔ ｍｅｄｉａ 收稿日期２０１７ -０３ -１４ 作者简介郭 晶（１９９４ -） ， 女， 硕士研究生， 研究方向为粉尘爆炸 及其防治，安全科学与工程，（Ｅ-ｍａｉｌ）ｇｕｏｊｉｎｇ２２２８２４ ＠ １６３． ｃｏｍ。 通讯作者王 庆（１９７２ -） ， 男， 工学博士、 教授， 主要研究方向为机 械安全设计等， （Ｅ-ｍａｉｌ）ｑｗａｎｇ＠ ｃｕｅｂ． ｅｄｕ． ｃｎ。 自１７８５年在意大利Ｔｕｒｉｎ一家面粉仓库发生世 界上第一次有记录的粉尘爆炸以来， 粉尘爆炸在煤 炭、 粮食加工、 冶金等行业中一直对工作员的人身安 全和国家财产造成巨大的威胁， 尤其是煤炭行业较万方数据 为严重。 粉尘爆炸是指处于爆炸极限范围内的可燃性粉 尘快速燃烧的火焰在未燃烧粉尘云中传播， 快速释 放能量， 引起压力急剧升高的过程， 其过程主要包括 粉尘云的形成、 点火、 燃烧及粉尘云火焰传播四个阶 段［ １，２］。近年来， 国内外学者对粉尘爆炸的爆炸极 限、 最低着火温度、 最大爆炸压力和最大升压速率等 方面做了深入的研究， 如Ｐｒｏｕｓｔ等研究发现２０ Ｌ爆 炸装置的点火效率高于１ ｍ３爆炸装置［ ３］； 曹卫国等 研究了２种煤粉在２０ Ｌ球形密闭容器中的爆炸机 理和规律， 探讨了不同点火具质量对煤粉爆炸的影 响， 并对煤粉进行了抑爆研究［ ４］； 伍毅、 甘媛研究了 碳酸盐对粉尘爆炸的抑制效力的实验研究， 得出了 在碳酸氢钾、 碳酸氢钠和碳酸钙三种惰性介质中， 碳 酸氢钾的抑爆效果最差， 碳酸钙最佳， 且碳酸钙的抑 爆效力与粉尘的爆炸机理有关［ ５，６］； Ｃｈａｔｒａｔｈｉ对铝 粉、 玉米淀粉等进行了惰化， 得出相应的完全惰化需 要量［ ７］； 曹卫国， 潘峰等以小麦淀粉为试验材料， 分 别研究了其爆炸极限、 最小点火能、 最大爆炸压力和 最大爆炸指数［ ８］。 在前人研究成果的基础上， 选取煤粉为试验材 料， 基于２０ Ｌ近球形气体（粉尘）爆炸测试装置系 统， 研究煤粉在不同点火能量下的爆炸行为、 惰性介 质条件下的爆炸特性和探究不同点火能量下惰性介 质的抑爆效果。以期对粉尘爆炸隔离、 爆炸抑制和 制定合理经济适用的防尘防爆方案与防护措施起到 指导作用。 １ 实验 １． １ 实验装置 ２０ Ｌ近球形爆炸测试装置系统由２０ Ｌ近球形 爆炸罐、 点火控制系统、 混合气制备系统、 粉尘分散 系统、 数据采集系统等组成， 如图１所示。试验时， 将爆炸反应罐抽真空至- ６６８ Ｐａ（表压） ， 储气罐加 压至１ ＭＰ， 吹粉后爆炸罐压力上升至大气压， 实验 的工况接近实际的工业生产。粉尘在压缩空气的驱 动下喷入爆炸反应罐中， 形成常压下的粉尘云， 经 ２００ ｍｓ延迟， 点火触发爆炸。２０ Ｌ球爆炸灌用化学 点火头， 点火剂由Ｚｒ粉、Ｂａ（ＮＯ） ３、 ＢａＯ２按４３３ 的质量比制作而成。粉尘是否爆炸由升压来判断， ＧＢ／ Ｔ１６４２５规定［ ９］， 当粉尘爆炸压力超过 ０． １ ＭＰ 时， 认为粉尘发生了爆炸［ ９-１１］。 １． ２ 试验试样 实验用煤粉由硫磺沟煤矿的煤样经研磨、 筛分 后制得。通过工业分析得出该煤粉的挥发分为 ４４． ８５％， 并利用氧弹式量热计测得其燃烧热值如表 １所示。实验前， 在恒温６５℃温度的真空干燥箱中 干燥４８ ｈ； 实验中涉及到的固态惰性介质有碳酸钙 和氢氧化铝。碳酸钙（化学纯，２００目）是实际工业 中常见的阻燃剂； 氢氧化铝（ 化学纯，２００目）也是工 业中使用最多的惰性介质， 廉价易得。 图１ ２０ Ｌ球形爆炸实验系统 Ｆｉｇ． １ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ２０ ｌｉｔｅｒ ｓｐｈｅｒｅ 表１ 实验煤粉粒径与燃烧热值 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｖａｌｕｅ 煤样粒径／ μｍｄ５０燃烧热值／（ｋＪｇ -１） 硫磺沟煤７５ ～１２５３０． ２４３２． ３６ １． ３ 不同能量点火头爆炸特征 ２０ Ｌ球爆炸灌用化学点火头， 点火剂由Ｚｒ粉、 Ｂａ（ＮＯ） ３、 ＢａＯ２按４∶ ３∶ ３的质量比制作而成。实验 前， 先对不同点火能量的点火头进行空白实验， 为了 保证实验的可重复性， 每组实验平行做三次。实验 数据如表２所示， 点火头爆炸压力与理论计算压力 对比如图２所示， 结果表明爆炸压力与点火能量呈 线性关系； 因为理论值计算是绝热恒容状态下的， 而 实验值存在爆炸罐的热损失， 所以理论值略高于实 验值［ １２］。但在点火能量为 ０ ～１０ ｋＪ之间， 爆炸压力 的实验值与理论值基本一致。 表２ 空白实验值 Ｔａｂｌｅ ２ Ｂｌａｎｋ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖａｌｕｅ １ ｋＪ２ ｋＪ４ ｋＪ５ ｋＪ８ ｋＪ１０ ｋＪ 爆炸压力／ ＭＰａ ０． ０１１ ０． ０２２ ０． ０４３ ０． ０５３ ０． ０８２ ０． １０７ ２ 实验结果与讨论 ２． １ 点火能量对煤粉爆炸特性的影响 对质量浓度为１００ ～８００ ｇ／ ｍ３的煤粉采用点火 能量为２ ｋＪ、４ ｋＪ、６ ｋＪ、８ ｋＪ、１０ ｋＪ的点火头点燃， 实 ２３爆 破 ２０１７年９月 万方数据 验数据如表３、 表４所示， 对应结果如图３、 图４所 示。在同一浓度下， 随着点火能量的增加， 煤粉爆炸 压力急剧上升， 这是因为点火能量对煤粉的挥发性 起决定性作用， 粉尘气相爆炸机理认为在单位容积 内的挥发分越多， 在较短时间内粉尘颗粒与空气反 应， 反应越快则整个爆炸时间越短， 通过热辐射和热 传导损失的热量就越少， 从而爆炸压力增加［ １３］。当 煤粉浓度上升到一定浓度时， 由于未参与爆炸的煤 粉增多和爆炸罐内氧气浓度不足的原因， 煤粉爆炸 压力开始下降。由图４我们又可以看出在高浓度 下， 煤粉爆炸压力受点火能量的影响越显著。因而 也可以认为， 煤粉在高点火能量和高浓度的协同作 用下， 煤粉爆炸猛度会增加， 爆炸危险性也越大， 爆 炸事故产生的后果也越严重。对于最大压力上升速 率， 由图可知最大压力上升速率随着点火能量的增 加而显著增大。这是因为点火能量越高， 煤粉的有 效点火体积越大、 环境温度越高， 并诱发湍流能， 从 而使得挥发分的析出速率加快， 提升了燃烧速率。 图２ 点火头爆炸压力与理论计算压力对比 Ｆｉｇ． ２ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｉｇｎｉｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 表３ 不同点火能量下不同质量浓度煤粉的 爆炸压力（单位ＭＰａ） Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｉｅｓ（ｕｎｉｔＭＰａ） １００ ｇ／ ｍ３２００ ｇ／ ｍ３３００ ｇ／ ｍ３４００ ｇ／ ｍ３５００ ｇ／ ｍ３８００ ｇ／ ｍ３ ２ Ｊ０． ２５２０． ３５７０． ５９３０． ５６００． ４６００． ３１３ ４ Ｊ０． １６００． ２７４０． ５５４０． ４５００． ３１００． ２５８ ６ Ｊ０． １９６０． ２９４０． ５６１０． ４６４０． ３４５０． ２６６ ８ Ｊ０． ２０３０． ３１４０． ５８００． ４８９０． ３７７０． ２７１ １０ Ｊ０． ２２１０． ３３８０． ５９００． ５０８０． ４１００． ３０２ ２． ２ 惰性介质混合条件下煤粉爆炸特性 选取ＣａＣＯ３和ＡＬ（ＯＨ） ３为惰性介质添加到煤 粉云中， 采用１０ ｋＪ化学点火头点燃， 实验数据如表 ５所示， 结果如图５所示。由图可知， 两惰性介质混 合体系中煤粉爆炸压力随惰性介质添加量的增大而 减小； 并且， 爆炸压力随着煤粉浓度的增大而先增大 后减小， 这与未添加惰性介质状态下的趋势是类似 的。对比此两种惰性介质的抑爆效果我们可以发 现，两种惰性介质都有明显的抑爆作用，但 ＡＬ（ＯＨ） ３的抑爆效能高于ＣａＣＯ３。这是因为ＣａＣＯ３ 是不可燃物， 当煤粉被点燃时， 充当冷却剂吸收热 量， 加速燃烧过程的热量消耗， 使得粉尘不能及时得 到足够能量发生燃烧［ ５］； 并且 ＣａＣＯ３提升粉尘爆炸 反应过程中的氧传递阻力， 等同于增大爆炸空间中 的粉尘浓度， 使煤粉浓度达到其上限［ １４］， 达到抑爆 效果。相对于ＣａＣＯ３单纯的物理惰化机理， ＡＬ（ＯＨ） ３的惰化更复杂， ＡＬ（ＯＨ） ３不仅充当冷却 剂吸收热量， 还通过自身受热分解吸收热量， 反应产 生的水蒸气能够稀释爆炸空间中的氧浓度， 且在一 定程度上阻碍了火焰传播； 特别是反应产物Ａｌ２Ｏ３ 在煤粉颗粒表面形成致密保护膜， 阻隔挥发分的释 放和氧气扩散［ １５］， 从而抑制粉尘爆炸。 表４ ２００ ｇ／ ｍ３、５００ ｇ／ ｍ３煤粉在不同点火能量下 最大爆炸压力和升压速率（单位ＭＰａ／ ｓ） Ｔａｂｌｅ ４ ２００ ｇ／ ｍ３，５００ ｇ／ ｍ３ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｉｅｓ（ｕｎｉｔＭＰａ／ ｓ） Ｐｍａｘ／ ＭＰａ （２００ ｇ／ ｍ３） （ｄｐ／ ｄｔ） ｍａｘ／ ＭＰａ／ ｓ （２００ ｇ／ ｍ３） Ｐｍａｘ／ ＭＰａ （５００ ｇ／ ｍ３） （ｄｐ／ ｄｔ） ｍａｘ／ ＭＰａ／ ｓ （５００ ｇ／ ｍ３） ２ Ｊ１０． ３４０． ２８１７． ２５０． ３１０ ４ Ｊ１４． ５５０． ３００９． ７２０． ３４５ ６ Ｊ１８． １１０． ３１０１１． ８６０． ３７７ ８ Ｊ２２． ９７０． ３３３１３． ０８０． ４１０ １０ Ｊ２６． ６００． ３５４１４． ７４０． ４６０ 图３ 不同点火能量下煤粉质量浓度与爆炸压力的关系 Ｆｉｇ． ３ Ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｌａｓｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ３３第３４卷 第３期 郭 晶， 王 庆 密闭空间煤粉爆炸特性的实验研究 万方数据 图４ 点火能量对煤粉爆炸特性的影响 Ｆｉｇ． ４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ２． ３ 点火能量对惰性介质抑爆效果的影响 选取碳酸钙作为惰性介质与质量浓度为 ５００ ｇ／ ｍ３的煤粉混合，用点火能量为１ ｋＪ、２ ｋＪ、 ５ ｋＪ、１０ ｋＪ的点火头点燃， 实验数据如表６所示， 结 果如图６所示。由图可知， 在煤粉-惰性介质混合体 系中， 煤粉爆炸压力随着惰性介质含量的增加而下 降， 这是因为当煤粉被点燃时， 碳酸钙作为不燃物充 当冷却剂吸收热量， 加速燃烧过程的热量消耗， 使得 粉尘不能及时得到足够能量发生燃烧［ ５］； 达到抑爆 效果。若以爆炸压力小于等于０． １５ ＭＰａ作为煤粉 爆炸的判定依据。由图可知， 当煤粉与惰性介质的 质量比为１∶ ０． ３时， 用点火能量为１ ｋＪ的点火头点 燃， 爆炸压力小于０． １５ ＭＰａ， 起到了抑爆效力； 当点 火能量为２ ｋＪ时， 煤粉与惰性介质的质量比需达到 １∶ ０． ５时才能使爆炸压力小于０． １５ ＭＰａ； 当点火能 量升到５ ｋＪ时， 要使煤粉不爆炸， 需使煤粉与惰性 介质的质量比达到１∶ ０． ７； 当点火能量升到１０ ｋＪ 时， 煤粉与惰性介质的质量比需达到１∶ ０． ８时才能 使煤粉不爆炸。实验结果表明 随着点火能量的增 加， 碳酸钙这种惰性介质的抑爆效果减小。这是因 为在较低的点火能量下， 惰性介质充当冷却剂吸收 热量， 使得煤粉的挥发效率降低， 产生的挥发质的量 少不足于维持爆炸的进行； 当点火能量逐渐增加， 煤 粉的挥发质的量随之不断增加， 足够的挥发质就能 维持爆炸的进行， 所以点火能量在煤粉挥发过程中 起着关键的作用， 高点火能量能够点燃煤粉-惰性介 质混合体系［ １３］。 表５ 不同浓度惰性介质下煤粉爆炸压力（单位ＭＰａ） Ｔａｂｌｅ ５ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ Ｃｏａｌ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｉｎｅｒｔ Ｍｅｄｉａ（ｕｎｉｔＭＰａ） ＣａＣＯ３ Ａｌ（ＯＨ） ３ ３０％５０％７５％３０％５０％７５％ １００ ｇ／ ｍ３０． １７０． ２２０． ３００． １５０． １７０． ２７ ２００ ｇ／ ｍ３０． ２８０． ３１０． ４１０． １９０． ２６０． ４２ ３００ ｇ／ ｍ３０． ３００． ３３０． ４４０． ２５０． ２８０． ４５ ４００ ｇ／ ｍ３０． ２７０． ２８０． ３６０． ２４０． ２００． ３６ ５００ ｇ／ ｍ３０． ２３０． ２５０． ３００． ２１０． １４０． ２４ ８００ ｇ／ ｍ３０． ２１０． ２１０． ２９０． １３０． １２０． １３ 图５ 不同浓度惰性介质对抑制煤粉爆炸的影响 Ｆｉｇ． ５ Ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔ ｍｅｄｉａ ｏｎ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ４３爆 破 ２０１７年９月 万方数据 表６ 不同点火能量不同质量分数碳酸钙下 煤粉爆炸压力（单位ＭＰａ） Ｔａｂｌｅ ６ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｃｏｒｅ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ（ｕｎｉｔＭＰａ） １ ｋＪ２ ｋＪ５ ｋＪ１０ ｋＪ ００． ３１００． ３５６０． ４１００． ４６０ ０． １０． ２４４０． ３３１０． ３８８０． ４４６ ０． ２０． １９４０． ３０３０． ３６４０． ４２１ ０． ３０． １４３０． ２６２０． ３２５０． ４００ ０． ４-０． １８１０． ２６１０． ３５３ ０． ５-０． １２２０． １９５０． ２６３ ０． ６--０． １５６０． ２００ ０． ７--０． １３４０． １５８ ０． ８--０． １０１０． ０９１ ０． ９---- 图６ 不同点火能量下碳酸钙对煤粉爆炸的影响 Ｆｉｇ． ６ Ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＣａＣＯ３ｏｎ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｉｅｓ ３ 结论 （１） 点火能量对煤粉爆炸压力有较大的影响。 煤粉的爆炸压力随着粉尘浓度增大呈现先增加后下 降的趋势。 （２） 同一浓度下， 随着点火能量的增加， 煤粉最 大爆炸压力和最大升压速率急剧上升， 且呈简单的 线性关系； 在高浓度下， 粉尘爆炸压力受点火能量的 影响越显著。 （３）ＣａＣＯ３和ＡＬ（ＯＨ） ３对煤粉的爆炸均有抑 爆作用； 煤粉爆炸压力随惰性介质添加量的增大而 降低； 相对于ＣａＣＯ３物理抑爆而言，ＡＬ（ＯＨ） ３的物 理-化学混合惰化效能更好， 不同浓度惰性介质对煤 粉爆炸的抑爆效果不同。 （４）惰性介质碳酸钙对煤粉爆炸具有抑爆作 用； 随着点火能量的增加， 碳酸钙的抑爆效果减小； 点火能量在煤粉挥发过程中起着关键的作用， 在考 察惰性介质对煤粉爆炸的影响宜采用较高点火 能量。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 谭静怡， 袁旌杰， 杜 兵， 等．含湿煤粉爆炸行为的实 验研究［Ｊ］．消防科学与技术，２０１４，３３（３） ２４７-２５０． ［１］ ＴＡＮ Ｊｉｎｇ-ｙｉ，ＹＵＡＮ Ｊｉｎｇ-ｊｉｅ，ＤＵ Ｂｉｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｗｅｔ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ［Ｊ］． Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３３（３） ２４７-２５０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 东北大学工业爆炸及防护研究所． ＧＢ／ Ｔ１５６０５１９９５ 粉尘爆炸泄压指南［Ｓ］．北京 国家质量监督检验检疫 总局，１９９５． ［２］ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ 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［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１０，２０（１０） ９２- ９６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 甘 媛， 蒯念生， 杜 兵， 等．碳酸钙对粉尘爆炸抑制 效力的实验研究［Ｊ］．消防科学与技术，２０１４，３３（２） １２８-１３１． ［６］ ＧＡＮ Ｙｕａｎ，ＫＵＡＩ Ｎｉａｎ-ｓｈｅｎｇ，ＤＵ Ｂｉｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ- ｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ＣａＣＯ３ ｏｎ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ［Ｊ］． Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１４，３３（２） １２８-１３１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ ＣＨＡＴＲＡＴＨＩ Ｋ，ＧＯＩＮＧ Ｊ． Ｄｕｓｔ ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓａｆｅｔｙ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，２０００，１９（３） １４６-１５３． ［８］ 曹卫国， 潘 峰， 徐 森， 等．小麦淀粉粉尘爆炸特性 参数的研究［Ｊ］．安全与环境学报，２０１２，１２（２） ２１３- ５３第３４卷 第３期 郭 晶， 王 庆 密闭空间煤粉爆炸特性的实验研究 万方数据 ２１６． ［８］ ＣＡＯ Ｗｅｉ-ｇｕｏ，ＰＡＮ Ｆｅｎｇ，ＸＵ Ｓｅｎ，ｅｔ ａｌ． Ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃ- ｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｔａｒｃｈ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１２，１２（２） ２１３- ２１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ ＧＢ／ Ｔ１６４２５粉尘云爆炸下限浓度测定方法［Ｓ］． ［９］ ＧＢＴ１６４２５１９９６ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｉｎｉｍｕｍ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕｓｔ ｃｌｏｕｄ［Ｓ］． ［１０］ 伍 毅， 贺元骅， 黄卫星．液固两相惰性介质对煤粉 爆炸惰化的实验研究［Ｊ］．消防科学与技术，２０１４， ３３（６） ６０１-６０４． ［１０］ ＷＵ Ｙｉ，ＨＥ Ｙｕａｎ-ｈｕａ，ＨＵＡＮＧ Ｗｅｉ-ｘｉｎｇ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｉｑ- ｕｉｄ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｉｎｅｒｔａｎｔｓ ｏｎ ｃｏａｌ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３３（６） ６０１-６０４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１１］ ＣＥＮ／ ＴＣ３０５ ＥＮ １４０３４-３ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｕｓｔ ｃｌｏｕｄｓ Ｐａｒｔ３Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ＬＥＬ ｏｆ ｄｕｓｔ ｃｌｏｕｄｓ［Ｓ］． ［１２］ 赵衡阳．气体和粉尘爆炸原理［Ｍ］．北京 北京理工 大学出版社，１９９６１７９-１８５． ［１３］ 蒯念生， 黄卫星， 袁旌杰， 等．点火能量对粉尘爆炸行 为的影响［Ｊ］．爆炸与冲击，２０１２，３２（４） ４３２-４３８． ［１３］ ＫＵＡＩ Ｎｉａｎ-ｓｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｗｅｉ-ｘｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｊｉｎｇ-ｊｉｅ，ｅｔ ａｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｎ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖ- ｉｏｒ［Ｊ］． Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅｓ，２０１２，３２（４） ４３２- ４３８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１４］ 张增志， 谷 娜， 张际飞．瓦斯抑爆材料研究进展及 瓦斯吸收剂初步研究［Ｊ］．煤矿安全，２００８，３９（８） ３１- ３２． ［１４］ ＺＨＡＮＧ ｚｅｎｇ-ｚｈｉ，ＧＵ Ｎａ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉ-ｆｅｉ． Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ［Ｊ］． Ｓａｆｅｔｙ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅｓ， ２００８，３９（８） ３１-３２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１５］ 任一丹， 刘 龙， 袁旌杰， 等．粉尘爆炸中惰性介质抑 爆机理及协同作用［Ｊ］．消防科学与技术，２０１５， ３４（２） １５８-１６２． ［１５］ ＲＥＮ Ｙｉ-ｄａｎ，ＬＩＵ Ｌｏｎｇ，ＹＵＡＮ Ｊｉｎｇ-ｊｉｅ，ｅｔ ａｌ． Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｓｙｎｅｒｇｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｉｎｅｒｔａｎｔｓ ｉｎ ｄｕｓｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５， ３４（２） １５８-１６２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） （上接第１９页） ［６］ 郝兵元， 黄 徽， 冯子军， 等．单轴应力状态石灰岩体 静态破碎裂纹演化规律及应用［Ｊ］．煤炭学报，２０１４， ３９（１２） ２３９７-２４０４． ［６］ ＨＡＯ Ｂｉｎｇ-ｙｕａｎ，ＨＵＡＮＧ Ｈｕｉ，ＦＥＮＧ Ｚｉ-ｊｕｎ，ｅｔ ａｌ． Ｃｒａｃｋ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｓｔａｔｉｃ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ａｔ ａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅ- ｔｙ，２０１４，３９（１２） ２３９７-２４０４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 王知深， 王海亮．静态破碎技术在坚硬岩质矿井开挖 中的应用［Ｊ］．爆破，２０１３，３０（３） ５８-６１． ［７］ ＷＡＮＧ Ｚｈｉ-ｓｈｅｎ，ＷＡＮＧ Ｈａｉ-ｌｉａｎｇ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎｅｘ- ｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１３，３０（３） ５８-６１．（ｉｎ Ｃｈｉ- ｎｅｓｅ） ［８］ 高同伟， 王海亮．静态爆破法在煤矿巷道扩建工程中 的应用［Ｊ］．爆破，２０１１，２８（１） ９８-９９，１１５． ［８］ ＧＡＯ Ｔｏｎｇ-ｗｅｉ，ＷＡＮＧ Ｈａｉ-ｌｉａｎｇ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎ-ｅｘ- ｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１１，２８（１） ９８-９９，１１５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ 郝兵元， 李泽华， 黄 辉， 等．静态破碎技术处理瓦斯 矿井巷道悬顶的研究与应用［Ｊ］．爆破，２０１５，３２（２） １０９-１１４． ［９］ ＨＡＯ Ｂｉｎｇ-ｙｕａｎ，ＬＩ Ｚｅ-ｈｕａ，ＨＵＡＮＧ Ｈｕｉ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｎｄｌｅｄ ｒｏａｄｗａｙ ｒｏｏｆ ｏｖｅｒｈａｎｇ ｉｎ ｈｉｇｈ-ｇａｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓ- ｔｉｎｇ，２０１５，３２（２） １０９-１１４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０］ 马芹永， 袁 璞， 卢小雨．静态破碎技术在桥梁临时 支撑拆除中的应用［Ｊ］．施工技术，２０１３，４２（Ｓ２） ３３７- ３４０． ［１０］ ＭＡ Ｑｉｎ-ｙｏｎｇ，ＹＵＡＮ Ｐｕ，ＬＵ Ｘｉａｏ-ｙｕ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｕｎｄｌｅｓｓ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｓｕｐｐｏｒｔ［Ｊ］． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３， ４２（Ｓ２） ３３７-３４０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１１］ 季立群．静态破碎施工在既有建筑拆除中的应用 ［Ｊ］．建筑施工，２０１６，３８（５） ５６２-５６４． ［１１］ ＪＩ Ｌｉ-ｑｕｎ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］． Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１６，３８（５） ５６２-５６４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１２］ 李 清， 杨 阳， 杨仁树， 等．基于ＭＡＴ９６本构模型的 钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟［Ｊ］．爆破器材， ２０１５，４４（１） ４１-４５． ［１２］ ＬＩ Ｑｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｒｅｎ-ｓｈｕ，ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒ- ｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｔ９６ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］． Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉ- ａｌｓ，２０１５，４４（１） ４１-４５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１３］ 薛志翔， 马冬冬， 马芹永．一种静态破裂试验用钢筋 混凝土梁新型浇筑模具中国，ＺＬ２０１６２００３２０１６． ４ ［Ｐ］． ２０１６-０５-２６． ６３爆 破 ２０１７年９月 万方数据