5月18日，中国煤科重庆研究院薛少谦团队在《煤炭学报》发表文章，展示了不同爆炸能力和隔爆屏障粉体浓度下，大尺度巷道内主动隔爆系统的隔爆灭火性能。

　　

　　瓦斯煤尘爆炸是对煤矿生产影响最大、破坏最严重的灾害。2019年全国煤矿发生瓦斯事故27起，造成118人死亡，占煤矿事故总死亡人数的37.3%。

　　

　　受实验设备和条件的限制，目前爆炸实验多采用小尺度的管道或爆炸容器进行，且多采用先喷射抑爆材料、后点爆瓦斯等易燃物的方式，这与实际煤矿井下巷道内瓦斯煤尘爆炸致灾特性存在较大差异，并不能可靠地指导实际的矿井爆炸灾害防治。

　　

　　大尺度巷道实验系统

　　

　　采用的大尺度巷道实验系统示意图，由主巷、副巷、保护段组成，其中主巷分为平巷段和斜巷段。巷道全长896m，断面为7.2m²的半圆拱形，在保护段设置有双重防爆门，实验时防爆门关闭，形成一端封闭、一端敞开的传播方式。

　　

　　主巷为爆炸实验段，0m起点为封闭端，由封闭端起，可以在特定设置封闭巷道断面，形成30 m³、50 m³、100 m³、200 m³容量的空间。该空间通过充气循环管路形成瓦斯-空气混合气体。巷道沿走向设置有壁龛，每隔10m或20m布置一个，壁龛面板上安设有测试爆炸压力、火焰等参量的传感探测器。

　　　　

　　主动隔爆系统主要由直流稳压电源、巷道隔爆器、火焰传感器、爆炸冲击波传感器、控制器等组成。火焰传感器采用双紫外原理，光谱响应范围是185～260nm，灵敏度高，能够在爆炸初始时刻探测的火焰信息；冲击波探测器高频实时采集爆炸压力信息，可以根据安装使用位置的不同设置不同的触发阈值；控制器是主动隔爆系统的信号和功能中枢；巷道隔爆器储存大容量的隔爆粉体介质，直流稳压电源为系统整体正常工作和触发过程提供动力源。主动隔爆系统的整体响应时间＜16ms。

　　

　　当发生爆炸事故时，传感器探测到爆炸火焰或压力信号并传输至控制器，控制器分析后输出控制信号，触发巷道隔爆器迅速喷射出隔爆粉体介质，在前端形成隔爆屏障，达到扑灭爆炸火焰、衰减冲击波的作用，阻断爆炸的传播。

　　

　　巷道隔爆使用ABC超细干粉灭火剂作为隔爆粉体介质，主要成分为NH₄H₂PO₄，配有少量的SiO₂、CaCO₃等，质量比90%的粒径<15.49μm。超细粉体贮存在隔爆器罐体内，触发后在储存的高压干燥氮气驱动下快速喷射，在巷道受限空间内形成气-粉混合隔爆屏障。NH₄H₂PO₄在高温下能发生多步分解反应，与可燃物质作用，具有冷却降温和隔绝窒息等方面的抑制作用。

粉体介质喷撒动态分布状态

　　

　　研究人员首先在敞开空间采用高速摄影技术测试了主动巷道隔爆系统隔爆屏障的形成过程及动态分布特征，隔爆器粉体能在120ms时刻形成8.04m²有效断面，在1200ms时刻覆盖20m距离范围，在空间内持续作用5000ms以上，因此认定驱动气体压力是影响隔爆屏障动态分布和覆盖距离的直接因素。

　　

　　在此基础上，科研人员在断面7.2m²大型地下巷道内，进行了瓦斯(煤尘)爆炸传播实验和隔爆实验。

　　

　　结果发现，粉体隔爆屏障能有效起到衰减压力波和扑灭爆炸火焰的作用，在粉体浓度较低时，爆炸火焰将穿越隔爆屏障，而随着浓度的增加，隔爆效果增强。在瓦斯隔爆实验中粉体浓度为277.8g/m³时，40m位置爆炸超压衰减为36.4kPa;在瓦斯煤尘爆炸隔爆实验中，粉体浓度为625g/m³时，70m位置爆炸超压降低至54kPa，对比同等强度的爆炸传播实验，最大压力下降率均大于60%。

　　

　　瓦斯(煤尘)爆炸隔爆实验中，驱动氮气和粉体所形成的隔爆屏障能有效起到冷却降温、隔绝窒息和消耗自由基的作用。随着粉体浓度的增加，爆炸火焰传播速度迅速下降，整个传播过程中的最大火焰速度前移，出现在隔爆器前端，爆炸火焰在隔爆器后20m区域内被完全扑灭。

1- 火焰传感器 2-爆炸冲击波传感器 3-控制器4-直流稳压电源 5-巷道隔爆器

隔爆装置组成及工作原理示意图

巷道瓦斯煤尘爆炸实验布置图

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