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多元混合气体对瓦斯爆炸动力学特性影响研究

安全与环境学报 2024年第8期24卷 2949-2960页

作者：罗振敏罗传旭刘利涛张帆西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054

为探究多元气体对瓦斯爆炸的影响及机理,利用20 L爆炸球研究了多元混合气体[V(C_(2)H_(6)∶V(C_(2)H_(4))∶V(CO)∶V(H_(2))=5∶5∶1∶1]分别对体积分数为7%、9.5%和11%甲烷的爆炸特性的影响规律,进一步利用CHEMKIN软件分析了不同工况... 详细信息

为探究多元气体对瓦斯爆炸的影响及机理,利用20 L爆炸球研究了多元混合气体[V(C_(2)H_(6)∶V(C_(2)H_(4))∶V(CO)∶V(H_(2))=5∶5∶1∶1]分别对体积分数为7%、9.5%和11%甲烷的爆炸特性的影响规律,进一步利用CHEMKIN软件分析了不同工况下爆炸反应中关键自由基和基元反应的演化过程。结果表明,在体积分数7%甲烷中加入多元混合气体后,最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率增大,最大压力出现时间延后,在体积分数9.5%和11%甲烷中掺混多元混合气体后则出现相反的效果。对于体积分数7%甲烷,多元混合气体的掺混会使H·和·OH摩尔分数峰值上升,且达到峰值时间提前;对于体积分数9.5%和11%的甲烷,多元混合气体的掺混使H·摩尔分数峰值增大,O·和·OH摩尔分数峰值减小。最大爆炸压力与H·、O·和·OH摩尔分数峰值存在线性关系。最大爆炸压力与H·摩尔分数峰值呈分段线性关系,分割点出现在当量比为1和1.37处。总体来说,最大爆炸压力与摩尔分数峰值相关性随当量比增大而减小。R38(H+O_(2)?O+OH)是主要的耗氧反应,也是控制甲烷消耗速率和爆炸反应能量释放的主要基元反应之一。因此,当O_(2)较少时,R38反应受限,宏观上表现为高当量比时爆炸效应较弱。

关键词：安全工程矿井瓦斯甲烷爆炸自由基

纳米复合抑爆粉体抑制甲烷煤尘混合爆炸动力学机理研究

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安全与环境学报 2024年

作者：张延松徐畅秦江牛艳杰黄钰雄张新燕山东科技大学安全与环境工程学院山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地青岛市生产安全火灾事故智能控制工程中心

为寻求高效的甲烷煤尘混合爆炸抑爆手段，对草酸钾–蒙脱石纳米复合抑爆粉体（Potassium Oxalate-Montmorillonite，OA–MMT）抑制甲烷煤尘混合爆炸机理开展了研究。通过红外光谱法研究OA–MMT对甲烷煤尘热氧化产物分布的影响，通过试验... 详细信息

为寻求高效的甲烷煤尘混合爆炸抑爆手段，对草酸钾–蒙脱石纳米复合抑爆粉体（Potassium Oxalate-Montmorillonite，OA–MMT）抑制甲烷煤尘混合爆炸机理开展了研究。通过红外光谱法研究OA–MMT对甲烷煤尘热氧化产物分布的影响，通过试验对OA–MMT的抑制性能进行研究，通过草酸钾抑制动力学模型揭示抑爆机理。结果表明，在OA–MMT干预下甲烷煤尘热解氧化气体产物CO2体积分数明显提高，可燃气体的生成受到抑制，同时热解氧化固体产物在特征峰区域的官能团含量有所增加。在OA–MMT干预下甲烷煤尘混合爆炸的（dp/dt）m显著降低，压力时间特征参数显著延迟。OA–MMT通过促进含钾基团之间的转换降低甲醛甲基氧化等放热反应的敏感性，从而抑制爆炸温度的升高，并且消耗维系爆炸链式反应的关键自由基H和OH。

关键词：安全工程甲烷煤尘爆炸爆炸超压产物分布基元反应抑爆机理

沿空留巷Y型通风瓦斯运移规律及风量调控研究

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矿业安全与环保 2024年第3期51卷 16-27,35页

作者：邓博知夏晓峰聂百胜周皓文靳崇亮重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 山西焦煤汾西矿业东瑞煤业山西临汾042404

沿空留巷Y型通风“两进一回”工作面和采空区尾巷存在瓦斯涌出问题,当瓦斯超限时,易诱发瓦斯爆炸等灾害。以山西东瑞煤矿沿空留巷工作面为研究对象,利用Fluent数值模拟软件,模拟沿空留巷Y型通风瓦斯运移基本规律,分析不同通风条件对瓦... 详细信息

沿空留巷Y型通风“两进一回”工作面和采空区尾巷存在瓦斯涌出问题,当瓦斯超限时,易诱发瓦斯爆炸等灾害。以山西东瑞煤矿沿空留巷工作面为研究对象,利用Fluent数值模拟软件,模拟沿空留巷Y型通风瓦斯运移基本规律,分析不同通风条件对瓦斯浓度分布的影响。结果表明:增加运输巷道风量使沿空留巷瓦斯浓度降低,增加辅运巷道风量使工作面瓦斯浓度降低;当总风量不变时,2条进风巷道的风量配比对工作面瓦斯浓度影响较大,对采空区瓦斯浓度影响相对较小。随着采煤工作面推进距离的增加,沿空留巷和工作面的瓦斯治理难度上升,最佳通风配比量由运输巷道向辅运巷道倾斜。在煤矿开采过程中,应不断调节进风巷风量配比来预防工作面和尾巷的瓦斯浓度升高,同时,还应提高采空区密闭程度、加强采空区的漏风管理。

关键词：沿空留巷瓦斯运移规律 Y型通风瓦斯防控数值模拟风量配比

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锂离子电池火灾灭火剂及灭火策略研究进展

工程科学学报 2024年第11期46卷 2121-2132页

作者：黄江金建泉赵梁梁家鑫陈勇刚中国民用航空飞行学院民航安全工程学院广汉618307 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室广汉618307 四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心广汉618307

锂离子电池凭借诸多优异性能,常作为电化学储能主要载体之一,被广泛应用.然而,由于制造缺陷或者安全规范外使用,易触发锂电池热失控并引发火灾和爆炸等安全事故,锂电池火灾有效抑灭技术亟待解决.本文通过对相关文献的探讨,全面综述了锂... 详细信息

锂离子电池凭借诸多优异性能,常作为电化学储能主要载体之一,被广泛应用.然而,由于制造缺陷或者安全规范外使用,易触发锂电池热失控并引发火灾和爆炸等安全事故,锂电池火灾有效抑灭技术亟待解决.本文通过对相关文献的探讨,全面综述了锂电池火灾特点及热失控机理、灭火剂及灭火策略,总结出锂电池热灾害治理与防控的两大需求:灭火和冷却.针对锂电池火灾所适用的灭火剂,着重介绍了气体灭火剂、水基灭火剂和固体灭火剂中各自灭火剂的灭火效能和灭火机理,并从多角度进行对比分析.为提高灭火和冷却效果,进一步分析了协同灭火、间歇式喷雾、灭火微胶囊等灭火策略.在此基础上,总结出现有抑制锂电池火灾灭火剂的使用局限性以及灭火策略的不足,展望了未来提升锂电池火灾集成灭火和冷却效果的不同方式,通过添加剂进行改性或者研制出高导热性、高绝缘性、清洁廉价和无毒副产物的理想型灭火剂,设计出更加高效的新型灭火策略,有望实现锂电池热灾害的有效治理与防控.

关键词：锂离子电池热灾害火灾抑灭灭火剂灭火策略

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油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

工程爆破 2024年第2期30卷 117-124页

作者：张佳庆黄玉彪马鸿盛刘志宇王昌建汪泉国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230601 国家电网公司输变电设施火灾防护实验室合肥230601 电力火灾与安全防护安徽省重点实验室合肥230601 合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 安徽理工大学化工与爆破学院安徽淮南232001

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直... 详细信息

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。

关键词：变压器油油雾抛洒超压演化爆炸火球

不同荷电状态18650 LiFePO4电池的排放气体燃爆特性数值分析（英文）

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电化学(中英文) 2024年第8期 31-38页

作者：王世林龚旭刘丽娜李奕彤张宸语许乐俊冯旭宁王淮斌中国人民警察大学清华大学汽车安全与能源国家重点实验室

锂离子电池排放气体的燃爆特性是决定锂离子电池火灾危险性的关键因素,因此探究锂离子电池排放气体的燃爆危害性可以为储能电站和新能源汽车燃爆事故救援与防护提供指导,从而促进锂离子电池的应用与发展。建立在这一认识之上,结合前人... 详细信息

锂离子电池排放气体的燃爆特性是决定锂离子电池火灾危险性的关键因素,因此探究锂离子电池排放气体的燃爆危害性可以为储能电站和新能源汽车燃爆事故救援与防护提供指导,从而促进锂离子电池的应用与发展。建立在这一认识之上,结合前人关于锂离子电池产气的研究,本文开展了不同SOC的18650磷酸铁锂电池热失控排放气体的燃爆风险研究。通过“消元”的方法计算含有二氧化碳惰性气体影响的混合气体爆炸极限,利用Chemkin-Pro软件对电池排放气体/空气的层流火焰速度与绝热火焰温度进行数值模拟,并对体系内的自由基浓度与主要基元反应敏感系数进行分析,综合评估电池排放气体燃爆危害性。研究发现100%SOC电池排放气体的爆炸下限最低,反应体系中具有抑制作用的基元反应敏感系数较低且自由基浓度更高,因此具有最大的层流火焰速度与绝热火焰温度。电池排放气体燃爆危害随SOC增加而增加,直至100%SOC时燃爆风险最大且危害性最高,然而随着电池过充电相关危害性却有不同程度下降。本文为锂离子电池排放气体燃烧机理分析提供了可行的方法,揭示了SOC对电池排放气体燃爆危害性的影响,对锂离子电池储存与运输安全、储能电站安全防护及相关灭火剂的选择提供了参考。

关键词：燃爆特性爆炸极限层流火焰速度绝热火焰温度敏感性分析

冻融循环作用下裂隙灰岩的力学特性及裂纹扩展特征研究

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重庆大学学报 2024年

作者：吴小刚倪智伟朱君星秦柯唐恺中国人民解放军陆军工程大学国防工程学院陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室金属矿山安全与健康国家重点实验室中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司非煤露天矿山灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室

寒区岩体由于反复冻融导致的变形破坏是当前亟待研究和解决的前沿课题。为研究冻融循环作用下裂隙岩体的力学特性及裂纹扩展特征，针对冻融循环作用下不同裂隙倾角的裂隙灰岩开展单轴压缩试验，得到相应的应力-应变曲线及宏观破坏特征... 详细信息

寒区岩体由于反复冻融导致的变形破坏是当前亟待研究和解决的前沿课题。为研究冻融循环作用下裂隙岩体的力学特性及裂纹扩展特征，针对冻融循环作用下不同裂隙倾角的裂隙灰岩开展单轴压缩试验，得到相应的应力-应变曲线及宏观破坏特征，并采用电镜分析破坏面的微观特征。试验结果表明：冻融后裂隙灰岩的破坏特征呈明显的脆性破坏，其峰值应力、弹性模量随裂隙倾角的增大而增大，随冻融循环次数的增加而减小；峰值应变随裂隙倾角、冻融循环次数呈正相关。宏观破坏模式主要以裂纹模式为主，片落模式为辅，破坏面与预制裂隙有关，多为张拉裂纹，与冻融循环无明显相关性。微观试验揭露了冻融循环对裂隙灰岩的损伤，微裂纹的平均长度、累计长度和平均宽度随冻融循环次数增加而增大，预制裂隙对破坏面的微观特征无明显影响。对于不同裂隙倾角的裂隙灰岩，预制裂隙影响了宏观破坏裂纹发育，而冻融加剧了内部微裂纹的扩展；裂隙倾角的增大抑制了冻融循环带来的损伤，提高了岩体耐久性。研究成果可为寒区矿山工程开采提供重要参考价值。

关键词：裂隙灰岩裂隙倾角冻融循环单轴压缩峰值应力

低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器响应特性

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 965-974页

作者：何庆聂士斌张红刘小勇郭贤徐良骥安徽理工大学安全科学与工程学院淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 合肥230000 安徽理工大学公共安全与应急管理学院合肥231131 清华大学合肥公共安全研究院合肥230601

甲烷气体泄漏会导致火灾爆炸事故的发生,恶劣的环境条件(如低温和浸水)会影响甲烷泄漏的精准检测。该研究系统分析了浸水和低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器的响应特性及其影响机制。研究结果表明:浸水会显著降低甲烷探测器的... 详细信息

甲烷气体泄漏会导致火灾爆炸事故的发生,恶劣的环境条件(如低温和浸水)会影响甲烷泄漏的精准检测。该研究系统分析了浸水和低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器的响应特性及其影响机制。研究结果表明:浸水会显著降低甲烷探测器的灵敏度,浸水后探测器报警浓度增长90.3%。相比于室温浸水,低温-浸水使报警浓度降低23.3%,响应时间的重复性能提升,平均标准差降低65.16%。浸水后传感器表面的水膜会阻碍甲烷气体进入传感器内部,使得传感器内甲烷含量降低;浸水还会导致催化剂的比表面积降低和催化剂水中毒,减少了甲烷气体的吸附位点,因此浸水后探测器需要更高浓度的甲烷才能触发报警状态。低温环境下探测器铂丝加热器电阻变化更为显著,吸收较少的催化燃烧反应热就能达到报警所需的电阻变化量,降低了探测器报警所需的甲烷浓度,因此低温环境有效减弱了浸水对探测器的不利影响。该文为进一步研究低温-浸水复杂条件对甲烷探测器性能的影响提供了实验依据,有利于提高甲烷泄漏的精准检测。

关键词：甲烷泄漏甲烷探测器低温-浸水复杂条件报警浓度响应时间

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电动汽车热失控危害性评测技术研究

消防科学与技术 2024年第5期43卷 756-761页

作者：张良赵志伟张得胜黄盟周思达杨世春刘国芳北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 应急管理部天津消防研究所天津300381 工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室天津300381 天津市消防安全技术重点实验室天津300381 中国汽车工程研究院股份有限公司重庆401122 中国汽车工程学会北京102600

随着电动汽车保有量的增加,动力电池热失控导致的着火事故时有发生,对热失控危险性进行评测是提升电动汽车安全性能的重要手段之一,而行业内尚未形成量化评估方法。针对上述问题,搭建了电动汽车整车燃烧试验平台,并开展了大量由热失控... 详细信息

随着电动汽车保有量的增加,动力电池热失控导致的着火事故时有发生,对热失控危险性进行评测是提升电动汽车安全性能的重要手段之一,而行业内尚未形成量化评估方法。针对上述问题,搭建了电动汽车整车燃烧试验平台,并开展了大量由热失控引发电动汽车火灾的模拟试验,提取了以下可用于电动汽车热失控危害性评测的参考指标与部分潜在指标:试验开始至动力电池热失控的时间间隔可作为电池故障预警有效性的指标;热失控至车辆起火的时间间隔与车内温度可作为乘员逃生安全性的指标;烟气体积分数超标时刻及其与起火时刻的关系可作为驾驶室毒气危害性的指标;车内可燃气体体积分数和车外热辐射强度可作为评估爆炸危险性和相邻车辆引燃风险性的指标。通过提出上述评价指标,为后续形成量化评估方法及相关标准提供参考。

关键词：电动汽车热失控危害性评测方案