基于爆炸強度與隔爆屏障作用技術的巷道隔爆實驗

薛少謙，黃子超，杜宇婷，司榮軍

(1.中煤科工集團 重慶研究院有限公司，重慶 400037; 2.瓦斯災害監(jiān)控與應急技術國家重點實驗室，重慶 400037)

煤炭是我國的基礎能源和主體能源，受地質條件限制，在開采過程中存在多種安全隱患，而瓦斯煤塵爆炸是對煤礦生產(chǎn)影響最大、破壞最嚴重的災害。近幾來，煤礦重特大事故仍頻頻發(fā)生，2019年全國煤礦發(fā)生瓦斯事故27起，造成118人死亡，占煤礦事故總死亡人數(shù)的37.3%。瓦斯煤塵爆炸等熱動力災害是當前煤礦安全領域的難點，也是亟需系統(tǒng)研究和解決的問題之一[1]。

瓦斯煤塵爆炸事故具有突發(fā)性、破壞性等特點，國內(nèi)外相關學者對瓦斯煤塵爆炸的特征參量和致災機制做了大量工作。司榮軍等[2-4]利用爆炸實驗管道、密閉容器等裝置研究了溫度、壓力、點火能以及多因素耦合條件對瓦斯煤塵爆炸參量的變化特性。段玉龍等[5]通過建立空間溫度衰減模型，對瓦斯爆炸后熱危害區(qū)域分布進行了探索。劉丹等[6]應用連續(xù)相、顆粒相計算方法，分析了瓦斯爆炸誘導沉積煤塵參與爆炸2種作用模式。

國內(nèi)外相關學者通過構建不同尺度、不同形狀(圓形、方形、球形等)的管道實驗系統(tǒng)，研究了瓦斯(煤塵)爆炸壓力、火焰?zhèn)鞑ヌ匦浴OHRER C等[7]利用直徑分別為0.159,0.200 m，長23 m管道研究了不同堵塞比條件下爆炸特性參量的變化規(guī)律，得出湍流誘導元素增強了反應流的傳熱和傳質。MANJU Mittal[8]研究了容積為0.02 m3球形、0.027 m3、0.8 m3矩形和25.6 m3球形等不同尺度條件下甲烷-空氣混合物在密閉容器爆燃實驗，量化了爆炸嚴重性參數(shù)對甲烷體積分數(shù)和容器容積的依賴性，爆燃指數(shù)隨著試驗容器尺寸的增大而增大。景國勛等[9]采用150 mm×150 mm×500 mm豎直有機玻璃管道，研究了煤塵質量濃度對瓦斯煤塵耦合爆炸火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律的影響。

抑爆材料的性能是影響瓦斯爆炸災害防治的重要因素之一，各種不同的介質材料得到越來越多的研究和關注。CHELLIAH、文虎等[10-11]對不同質量濃度、不同粒徑的NH4H2PO4,NaHCO3化學活性粉體材料對甲烷-空氣火焰的抑制變化趨勢進行了實驗測試。CAO等[12]發(fā)現(xiàn)超細水霧能夠影響瓦斯爆炸火焰的狀態(tài)，隨水霧噴射量增加火焰“TULIPS”結構的出現(xiàn)具有延遲作用。YU 等[13-14]研究了細水霧以及添加NaCl 和感應電荷的條件下對甲烷爆炸超壓或火焰?zhèn)鞑サ囊种菩ЧＢ烽L等[15]認為氮氣云幕能夠阻斷管道瓦斯爆炸的傳播，而噴氣壓力對氮氣幕的阻爆效果起決定作用。

受實驗設備和條件的限制，目前爆炸實驗多采用小尺度的管道或爆炸容器進行，且多采用先噴射抑爆材料、后點爆瓦斯等易燃物的方式，這與實際煤礦井下巷道內(nèi)瓦斯煤塵爆炸致災特性存在較大差異，并不能可靠地指導實際的礦井爆炸災害防治。筆者采用工程尺度條件的爆炸實驗巷道，研究瓦斯煤塵爆炸的災害演化過程，并以此為基礎，采用“爆炸探測-控制分析-執(zhí)行”的方式研究巷道隔爆系統(tǒng)的防控效果。研究的巷道隔爆方法和系統(tǒng)能有效控制爆炸傳播，降低事故災害，為煤礦生產(chǎn)提供安全保障。

1 實驗系統(tǒng)和方法

1.1 大尺度巷道實驗系統(tǒng)

圖1為大尺度巷道實驗系統(tǒng)示意，由主巷、副巷、保護段組成，其中主巷分為平巷段和斜巷段。巷道全長896 m，斷面為7.2 m2的半圓拱形，在保護段設置有雙重防爆門，實驗時防爆門關閉，形成一端封閉、一端敞開的傳播方式。

主巷為爆炸實驗段，0 m起點為封閉端，由封閉端起，可以在特定設置封閉巷道斷面，形成30，50，100，200 m3容量的空間。該空間通過充氣循環(huán)管路形成瓦斯-空氣混合氣體。巷道沿走向設置有壁龕，每隔10 m或20 m布置1個，壁龕面板上安設有測試爆炸壓力、火焰等參量的傳感探測器。

1.2 巷道主動隔爆系統(tǒng)

主動隔爆系統(tǒng)主要由直流穩(wěn)壓電源、巷道隔爆器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒈_擊波傳感器、控制器等組成，如圖2所示。火焰?zhèn)鞲衅鞑捎秒p紫外原理，光譜響應位置在185～260 nm[16]，靈敏度高，能夠在爆炸初始時刻探測的火焰信息;沖擊波探測器高頻實時采集爆炸壓力信息，可以根據(jù)安裝使用位置的不同設置不同的觸發(fā)閾值;控制器是主動隔爆系統(tǒng)的信號和功能中樞;巷道隔爆器儲存大容量的隔爆粉體介質，直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)整體正常工作和觸發(fā)過程提供動力源。主動隔爆系統(tǒng)的整體響應時間小于16 ms。

當發(fā)生爆炸事故時，傳感器探測到爆炸火焰或壓力信號并傳輸至控制器，控制器分析后輸出控制信號，觸發(fā)巷道隔爆器迅速噴射出隔爆粉體介質，在前端形成隔爆屏障，達到撲滅爆炸火焰、衰減沖擊波的作用，阻斷爆炸的傳播。

巷道隔爆使用ABC超細干粉滅火劑作為隔爆粉體介質，主要成分為NH4H2PO4，配有少量的SiO2,CaCO3等，質量比90%的粒徑<15.49 μm。超細粉體貯存在隔爆器罐體內(nèi)，觸發(fā)后在儲存的高壓干燥氮氣驅動下快速噴射，在巷道受限空間內(nèi)形成氣-粉混合隔爆屏障。NH4H2PO4在高溫下能發(fā)生多步分解反應，與可燃物質作用，具有冷卻降溫和隔絕窒息等方面的抑制作用[17]。

1.3 實驗方法

瓦斯(煤塵)爆炸傳播實驗與隔爆實驗中爆源物質與爆炸信息采集布置方式相同，實驗測試系統(tǒng)主要由瓦斯充氣循環(huán)裝置、點火裝置、采集裝置、測試軟件等組成，實驗布置如圖3所示。

圖3 巷道瓦斯煤塵爆炸實驗布置Fig.3 Layout diagram of explosion experiment of gas and coal dust

首先在不安裝主動隔爆系統(tǒng)的條件下進行瓦斯(煤塵)爆炸實驗，分析爆炸參量的傳播特性。在主巷的起始段封閉形成100 m3的瓦斯室，通過管路充氣并循環(huán)形成甲烷體積分數(shù)9%～10%的混合均勻的瓦斯氣。瓦斯煤塵爆炸實驗預先在14～70 m通過煤塵架鋪設細煤粉(85%粒徑小于75 μm，揮發(fā)分大于40%)，細煤粉的用量按照空間質量濃度150 g/m3布置[18]。實驗用2根8號工業(yè)電雷管引火頭作為觸發(fā)源，引爆瓦斯混合氣體，瓦斯爆炸沖擊波卷揚煤塵，形成瓦斯煤塵爆炸。

在主巷0～120 m內(nèi)壁龕布置爆炸信號傳感器，每個測點分別安設壓力、火焰?zhèn)鞲衅鳎鹧鎮(zhèn)鞲衅饕?CU24光敏二極管為核心，能夠探測爆炸火焰的到達時間和持續(xù)時間。壓力傳感器采用高頻響壓阻式原理，直接顯示可存儲的壓力信號。爆炸數(shù)據(jù)采集采用基于PXIe硬件平臺的測試系統(tǒng)，可以實現(xiàn)64路通道的瞬態(tài)信號高速采集，實驗中采樣率為每秒106個采樣點，在引爆的同時觸發(fā)系統(tǒng)的各采集通道，采集各測點爆炸壓力、火焰信息隨時間的變化規(guī)律。爆炸實驗流程為“封閉瓦斯室-配氣-循環(huán)混合-點火采集-巷道通風”，實驗完成后進行數(shù)據(jù)處理及分析。

隔爆實驗中，瓦斯(煤塵)爆炸強度、可燃物布置位置、點火方式與爆炸傳播實驗相同，根據(jù)主動隔爆系統(tǒng)的工作原理在巷道內(nèi)安裝布置各組成部分。根據(jù)爆炸火焰、壓力等信息的發(fā)展演化規(guī)律，在爆炸初始段分別布置火焰?zhèn)鞲衅骱蛪毫鞲衅鳎诒▊鞑ネ緩桨惭b巷道隔爆器。實驗中根據(jù)爆炸能量和強度的不同，逐漸遞增隔爆粉體介質，隔爆器罐體內(nèi)粉體的驅動氣壓力均為(8±0.5)MPa。

2 隔爆屏障的形成及動態(tài)特征

隔爆粉體介質噴射后在空間內(nèi)的動態(tài)分布特征及屏障效果是影響隔爆系統(tǒng)性能的重要因素之一。通過高速攝像機在地面敞開空間對巷道隔爆器的粉體噴撒過程進行了記錄，拍攝幀率為1 000 fps。粉體隔爆屏障在空間內(nèi)的形成過程和動態(tài)特征如圖4所示。

圖4 粉體介質噴撒動態(tài)分布狀態(tài)Fig.4 Distribution of cloud curtain of powders at different times

噴撒實驗中，罐體內(nèi)超細粉體介質的充裝質量為30 kg，驅動壓力為8.0 MPa。由圖4(a)可知，隔爆器觸發(fā)后，粉體介質快速向前噴射，以觸發(fā)時刻為起點，在120 ms時刻形成直徑約3.2 m的近圓形云幕，面積8.04 m2，能夠覆蓋大尺度巷道的全斷面。由圖4(b)～(e)可知，粉體介質繼續(xù)快速向前噴射，并向四周擴散，粉體云幕可以在空間形成大范圍的有效隔爆屏障。實驗中隔爆器為傾斜放置，根據(jù)介質物理狀態(tài)，粉體位于罐體下部，驅動氣位于上部，實驗中粉體介質率先快速噴出，然后在氮氣驅動力作用下繼續(xù)向前噴射，在1 200 ms時刻覆蓋范圍距噴粉口20 m左右，隨后向前擴散速度減緩。因此，氣體壓力是影響粉體介質動態(tài)分布和覆蓋距離的直接因素。

在驅動氣壓力下，粉體向四周擴散的速度小于軸向的噴射速度。當在巷道內(nèi)有限空間約束條件下，粉體向前的噴射速度會更快。由于超細干粉的能保持良好的懸浮狀態(tài)，在空間內(nèi)的持續(xù)作用時間大于5 000 ms，可以在巷道隔爆實驗中起到有效的抑制滅火作用。

定義粉體質量濃度為隔爆器噴撒粉體介質形成有效隔爆屏障后，超細粉體顆粒分布在單位空間內(nèi)的質量。粉體質量濃度為

(1)

式中，c為噴撒后空間內(nèi)的粉體質量濃度，g/m3;m0為粉體的充裝質量，kg;m1為噴撒完成后粉體的剩余質量，kg;S為粉體云幕的橫截面面積，m2;L為粉體介質的噴撒距離，m。

在巷道隔爆實驗中，受巷道壁面約束，橫截面積為7.2 m2，不考慮爆炸沖擊波對隔爆屏障的后續(xù)影響，覆蓋距離按照地面噴撒實驗中20 m計算。

3 巷道瓦斯(煤塵)爆炸傳播特性

3.1 瓦斯爆炸傳播特性

進行了CH4體積分數(shù)9.5%的100 m3瓦斯爆炸傳播試驗，不同位置爆炸壓力和火焰?zhèn)鞑ニ俣热鐖D5所示。火焰?zhèn)鞑ニ俣葹橄噜弮蓽y點火焰到達的時間間隔與距離的比值，即v=(t2-t1)/l。其中，v為火焰?zhèn)鞑ニ俣龋琺/s;t1,t2分別為前后兩測點的火焰到達時刻，s;l為兩測點的距離,m。

圖5 瓦斯爆炸壓力及火焰?zhèn)鞑プ兓?guī)律Fig.5 Variation of pressure and flame velocity in gas explosion experiment

由圖5可知，在瓦斯爆炸過程中，各測點最大爆炸壓力不是單調的下降，而是有所起伏。由于爆炸源附近可燃氣被點燃后，氣體高速向外壓縮膨脹，未被點燃的瓦斯氣在壓縮波作用下向前運動，壓力達到某一峰值后有所下降。又因巷道空間的約束作用以及壓力波的回傳等原因，更多瓦斯氣被點燃，使得壓力又重新出現(xiàn)回升。隨著爆炸反應的持續(xù)進行，在沒有更多瓦斯氣體支持下，且無其他條件影響，后續(xù)各測點爆炸壓力又逐漸回落。本次試驗，100 m3瓦斯爆炸過程中，最大爆炸壓力出現(xiàn)在40 m測點位置，最大爆炸壓力為103 kPa。

在爆炸初期火焰速度大于壓力波傳播速度，隨著爆炸發(fā)展，壓力波超越火焰波陣面，形成典型的“2波3區(qū)”結構。實驗中，爆炸火焰最遠傳播至封閉端60 m位置，這也符合爆炸火焰區(qū)長度為初始瓦斯積聚區(qū)3～5倍的關系[19]。最大火焰?zhèn)鞑ニ俣然九c爆炸最大壓力在同一區(qū)域，最大火焰速度為30～40 m的285.7 m/s，火焰速度達到極值后開始下降，60 m之后未測到爆炸火焰。

3.2 瓦斯煤塵爆炸傳播特性

圖6為CH4體積分數(shù)9.5%時的100 m3瓦斯誘導沉積煤塵爆炸實驗中，不同測點位置爆炸最大壓力、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊葏⒘孔兓?/p>

圖6 瓦斯煤塵爆炸壓力及火焰?zhèn)鞑プ兓?guī)律Fig.6 Variation of pressure and flame velocity in gas and coal dust explosion experiment

由圖6可知，在瓦斯煤塵爆炸實驗過程中，各測點位置的爆炸最大壓力明顯增大。初始段的瓦斯氣體爆炸在爆源處達到極大值，而爆炸沖擊波在卷揚鋪設煤塵的過程中消耗能量，爆炸壓力降低。隨后，煤塵參與爆炸，爆炸壓力逐漸升高，在60 m達到最大值140 kPa。同樣，在傳播過程中，卷揚煤塵云和壓縮氣體共同向前推進，受空間約束，在壓縮波疊加、膨脹波作用、傳播做功及壁面能量耗散等因素共同作用下，爆炸壓力在傳播過程中出現(xiàn)振蕩，在120 m內(nèi)整體下降幅度較小。

爆炸火焰區(qū)長度遠大于煤塵鋪設區(qū)，火焰能傳播至120 m之后。火焰?zhèn)鞑ニ俣入S距離呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在14～60 m瓦斯煤塵持續(xù)參加化學反應，火焰速度急劇增加，最大火焰速度在40～60 m，最大速度為313 m/s，之后隨著可燃物質減少火焰速度呈現(xiàn)降低趨勢，在100 m之后由于沒有更多的能量維持，火焰速度降至76 m/s。在煤塵質量濃度150 g/m3、鋪設區(qū)14～70 m條件下，瓦斯煤塵復合爆炸過程中的火焰區(qū)長度為煤塵區(qū)的2.1倍。相對于瓦斯爆炸，煤塵參與反應后，爆炸能量增加，燃燒反應得以延續(xù)和發(fā)展，爆炸強度增加，火焰區(qū)長度增加。

4 巷道隔爆實驗效果及分析

4.1 主動隔爆系統(tǒng)的布置

根據(jù)瓦斯(煤塵)爆炸傳播特性，隔爆系統(tǒng)采用先火焰探測后壓力探測的方式，火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在最前端，距離點火源5 m左右，爆炸沖擊波探測器安裝在距離封閉端20 m處。隔爆系統(tǒng)根據(jù)探測到火焰、壓力信號的不同，判別分析爆炸發(fā)生傳播的不同階段，從而觸發(fā)不同數(shù)量的巷道隔爆器。為檢驗隔爆系統(tǒng)的性能和效果，巷道隔爆器安裝在爆炸最大壓力和最大火焰速度出現(xiàn)位置的前端，從而與傳播實驗中爆炸參量傳播特性進行對比分析。瓦斯隔爆實驗中，巷道隔爆器安裝在主巷內(nèi)距封閉端20 m處，瓦斯煤塵隔爆實驗中，巷道隔爆器安裝在主巷內(nèi)距封閉端40 m左右位置。

根據(jù)隔爆屏障的噴撒動態(tài)特征，驅動氣壓力是影響粉體在空間分布范圍的決定因素，貯粉質量是影響隔爆屏障粉體質量濃度的決定因素。隔爆實驗中通過改變隔爆器貯粉質量，從而改變隔爆屏障的粉體質量濃度。隔爆實驗中隔爆器的安裝方式和驅動壓力與噴撒測試中相同，粉體介質的用量是20～90 kg，根據(jù)式(1)計算得出在爆炸火焰前端形成的隔爆屏障的粉體質量濃度。實驗采用爆炸壓力、火焰?zhèn)鞑サ葏⒘孔兓治霾煌|量濃度粉體的主動隔爆效果。

4.2 粉體質量濃度對隔爆效果的影響

4.2.1粉體抑制作用分析

ABC粉體分解溫度低，可以在燃燒反應的預熱區(qū)分解，而且其多步分解反應均是高度吸熱過程，起到有效冷卻降溫的作用。分解產(chǎn)生的NH3、水蒸氣以及惰性分子和顆粒能夠隔離可燃物質與氧氣接觸。隨著粉體質量濃度的增加，超細粉體的冷卻、隔絕效應逐漸增加，活性自由基與惰性分子的碰撞幾率增加，從而消耗活性自由基的鏈終止反應速率增加，燃燒爆炸反應速率降低。而且，隔爆器內(nèi)高壓驅動氣體氮氣持續(xù)噴出，氮氣的噴射方向與沖擊波壓力的傳播方向相反，起到對沖效果，減緩了爆炸波的傳播，氮氣作為穩(wěn)定的第3體同樣起到了抑制作用[20]，稀釋了甲烷和氧氣體積分數(shù)，隔爆效果更加明顯。

在瓦斯煤塵爆炸隔爆實驗中，惰性顆粒一方面阻擋了煤粒子與氧的接觸，另一方面可以吸附在煤粉顆粒表面產(chǎn)生結焦，阻礙熱傳導和火焰輻射，起到了有效的隔爆效果。

4.2.2爆炸超壓變化

爆炸超壓是衡量爆炸反應過程和破壞程度的重要參量。圖7為瓦斯隔爆、瓦斯煤塵隔爆實驗添加不同質量粉體介質時，爆炸最大壓力隨傳播距離的變化規(guī)律。

圖7 不同粉體質量濃度對爆炸壓力的影響Fig.7 Effects on explosion pressure under different mass concentrations of powders

當燃燒爆炸反應熱效應放出的能量大于向前傳播和熱交換損失的能量時，爆炸超壓上升;反之，爆炸超壓下降。由圖7可知，在隔爆實驗中，由于隔爆器超前噴撒粉體介質形成有效的隔爆屏障，起到了良好的消焰阻火作用，而粉體質量濃度是影響隔爆效果的直接因素。瓦斯隔爆實驗中，當粉體質量濃度為138.9 g/m3時，爆炸壓力經(jīng)過短暫的低壓區(qū)后又快速上升，沒有實現(xiàn)有效的隔爆效果。隨著粉體質量濃度的增加，隔爆系統(tǒng)消減沖擊波的作用逐漸增加。當粉體質量濃度為208.3,277.8 g/m3時，爆炸最大壓力在隔爆系統(tǒng)后端分別降低至40.5,36.4 kPa，相對于瓦斯爆炸實驗同一位置的最大壓力下降了60.2%,64.2%。

主動隔爆系統(tǒng)不能消除爆炸壓力波，但可以大幅減弱爆炸壓力的強度和破壞性。瓦斯煤塵爆炸隔爆實驗中，在40 m之前無粉體介質的阻隔作用，壓力上升與爆炸傳播實驗規(guī)律一致。在40 m之后，爆炸超壓出現(xiàn)拐點，進入衰減區(qū)。當隔爆屏障的粉體濃度為416.7 g/m3時，爆炸超壓在70 m位置下降至75 kPa，爆炸最大壓力相對于傳播實驗明顯降低。當粉體濃度增加到625.0 g/m3時，70 m位置爆炸最大壓力降低至54 kPa，相對于瓦斯煤塵爆炸實驗的最大壓力下降了60.3%。

4.2.3爆炸火焰?zhèn)鞑プ兓?/p>

爆炸火焰是爆炸反應釋放能量的外在直觀表現(xiàn)，在釋放能量支持下，爆炸猛烈程度增強、破壞性增加。在爆炸傳播實驗中，隨瓦斯和煤粉可燃物質用量的增加，在化學反應支持下，爆炸火焰?zhèn)鞑サ木嚯x更遠，火焰速度增加。實驗中，單一甲烷體積分數(shù)9.5%、體積100 m3瓦斯爆炸火焰區(qū)長度為60 m，同等瓦斯與質量濃度150 g/m3,14～70 m煤塵區(qū)發(fā)生復合爆炸的火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x至120 m之后。實驗條件下，煤塵參與反應后，火焰區(qū)長度呈現(xiàn)翻倍增加。

如圖8所示，當布置隔爆系統(tǒng)后，在爆炸壓縮波作用下，爆炸火焰仍會向前傳播一定距離，但火焰區(qū)長度大幅度縮短。而且，當粉體質量濃度較低時，隔爆屏障不能撲滅火焰，隨著質量濃度的增加，粉體消焰滅火區(qū)的長度遞減。瓦斯隔爆實驗中，粉體質量濃度為277.8 g/m3時，爆炸火焰最遠傳播至30 m;在瓦斯煤塵隔爆實驗中，粉體質量濃度為625.0 g/m3時，60 m位置未探測到火焰信號。煤塵參與反應后，氣相與固相爆炸耦合，釋放的熱量大于瓦斯爆炸，爆炸壓力和火焰在接觸區(qū)存在疊加效應，熱效應與爆炸沖擊效果增加。所以，煤塵的存在對隔爆系統(tǒng)的安裝布置和粉體用量都有較大影響，達到同等隔爆效果時，瓦斯煤塵隔爆實驗中需要的粉體質量濃度明顯增大。

圖8 不同質量濃度隔爆粉體對爆炸火焰區(qū)長度的影響Fig.8 Effect on flame zone length under different mass concentration of powder

圖9為瓦斯隔爆、瓦斯煤塵隔爆實驗中添加不同質量粉體條件下，爆炸火焰速度隨距離的傳播變化規(guī)律。在隔爆實驗中，粉體質量濃度增加后，最大火焰速度出現(xiàn)位置逐漸前移。瓦斯爆炸實驗中最大火焰速度出現(xiàn)在30～40 m，當粉體質量濃度為208.3,277.8 g/m3時，最大速度分別出現(xiàn)在20～30,10～20 m，而且最大速度分別為144.8,92.6 m/s。爆炸火焰最終在隔爆器后20 m被完全撲滅。

在瓦斯煤塵傳播實驗中，最大火焰速度出現(xiàn)在40～60 m，而在隔爆實驗中，最大火焰速度在巷道隔爆器的前端，即20～40 m。隔爆器的安裝位置為爆炸火焰?zhèn)鞑サ摹肮拯c”，在隔爆屏障覆蓋區(qū)，爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆俳档汀．敻舯琳系姆垠w質量濃度為416.7 g/m3時，爆炸火焰的最大傳播速度為226.4 m/s，70 m位置未探測到火焰信號，爆炸火焰在隔爆器后30 m范圍內(nèi)被完全撲滅。隨著粉體質量濃度的增加，隔爆效果增強，當質量濃度增加至625.0 g/m3時，爆炸火焰的最大傳播速度為102.9 m/s，60 m位置未探測到火焰信號，爆炸火焰被控制在隔爆器后20 m內(nèi)。

5 結 論

(1)巷道隔爆器內(nèi)粉體介質在觸發(fā)后快速向外噴撒形成隔爆屏障，驅動氣體壓力是影響隔爆屏障動態(tài)分布和覆蓋距離的直接因素。粉體在120 ms時刻形成8.04 m2有效斷面，1 200 ms時隔爆屏障可覆蓋20 m，粉體能在空間內(nèi)持續(xù)作用5 000 ms以上。

(2)巷道隔爆系統(tǒng)的粉體介質和惰性驅動氣體能起到有效的衰減壓力波作用。隨著粉體質量濃度的增加，隔爆系統(tǒng)的效果增強。在瓦斯隔爆實驗粉體質量濃度為277.8 g/m3時，40 m位置爆炸超壓為36.4 kPa，相對于爆炸傳播實驗最大壓力下降了64.2%。瓦斯煤塵爆炸隔爆實驗中，粉體質量濃度為625.0 g/m3時，70 m位置爆炸超壓降低至54 kPa，相對于同等爆炸傳播實驗的最大壓力下降了60.3%。

(3)在巷道隔爆系統(tǒng)的氮氣和粉體隔爆屏障作用下，成功實現(xiàn)隔爆，爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆傧陆担敝磷罱K消失。瓦斯隔爆實驗中，隨著粉體質量濃度的增加，最大火焰速度出現(xiàn)在爆源附近，最大速度為92.6 m/s，爆炸火焰最終控制在在隔爆器后20 m;瓦斯煤塵爆炸隔爆實驗中，爆炸火焰在隔爆器后20 m區(qū)域內(nèi)被完全撲滅。