摘要
中国作为一个能源消耗大国，煤炭资源作为我国一次能源结构中的主导能源，其开采过程中的安全问题格外重要。瓦斯煤尘复合爆炸严重影响了煤矿的安全生产，造成了大量的生产损失与人员伤亡。研发能应用在煤矿中高湿低温等复杂环境中的抑爆剂成为了研究的难点与热点。本文设计和制备了新型改性高岭土抑爆剂，并结合聚磷酸铵制备了复配抑爆剂，通过20L球型抑爆实验，证实了改性高岭土抑爆剂及复配抑爆剂的优异抑爆性能，结合表征结果以及爆炸后产物探讨了相关的抑爆过程和抑爆机理。 在20L标准爆炸装置中进行不同瓦斯煤尘浓度的爆炸测试，对瓦斯煤尘复合爆炸的特性进行了研究，确定了爆炸初始条件。结果表明：瓦斯煤尘复合爆炸的爆炸压力受到二者共同作用的影响。通过煤尘着火机理对瓦斯-煤尘复合爆炸的实验现象进行解释，证明了爆炸过程中煤尘挥发分占主导因素，当煤尘挥发分与瓦斯浓度总浓度达到爆炸当量比时爆炸压力取最大值，选取9.5%瓦斯浓度与100g/m3抑爆剂浓度作为爆炸初始条件。 插层改性层状硅酸盐材料高岭土（Kaol）制备了3种改性高岭土抑爆剂：Ko-DMSO，Ko-KAc，Ko-AS。采用热重分析、扫描电镜和红外质谱分析对样品的理化性能进行了研究。使用20L球型爆炸系统对抑爆特性进行了研究，结果表明改性高岭土抑爆剂兼具高岭土及插层粒子的双重抑爆效果，AS粒子提升了高岭土的热解与抑爆性能，改善了高岭土的团聚现象。改性后粉体抑爆效率提升，抑爆效果随着体积浓度增加而增大，存在临界体积浓度，试验表明，当Ko-AS与煤尘比例为2∶3，且体积浓度为0.175g/L时，最大爆炸压力的降幅达到了32.6%，爆炸峰值时间延缓了0.45s。 探究了APP复配Ko-AS抑爆剂K-APP的抑爆效果，结果表明复配抑爆剂抑爆效率优于单体抑爆剂，APP负载量对复配抑爆剂的抑爆效果有显著影响，在APP负载浓度为35wt%时，抑爆效果最佳，此时最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率分别下降了37.6%与93.3%，最大峰值时间延缓了0.54s。结合爆炸残留物分析对复配抑爆剂的协同作用进行了分析，为今后复配抑爆剂的研究提供一定的实验依据。
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