Study on suppression effect and mechanisms of phosphorus-containing recycling substance on flame propagation of methane/coal dust composite explosion
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摘要:
磷酸铵镁（MgNH4PO4·6H2O）是污水处理管道中易生成的一种含磷管道堵塞物，为研究其对甲烷/煤尘复合爆炸的抑制效果，对磷酸铵镁晶体颗粒进行机械化学改性，制备了分散性良好的磷酸铵镁粉体（S-MAP），并用改进的哈特曼火焰传播实验系统研究了不同质量分数（20%、40%、60%、80%）的S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播的抑制效果。实验结果表明：S-MAP的加入可以显著降低火焰传播速度、高度和亮度；随着S-MAP质量分数的提高，火焰传播高度由高于900 mm降低至134 mm，火焰传播平均速度由8.76 mm/ms降低至0.51 mm/ms；当S-MAP质量分数达到80%时，整个火焰传播过程只呈现微小火焰，可抑制住火焰的传播；抑爆机理方面，S-MAP分解能够吸收大量的热量起冷却作用，热分解产生的中间体能够吸附爆炸自由基以阻断爆炸链反应起吸附爆炸自由基作用，热分解产物能够稀释爆炸空间内氧气和可燃气体的浓度，同时热分解产物能够吸附在煤尘表面而隔绝氧气和热量的传递起窒息作用，三者的耦合效应抑制了甲烷/煤尘爆炸火焰的传播过程。
Abstract:Magnesium ammonium phosphate (MgNH4PO4·6H2O) is a phosphorus-containing blockage commonly found in sewage treatment pipelines. In order to study its suppression effect on the methane/coal dust composite explosion, magnesium ammonium phosphate was subjected to mechanized chemical modification to prepare well-dispersed magnesium ammonium phosphate powder (S-MAP). The improved Hartmann flame propagation system was used to investigate the suppression effect of different mass fractions of S-MAP(20%, 40%, 60%, 80%）on the flame propagation of the methane/coal dust composite explosion. The experimental results indicate that the addition of S-MAP can significantly reduce flame propagation speed, height, and brightness. With the increase of S-MAP addition ratio, the flame propagation height decreased from over 900 mm to 134 mm, and the average flame propagation speed decreased from 8.76 mm/ms to 0.51 mm/s. When the S-MAP addition ratio reached 80%, the entire flame propagation process only presented small flames, which could suppress the propagation of flames; in terms of explosion suppression mechanism, S-MAP decomposition can absorb a large amount of heat, thereby exerting a cooling effect. The intermediate produced by thermal decomposition of S-MAP can adsorb explosion free radicals to block the explosion chain reaction, thereby exerting the effect of adsorbing explosive free radicals. The thermal decomposition products of S-MAP can dilute the concentration of oxygen and combustible gases in the explosion space, and at the same time, the thermal decomposition products can adsorb on the surface of coal dust to isolate the transfer of oxygen and heat, thereby exerting a suffocating effect. The coupling effect of the three suppresses the propagation process of methane/coal dust explosion flames.
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在煤炭资源的开采过程中，井下作业点普遍存在低浓度瓦斯（体积分数5%以下）与煤尘共存的现象，一旦遇到高温热源，便会发生瓦斯/煤尘复合爆炸[1]。对于甲烷、煤尘单一物质爆炸，学者们已经做了很多相关研究。贺杰等[2]研究了煤尘氧化温度对煤尘爆炸特性的影响，实验结果表明，不同氧化温度的煤尘存在不同的最优爆炸煤尘云浓度；宋双林等[3]研究发现，泄爆口距离点火源越近，管道内甲烷/空气混合气体爆炸危险性越低。但关于瓦斯/煤尘复合爆炸的研究相对较少，因此，对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播进行抑制性研究以降低爆炸造成的经济损失和人员伤亡已然成为当今急需解决的关键性安全问题。
水、抑爆粉剂、惰性气体可通过抑隔爆装置形成一定区域的抑制带，从而扑灭爆炸火焰、隔绝爆炸传播[4]。白洁琪等[5]对比研究了三氟化氢（CF3H）和二氧化碳（CO2）对甲烷爆炸特性的抑制效果，研究结果表明，2种抑制剂均能缩小甲烷在空气中的爆炸极限，其中10% CF3H的抑爆能力是等量CO2的1.95倍；兰安畅等[6]研究发现随着 CO2浓度的增加，高硫煤着火温度、燃烧温度、最大失重温度提高，CO2对高硫煤自燃过程有很好的抑制作用。
相比于气体抑爆剂，粉体抑爆剂因储存运输方便成为学者们研究的重点[7]。ZHAO等[8-10]、CHEN等[11]研究了ABC粉、聚磷酸铵（APP）、Al(OH)3及粉煤灰对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播的抑制效果及抑制机理，研究结果表明，ABC粉和APP的抑制效果明显优于Al(OH)3和粉煤灰，且APP的抑制效果最佳；杨振欣[12]研究了4种惰性粉末对煤尘爆炸火焰的抑制效果，研究结果表明，含磷化合物三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）的抑爆效果最好；代琳琳[13]研究了3种磷酸盐（NaH2PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4）和2种碳酸盐（KHCO3、NaHCO3）对铝粉爆炸的抑制效果，其中3种磷酸盐的抑制效果都要优于这2种碳酸盐；JIANG等[14]通过超分子自组装修饰技术将含磷化合物PA改性到硅藻土上，显著提高了硅藻土对铝粉爆炸压力的抑制效果。含磷抑爆剂能够覆盖在粉尘表面起凝聚相抑爆效果，或分解出含磷自由基以捕获爆炸自由基从而中断爆炸链反应起气相抑爆效果[15-16]。但是，磷是一种来源于磷矿的、有限的、不可替代的、不可再生的、受地理限制的资源，是所有生物体细胞中一种基本且不可替代的化学元素需求，据预测，磷源将在未来50~100年内耗尽[17]。因此，寻找二次回收的含磷高效抑爆剂，促进磷元素的循环利用，尽可能减少磷矿的开采，是人类生产、生活的重要课题。
由于污水处理厂水系统中铵和磷酸盐浓度高，管道中容易形成磷酸铵镁（分子式为MgNH4PO4·6H2O，简称为MAP）晶体，如果长时间不清理管道，晶体就会堵塞管道，因此每年都会回收大量的磷酸铵镁[18]。磷酸铵镁在加热过程中能够吸收热量，释放出含磷物质，具有良好的阻燃性能，且其热解产物是稳定的中性氧化物，更环保[19]。为此，将磷酸铵镁应用于抑爆领域，研究其对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播的抑制效果，并通过表征实验揭示了其抑爆机理；研究对抑制甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播提供参考的同时增加了磷酸铵镁的应用范围。
1. 实验材料和方法
1.1 实验材料及样品制备
实验所用的煤为取自中国山西大同煤矿的褐煤，实验前将煤经破碎机研磨再经筛网筛分至74 μm以下，并置于干燥箱中干燥24 h。实验所用的磷酸铵镁购自郑州大盘化工产品有限公司，疏水性气相二氧化硅购自上海麦克林生化科技股份有限公司。
采用机械化学改性的方法制备分散性良好的磷酸铵镁粉体。首先，将一定量磷酸铵镁晶体放入行星式球磨机中以500 r/min的转速球磨30 min；随后为增加磷酸铵镁粉体分散性，将磷酸铵镁质量分数为5%的疏水性气相二氧化硅加入球磨机中，以500 r/min的转速二次研磨5 min，获得具有良好分散性的磷酸铵镁粉体，记为S-MAP。
1.2 样品表征
由图1可以看出：煤尘呈不规则块状，颗粒表面较为光滑；磷酸铵镁晶体呈棒状，边角呈现不规则形状，表面有较多的楔形孔；经研磨后，晶体破碎成不规则形状，微小颗粒挤压黏附到较大颗粒上，整体呈团聚现象；经气相疏水性二氧化硅机械化学改性后，二氧化硅微小颗粒均匀吸附到磷酸铵镁粉体上，使得磷酸铵镁粉体表面包覆了1层二氧化硅，磷酸铵镁粉体与粉体之间的斥力增强，增强了磷酸铵镁粉体的分散性。
图2中：D10为累积粒度分布达到10%时所对应的粒径；D50为累积粒度分布达到50%时所对应的粒径；D90为累积粒度分布达到90%时所对应的粒径。测定结果表明，煤尘的中值粒径为35.5 μm，S-MAP的中值粒径为9.18 μm。
1.3 实验系统
在哈特曼火焰传播实验系统的基础上进行改进，增加1个三通管道和1个甲烷气瓶，以实现甲烷与高压空气的混合。改进的哈特曼火焰传播实验系统如图3所示。
实验系统由玻璃管、甲烷气瓶、高压空气瓶、储气罐、高压管道、粉尘扩散系统、点火能量发生系统（点火能量为0.01~
1 000 J）、同步控制系统和高速摄影系统等构成。其中，玻璃管为圆柱形半开口垂直石英玻璃管，管道上端为开口端，下端为封闭端。实验采用气流扬起堆积粉尘法。首先，将1 g煤尘和一定质量分数的抑爆剂均匀混合并将混合粉体均匀平铺在垂直玻璃管底部的伞状粉尘扩散器上；然后，通过道尔顿分压定律将甲烷气体和高压空气（甲烷体积分数为5%）按一定体积分数通入储气罐中至0.5 MPa，静置3 min，使甲烷气体与高压空气均匀混合；最后，设置点火能量为50 J，点火延迟时间为30 ms，按下启动按钮，通过同步控制系统将电磁阀打开，使煤尘与抑爆剂的混合粉体由高压混合气及伞状粉尘扩散器均匀分散到玻璃管中，形成均匀的粉尘云，同步控制系统延时30 ms后，控制点火能量发生系统产生50 J电火花点燃甲烷/煤尘云，高速摄影系统（帧速为
1000 帧/s）同步记录火焰在玻璃管中的传播过程。实验时，为确保实验结果的准确性，每组实验均重复进行3次。每次实验结束后，用除尘器除去燃烧烟尘和残留物。2. 实验结果
2.1 S-MAP对火焰发展行为的影响
首先，对未添加甲烷气体的单一煤尘进行火焰传播实验，随后对添加不同质量分数S-MAP的甲烷/煤尘（甲烷体积分数为5%）进行火焰传播实验。S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播图像如图4所示。
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图 4 S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播图像Figure 4. Flame propagation images of methane/coal dust composite explosions with different mass fractions of S-MAP由图4可知，有体积分数为5%的甲烷存在的甲烷/煤尘复合爆炸相较于单一煤尘爆炸，着火时间都有所提前，这是因为体积分数为5%的甲烷气体处在甲烷爆炸极限内，且甲烷的最小点火能低于煤尘，点火后甲烷首先被点燃，随后引燃煤尘形成甲烷/煤尘复合火焰[11]。
单一煤尘爆炸时，在点火后15 ms煤尘被引燃，点火电极附近出现微弱的火焰并逐渐向上扩散为卷须状火焰，在255 ms时火焰达到最高，高度接近600 mm，在整个火焰传播过程中火焰呈离散状，火焰前沿褶皱、扭曲。添加体积分数为5%甲烷气体后，甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播图像显示，在点火10 ms时，甲烷/煤尘就被点燃，比单一煤尘爆炸提前了5 ms，火焰变得饱满，亮度和高度显著提升；在73 ms时，冲出玻璃管顶端，并迅速团聚成“伞状”；在118 ms时，火焰高度达到最高点，超过900 mm；在火焰传播中后期，管道中下部出现大面积断层现象，这是由于管道中下部缺乏氧气和可燃气体及粉尘颗粒和可燃气体受向上的爆炸波和压力作用造成的[20]，这也进一步表明甲烷/煤尘复合爆炸相较于单一煤尘爆炸会产生更大的压力冲击波。加入不同质量分数的S-MAP后，火焰亮度都显著降低，火焰燃烧区均出现不同程度的紊乱，火焰锋面发生变形，呈现无规则的形状。随着S-MAP质量分数的增加，火焰传播高度逐渐变低，火焰传播面积逐渐减小；当S-MAP质量分数达到80%时，整个火焰传播过程中只呈现微小火焰，达到较好的抑爆效果。由图4所示的爆炸火焰发展行为、火焰形态和高度的变化可以看出，S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播具有明显的抑制效果。
2.2 S-MAP对火焰传播高度和速度的抑制效果
选择火焰传播高度、速度和平均速度作为评价S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播抑制效果的指标，S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度、速度和平均速度如图5所示。
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图 5 S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度、速度和平均速度Figure 5. Flame propagation height, speed, and average speed of methane/coal dust composite explosion under different mass fractions of S-MAP由图5可以看出：甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度、速度和平均速度较单一煤尘爆炸具有显著提高，甲烷气体的加入显著增加了爆炸危险程度；随着S-MAP质量分数的增加，甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度不断降低，当S-MAP的质量分数达80%时，火焰传播高度由高于900 mm降至134 mm；随着S-MAP质量分数的增加，甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播平均速度不断降低，当S-MAP质量分数达80%时，火焰传播平均速度由8.76 mm/ms降至0.51 mm/ms，下降了94.18%。由此可见，S-MAP能够有效抑制甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播。
2.3 S-MAP 及煤尘的热分解特性
为了更好地分析S-MAP抑制甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播的原因，使用热重分析仪（TG，Mettler TGA 2，瑞士）和差示扫描量热计（DSC，Mettler-toledo，瑞士）对煤和S-MAP的热分解特性进行测试。实验在50 mL/min的氮气气氛下从室温升温到800 ℃，升温速率设置20 ℃/min，样品的质量约为10 mg。测试结果TG-DTG-DSC曲线如图6所示。
由图6（a）可以看出，煤尘的燃烧是分2步进行的，即低温燃烧阶段（室温至350 ℃左右）和高温燃烧阶段（350 ℃以上）[21]。在低温燃烧阶段，从室温到120℃之间TG曲线显著下降，对应DTG曲线在70 ℃左右有1个失重峰，由于煤尘吸收热量导致水分的蒸发释放（包括游离水和结合水），对应DSC曲线上有1个明显的吸热峰；从120 ~350 ℃之间TG曲线平缓下降，主要是因为煤粉中外在的水分已经完全挥发出来，而煤粉中的轻质挥发分释放出的含量较少，因此失重速率及失重量很小[22]。在高温燃烧阶段，从350~550 ℃之间，TG曲线又呈现急速下降，对应DTG曲线在460.7 ℃左右有1个极低的失重峰，主要是由丰富的芳香烷基侧链、桥键和脂族链断裂引起的[23]，导致轻烃的形成，如烷烃气态化合物和烯烃气态化合物；从550 ~800 ℃煤尘的失重速率较上一部分稍有降低，并在682 ℃左右有1个小的失重峰，此阶段对应于分子间缩合反应，主要的气体化合物含有CO、H2和CO2等[24]。在120~800 ℃之间，煤尘的DSC曲线先升高后降低，呈现放热状态，在473 ℃左右有明显的放热峰，这是释放大量热量的非挥发性有机化合物的燃烧过程[9]。
图6（b）显示了S-MAP粉体的TG-DTG-DSC曲线图。由TG曲线图可以看出，S-MAP在50 ℃左右开始热解，并在50~300 ℃之间迅速热解完成，热解过程相对集中，热解残留物质量约占原材料质量的50%。DSC曲线表明，S-MAP热解过程中吸收大量的热，且在120 ℃左右时最大吸热量达5.3 mW/mg。其热解能够吸收大量热并释放大量结晶水和氨，转化为稳定的耐热陶瓷材料（Mg2P2O7），Mg2P2O7是一种稳定的中性氧化物能够吸附在煤尘表面形成致密的隔离层以隔绝空气和热量，在此期间产生的气相磷氧基团可以捕获维持爆炸的自由基[25]。
2.4 爆炸残留物
通过扫描电子显微镜（SEM）的煤尘爆炸前后的微观形貌进行分析，爆炸前后的SEM图像如图7所示；使用傅立叶红外光谱仪（FTIR，Nicolet iS50，USA）获得的煤尘、甲烷/煤尘爆炸残留物和添加S-MAP后甲烷/煤尘爆炸残留物的红外光谱图如图8所示。
由图7可以看出：煤尘颗粒完整，表面较光滑；爆炸后，由于煤尘在高温下吸收热量释放出可燃物质，并且可燃物质与氧气结合燃烧产生高压，使得爆炸后的煤尘呈稀松多孔状[26]；添加S-MAP后，S-MAP及其热解产物能够吸附在煤尘表面，可以吸收大量的热量以抑制煤尘受热分解出可燃物质，同时能够隔绝煤与空气和火焰的接触，使煤尘依旧呈完整状态。
由图8可以看出，煤尘中的主要官能团分为波数
3800 ~3000 cm−1处的羟基、波数3000 ~2800 cm−1的脂肪族、波数1800 ~1000 cm−1处的含氧基团、波数900~700 cm−1处的芳香族结构[27]。未添加S-MAP的甲烷/煤尘爆炸残留物中的羟基、脂肪族和含氧基团的强度相较于煤尘都有所下降，说明这3种官能团都参与了爆炸过程并被消耗，而芳香族结构的强度却稍有升高，这是因为芳烃结构稳定，为惰性基团，不参与燃烧过程，并且燃烧过程中脂肪侧链和含氧基团的断裂会生成芳香族结构[28]。在添加S-MAP的甲烷/煤尘爆炸残留物中，波数为3 384 cm−1处的–OH拉伸振动带强度增强，在波数在2 920 cm-1和2 845 cm−1处的脂肪族−CH2不对称和对称拉伸振动带强度增加，表明S-MAP有效地保护了羟基和脂肪族结构[29]；且波数3 800~3 000 cm−1处较煤尘面积和强度急剧增加的区域除羟基外还含有N−H基团，在爆炸过程中捕获维持燃烧的自由基。此外，在添加S-MAP的甲烷/煤尘爆炸残留物的2 400 cm−1附近出现了1个新的峰，此峰表征有P−H的拉伸振动，表明爆炸产物中存在PH3[30]，进一步表明S-MAP可以产生P·和PO·以捕获爆炸中的高活性自由基（H·、OH·和O·）以中断爆炸链反应[28]，因此，添加S-MAP的甲烷/煤尘爆炸残留物的1 091 cm−1处的较煤尘强度和面积显著增强的峰中还含有P=O和P−O的拉伸振动带[31]。添加S-MAP的煤尘爆炸残留物的618 cm−1处也产生了新的峰，此峰归因于抑爆剂中Mg−O的存在[32]。2.5 S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸的抑制机理
火焰传播实验表明，S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸具有良好的抑制效果。结合热分解实验以及煤尘和爆炸残留物的表征结果对S-MAP的抑制机理进行分析总结，S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸的抑制机理如图9所示。
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图 9 S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸的抑制机理Figure 9. Inhibition mechanism of S-MAP on methane/coal dust composite explosionS-MAP的抑制机理可分为吸附爆炸自由基作用、冷却作用、窒息作用3个方面，通过三者的耦合效应发挥抑制作用。
1）吸附爆炸自由基作用。在爆炸反应中，甲烷/煤尘热分解产生H·、O·、CH·、OH·等自由基，维持爆炸链式反应[10]。加入S-MAP后，MgNH4PO4·6H2O通过热解过程（式（1）、式（2））产生NH3和磷酸盐等活性基团，与 H·、O·、OH·自由基结合，从而降低爆炸性自由基浓度，中断链式反应，起到阻燃抑爆作用，抑制反应过程如式（3）~式（9）。同时，S-MAP表面有大量的楔形孔，能够增加与爆炸自由基的接触，吸附爆炸自由基。两者共同作用中断爆炸链反应。
$$ \mathrm{MgNH}_{ \mathrm{4}} \mathrm{PO}_{ \mathrm{4}}\cdot \mathrm{6H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O \longrightarrow MgHPO}_{ \mathrm{4}} \mathrm{+NH}_{ \mathrm{3}} \mathrm{+6H}_{ \mathrm{2}} $$ (1) $$ \mathrm{2MgHPO}_{ \mathrm{4}} \mathrm{\longrightarrow Mg}_{ \mathrm{2}} \mathrm{P}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O}_{ \mathrm{7}} \mathrm{+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O} $$ (2) $$ \mathrm{PO\cdot +H\cdot \longrightarrow HPO\cdot } $$ (3) $$ \mathrm{PO\cdot +OH\cdot \longrightarrow HPO\cdot +O\cdot } $$ (4) $$ \mathrm{HPO\cdot +H\cdot \longrightarrow PO\cdot +H}_{ \mathrm{2}} $$ (5) $$ \mathrm{PO\cdot +H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+OH\cdot \longrightarrow HPO\cdot +H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O} $$ (6) $$ \mathrm{NH}_{ \mathrm{3}} \mathrm{+H\cdot \longrightarrow NH}_{ \mathrm{2}} \mathrm{\cdot +H}_{ \mathrm{2}} $$ (7) $$ \mathrm{NH}_{ \mathrm{3}} \mathrm{+O\cdot \longrightarrow NH}_{ \mathrm{2}} \mathrm{\cdot +OH\cdot } $$ (8) $$ \mathrm{NH}_{ \mathrm{3}} \mathrm{+OH\cdot \longrightarrow NH}_{ \mathrm{2}} \mathrm{\cdot +H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O} $$ (9) 2）冷却作用。S-MAP的热分解过程是高度吸热的过程，能够吸收甲烷/煤尘复合爆炸过程中释放的大量热量从而降低爆炸火焰温度，使得火焰区域向煤尘颗粒和可燃气体的传热量降低。
3）窒息作用。S-MAP热分解释放水和氨气，能够稀释爆炸过程中氧气和可燃气体的浓度。此外，分解形成的固体产物焦磷酸镁（Mg2P2O7）是1种耐热陶瓷材料，其能够吸附在煤尘颗粒表面形成致密的隔离层，阻断可燃物与氧气的接触，阻隔热量的传递，实现物理窒息，且热解产物焦磷酸镁（pH > 7）是1种稳定的中性氧化物，对金属设备无腐蚀性，具有较强的环保性。
3. 结 语
1）采用改进的哈特曼火焰传播实验系统研究了S-MAP对甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度、传播速度的影响。S-MAP的加入显著降低了甲烷/煤尘复合爆炸火焰的亮度，且随着S-MAP质量分数的增加火焰传播速度和高度不断降低；当S-MAP的质量分数达80%时火焰传播平均速度降低了94.18%，火焰传播整个过程中只呈现微小火焰。
2）采用TG-DTG-DSC分析、SEM分析及FTIR分析对S-MAP的抑制机理进行分析总结。结果表明：S-MAP能够分解吸收大量的热量，S-MAP上的楔形孔和热分解产生的中间体能够吸附维持爆炸反应的自由基，分解产物能够稀释爆炸空间氧气和可燃气体的浓度，分解生成的耐热陶瓷材料能够吸附在煤尘表面隔绝氧气和热量的传递，这些机制共同作用抑制了甲烷/煤尘的爆炸过程。
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图 4 S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播图像
Figure 4. Flame propagation images of methane/coal dust composite explosions with different mass fractions of S-MAP
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图 5 S-MAP不同质量分数下的甲烷/煤尘复合爆炸火焰传播高度、速度和平均速度
Figure 5. Flame propagation height, speed, and average speed of methane/coal dust composite explosion under different mass fractions of S-MAP
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[1] 郭家鑫. 煤层气−煤粉两相体系燃烧过程研究[D]. 太原:中北大学,2022. GUO Jiaxin. Study on combustion process of coalbed gas-coal dust two-phase system[D]. Taiyuan: North University of China, 2022.
[2] 贺杰,程凯,张金. 氧化煤尘的爆炸特性及其变化规律[J]. 煤矿安全,2023,54(3):67−72. HE Jie, CHENG Kai, ZHANG Jin. Explosion characteristics and variation of oxidized coal dust[J]. Safety in Coal Mines, 2023, 54(3): 67−72.
[3] 宋双林,刘磊,田富超,等. 不同泄爆位置对甲烷/空气爆炸特性的影响[J]. 煤矿安全,2023,54(11):48−54. SONG Shuanglin, LIU Lei, TIAN Fuchao, et al. Influence of different explosion venting positions on methane/air explosion characteristics[J]. Safety in Coal Mines, 2023, 54(11): 48−54.
[4] 司荣军,王磊,贾泉升. 瓦斯煤尘爆炸抑隔爆技术研究进展[J]. 煤矿安全,2020,51(10):98−107. SI Rongjun, WANG Lei, JIA Quansheng. Research progress of explosion suppression and isolation technology of gas and coal dust[J]. Safety in Coal Mines, 2020, 51(10): 98−107.
[5] 白洁琪,白纪成,梁运涛,等. CF3H和CO2抑制CH4爆炸实验研究[J]. 煤矿安全,2024,55(5):122−130. BAI Jieqi, BAI Jicheng, LIANG Yuntao, et al. Study on suppression of CH4 explosion by CF3H and CO2[J]. Safety in Coal Mines, 2024, 55(5): 122−130.
[6] 兰安畅,郭春生,李耀谦,等. CO2抑制高硫煤自燃的实验研究[J]. 煤矿安全,2022,53(1):44−48. LAN Anchang, GUO Chunsheng, LI Yaoqian, et al. Experimental research on CO2 inhibiting the spontaneous combustion of high sulfur coal[J]. Safety in Coal Mines, 2022, 53(1): 44−48.
[7] 杨克,王辰升,纪虹,等. 聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究[J]. 化工学报,2022,73(9):4245−4254. YANG Ke, WANG Chensheng, JI Hong, et al. Experimental study on inhibition of methane explosion by polydopamine coated mixed powder[J]. CIESC Journal, 2022, 73(9): 4245−4254.
[8] ZHAO Q, CHEN X F, LI Y, et al. Suppression mechanisms of ammonium polyphosphate on methane/coal dust explosion: Based on flame characteristics, thermal pyrolysis and explosion residues[J]. Fuel, 2022, 326: 125014. doi: 10.1016/j.fuel.2022.125014
[9] ZHAO Q, CHEN X F, YANG M J, et al. Suppression characteristics and mechanisms of ABC powder on methane/coal dust compound deflagration[J]. Fuel, 2021, 298: 120831. doi: 10.1016/j.fuel.2021.120831
[10] ZHAO Q, LIU J, HUANG C Y, et al. Characteristics of coal dust deflagration under the atmosphere of methane and their inhibition by coal ash[J]. Fuel, 2021, 291: 120121. doi: 10.1016/j.fuel.2020.120121
[11] CHEN X F, HOU X Z, ZHAO Q, et al. Suppression of methane/coal dust deflagration by Al(OH)3 based on flame propagation characteristics and thermal decomposition[J]. Fuel, 2022, 311: 122530. doi: 10.1016/j.fuel.2021.122530
[12] 杨振欣. 固态抑制剂对煤尘爆炸的抑制特性研究[D]. 太原:中北大学,2023. YANG Zhenxin. Study on the suppression characteristics of solid state inhibitors on coal dust explosion[D]. Taiyuan: North University of China, 2023.
[13] 代琳琳. 碳酸、磷酸盐对铝粉爆炸的抑制作用研究及数值模拟[D]. 天津:天津大学,2020. DAI Linlin. Inhibition and numerical simulation of carbonate and phosphate on aluminum powder explosion [D]. Tianjin: Tianjin University, 2020.
[14] JIANG H P, BI M S, ZHANG T J, et al. A novel reactive P-containing composite with an ordered porous structure for suppressing nano-Al dust explosions[J]. Chemical Engineering Journal, 2021, 416: 129156. doi: 10.1016/j.cej.2021.129156
[15] 梁一鸣,贺锋,张鏖,等. 含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆燃的抑制影响实验研究[J]. 中国安全生产科学技术,2023,19(4):135−141. LIANG Yiming, HE Feng, ZHANG Ao, et al. Experimental study on inhibitory effect of phosphates on polyethylene dust deflagration[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2023, 19(4): 135−141.
[16] 孟祥豹,王俊峰,张延松,等. 惰性粉体对油页岩粉尘爆炸火焰的抑制性能和作用机理研究[J]. 爆炸与冲击,2021,41(10):163−174. MENG Xiangbao, WANG Junfeng, ZHANG Yansong, et al. Study on the inhibitory property and mechanism of inert powder on dust explosion flame of oil shale[J]. Explosion and Shock Waves, 2021, 41(10): 163−174.
[17] 郝晓地,郭小媛,刘杰,等. 磷危机下的磷回收策略与立法[J]. 环境污染与防治,2021,43(9):1196−1200. HAO Xiaodi, GUO Xiaoyuan, LIU Jie, et al. Strategy and legislation of phosphorus recovery under the phosphorus crisis[J]. Environmental Pollution & Control, 2021, 43(9): 1196−1200.
[18] KATAKI S, WEST H, CLARKE M, et al. Phosphorus recovery as struvite: Recent concerns for use of seed, alternative Mg source, nitrogen conservation and fertilizer potential[J]. Resources, Conservation and Recycling, 2016, 107: 142−156. doi: 10.1016/j.resconrec.2015.12.009
[19] LIANG Z L, ZHOU Z J, SUN Y Q, et al. Fire extinguishing performance of chemically bonded struvite ceramic powder with high heat-absorbing and flame retardant properties[J]. Materials, 2022, 15(22): 8021. doi: 10.3390/ma15228021
[20] 陈曦,陈先锋,张洪铭,等. 惰化剂粒径对铝粉火焰传播特性影响的实验研究[J]. 爆炸与冲击,2017,37(4):759−765. CHEN Xi, CHEN Xianfeng, ZHANG Hongming, et al. Effects of inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of aluminum dust[J]. Explosion and Shock Waves, 2017, 37(4): 759−765.
[21] 曹卫国. 褐煤粉尘爆炸特性实验及机理研究[D]. 南京:南京理工大学,2016. CAO Weiguo. Experimental and mechanism study on explosion characteristic of lignite coal dust[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2016.
[22] DING Lu, ZHOU Zhijie, DAI Zhenghua, et al. Effects of coal drying on the pyrolysis and in-situ gasification characteristics of lignite coals[J]. Applied Energy, 2015, 155: 660−670. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.06.062
[23] TIAN Bin, QIAO Yingyun, TIAN Yuanyu, et al. Investigation on the effect of particle size and heating rate on pyrolysis characteristics of a bituminous coal by TG–FTIR[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2016, 121: 376−386. doi: 10.1016/j.jaap.2016.08.020
[24] LUO Lei, LIU Jiaxun, ZHANG Hai, et al. TG-MS-FTIR study on pyrolysis behavior of superfine pulverized coal[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2017, 128: 64−74. doi: 10.1016/j.jaap.2017.10.024
[25] P’YANKOVA A V, KONDRASHOVA N B, VAL’TSIFER I V, et al. Synthesis and thermal behavior of a struvite-based fine powder fire-extinguishing agent[J]. Inorganic Materials, 2021, 57(10): 1083−1091. doi: 10.1134/S0020168521100125
[26] QIAN Jifa, LIU Zhentang, LIN Song, et al. Study on microstructure characteristics of material evidence in coal dust explosion and its significance in accident investigation[J]. Fuel, 2020, 265: 116992. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116992
[27] LIN Song, LIU Zhentang, ZHAO Enlai, et al. A study on the FTIR spectra of pre- and post-explosion coal dust to evaluate the effect of functional groups on dust explosion[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2019, 130: 48−56. doi: 10.1016/j.psep.2019.07.018
[28] YIN Hepeng, DAI Huaming. Flame inhibition of coal dust with different particle sizes by Al(H2PO2)3 and Al2O3[J]. Fuel, 2022, 326: 125001. doi: 10.1016/j.fuel.2022.125001
[29] ZHU Zongmin, RAO Wenhui, KANG Ahui, et al. Highly effective flame retarded polystyrene by synergistic effects between expandable graphite and aluminum hypophosphite[J]. Polymer Degradation and Stability, 2018, 154: 1−9. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2018.05.015
[30] GE Hua, TANG Gang, HU Weizhao, et al. Aluminum hypophosphite microencapsulated to improve its safety and application to flame retardant polyamide 6[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015, 294: 186−194. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.04.002
[31] LI Qingzhao, YUAN Chuangchuang, TAO Qinglin, et al. Experimental analysis on post-explosion residues for evaluating coal dust explosion severity and flame propagation behaviors[J]. Fuel, 2018, 215: 417−428. doi: 10.1016/j.fuel.2017.11.093
[32] YIN Hepeng, DAI Huaming, LIANG Guangqian. Inerting mechanism of magnesium carbonate hydroxide pentahydrate for coal dust deflagration under coal gasification[J]. Powder Technology, 2022, 400: 117274. doi: 10.1016/j.powtec.2022.117274
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