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瓦斯爆炸是煤矿重大灾害事故,严重威胁着矿井安全生产。高效抑爆材料的研究一直是国内外工业爆炸防治领域研究的热点之一,目前主要有惰性气体、水雾、粉体等抑爆材料,其中粉体抑爆剂的研究应用较为普遍。大量研究证明粉体抑爆剂的平均粒径较小抑爆效果更好。因此,本课题组将具有纳米特性的气溶胶类物质应用于瓦斯抑爆,以期寻找更为高效适用的矿井瓦斯抑爆剂。课题组先后优选了系列超细化抑爆剂,针对超细粉与气相预混形成气溶胶后对瓦斯的控爆作用规律开展了大量的实验研究工作。采用20 L近球型爆炸实验装置测试了纳米Si O2、天然纳米孔结构材料硅藻土、Mg(OH)2、Al(OH)3、NH4H2PO4超细粉形成的气溶胶以及S型热气溶胶等对甲烷爆炸极限与爆炸压力特征参数的影响,对比了惰性气体、单组分、双组分气溶胶以及多组分热气溶胶的控爆效果,分析了分散质种类、粒度、浓度等因素对控爆效果的影响规律。并应用GAUSSIAN软件对瓦斯爆炸链式反应进行了微观热力学和动力学的数值计算与分析,提出瓦斯控爆的关键自由基。研究结果表明:Si O2系气溶胶抑爆效能次序为天然纳米孔结构硅藻土>Si O2;超细无机粉体类形成的气溶胶抑爆效能次序为NH4H2PO4>Al(OH)3>Mg(OH)2,当ABC粉体形成的气溶胶在实验装置中达到最佳抑爆浓度时,可以控制住瓦斯爆炸;NH4H2PO4-硅藻土双组分气溶胶抑爆效果减弱,而CO2-Mg(OH)2、CO2-ABC复合后的气溶胶抑爆效果强,呈现出协同增效作用,且CO2-ABC复合后对瓦斯爆炸抑制的耦合作用更为显著,在实验条件下也能够抑制住一定浓度的瓦斯爆炸。在实验装置中多组分的S型热气溶胶能够控制住一定浓度的瓦斯爆炸,且主要是气溶胶中的纳米级固相微粒对控制瓦斯爆炸起到了关键性作用。提出HCO·、HO2·、O·为瓦斯控爆的关键自由基,根据控爆实验效果的规律总结,推断含有与瓦斯爆炸自由基外层电子数相同的元素的物质控爆效能更为显著。