[发明专利]一种多孔泡沫铁镍金属抑爆材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑爆材料及其应用。

背景技术

瓦斯爆炸事故是造成煤矿企业群死群伤的首要灾害，而我国煤矿目前采用的传统阻隔爆设施，如水棚、岩粉棚等在实际使用中，不能达到预期的阻隔爆效果，大量事故分析表明这些措施在事故发生时不能有效的发挥作用。例如：水槽的水分容易蒸发、缺失，需要经常冲水、换水，增加了工人的工作量。尤其是在风量大、气温高的采区，水中易混入矿尘，造成灭火水雾因水量不足而不能有效隔断爆炸火焰的传播。回采巷道水袋棚，按设计规定应该采用脱钩吊挂的方式，但实际应用中的水袋棚却多用铁丝拴在梁上，使得该隔爆设施在动作时雾化不充分，大大降低了隔爆效果。此外，如果阻隔爆装置的动作压力过低，即灵敏度过高，则爆炸火焰到达，距离阻隔爆装置较远处，前驱压力波的较低冲击压力会使阻隔爆装置开始动作，在火焰到达前就释放出了抑制剂，这样在火焰到达阻隔爆装置位置时，由于抑制剂已被提前释放，且因重力作用大部分已沉落在巷道的底板上，只剩下悬浮在空间中浓度较低的抑制剂。虽然含有抑制剂的瓦斯气体可能超出了爆炸极限，但由于爆炸火焰具有较高的内聚力和较好的整体性，火焰仍可能在巨大的爆炸产物压力的推动下，穿过该区域并引爆前面的瓦斯混合气体而继续向前传播，阻隔爆装置起不到相应的作用。

自动式抑爆技术原理是通过传感器等探测爆炸信号，通过控制单元触发抑爆剂喷洒装置动作，以高压引射或爆炸喷洒等方式喷洒抑爆剂，扑灭火焰或衰减爆炸冲激波，完成抑爆。在现阶段，即使技术上能满足要求，其抑制剂昂贵的成本也会使绝大多数使用单位望而却步，在煤矿企业现有条件下更是不可能实现。自动式抑爆技术同样存在难精确的控制火焰波和冲击波到达时间问题，阻隔爆装置起到阻隔爆作用条件有限。

由此可见，现有被动式抑爆设施和自动式抑爆设施在瓦斯爆炸时均发挥了阻隔爆的作用，但由于受到井下环境的限制，也同时出现了各种未预期的问题，尤其对弱爆炸(压力低)和较强的爆炸(压力高)抑爆效果极不理想，抑制剂不能充分发挥抑制效果，影响了瓦斯爆炸控制技术的可靠性。另外，现有的被动式抑爆设施和自动式抑爆均为一次性抑爆装置，不具备重复作用性，对井下爆炸后的二次爆炸或多次爆炸事故失去抑爆作用。上述问题的产生，主要是由于目前阻隔爆装置使用的抑制剂多为粉状(如南非HS主动抑爆技术装置采用硫化铝粉)或者液态(如水)，播撒面积及时间有限，影响阻隔爆效果的发挥。鉴于此，研究一种新型固体材料阻隔煤矿瓦斯、煤尘爆炸火焰的传播及影响规律意义重大。

瓦斯爆炸过程中造成严重破坏作用的是爆炸波。爆炸波的强度大小在很大程度上受火焰波和前驱波强度的制约，因此通过抑制前驱波来降低爆炸波的破坏能力是很有现实意义的。近年来，多孔材料因其质量轻，对爆炸时产生的压力波和火焰波具有较好的抑制作用而受到关注，已在军事和民用工程防护领域得到广泛的应用。目前国内外学者对金属丝网和泡沫陶瓷多孔材料抑制瓦斯爆炸效果进行了实验研究，发现金属丝网和泡沫陶瓷都对爆炸超压和火焰均有一定的衰减效果，但同时也发现衰减瓦斯爆炸冲击波和火焰波能力偏低，并且存在金属丝网抗烧结性能较差，泡沫陶瓷抗爆炸冲击波损毁性能较差等缺点，作为煤矿矿井固体阻隔爆装置材料尚不够理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前抑爆材料阻隔爆效果差、抗冲击性能和抗烧结性能差的问题，而提供一种多孔泡沫铁镍金属抑爆材料及其应用。

本发明的一种多孔泡沫铁镍金属抑爆材料按重量百分含量是由10％～30％的镍和70％～90％的铁组成；其中，所述的多孔泡沫铁镍金属抑爆材料的相对体积密度为0.3g/cm³或0.8g/cm³，孔径为10ppi～30ppi，通孔率为80％～90％，厚度为3cm、6cm或8cm。

本发明包含以下有益效果：

由于瓦斯爆炸传播是压力波和火焰波传播过程的耦合，互相影响，形成正反馈，互相促进，共同作用构成强烈的破坏效应，对火焰波和压力波的同时大幅度抑制是减小爆炸危害的有效方法。本发明的多孔泡沫铁镍金属能够有效衰减阻隔火焰波和压力波造成的危害，本发明的多孔泡沫铁镍金属对管道瓦斯爆炸阻隔爆实验中超压值衰减率为55.1％～73.8％；对瓦斯爆炸火焰温度的衰减率为37.6％～70.7％。