李睿德，徐景德，張延煒，榮晶晶

（1. 華北科技學(xué)院，北京東燕郊 065201；2. 中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083）

0 引言

煤炭開采伴隨著多種安全風(fēng)險(xiǎn)，其中，瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重威脅到礦工的生命安全，也給煤炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，探索和應(yīng)用有效的爆炸抑制技術(shù)成為煤炭開采安全領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向［1，2］。

因此，國內(nèi)外專家學(xué)者開展了在（粉劑、水、惰性氣體）抑爆劑選取方面的研究。 張迎新［3］、陳金健［4］、余明高［5］利用不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過對瓦斯爆炸超壓的變化分析，進(jìn)行噴射不同種惰性氣體對瓦斯爆炸的抑制效果的研究。 裴蓓［6，7］、楊克［8］等采用噴射不同形式細(xì)水霧進(jìn)行瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)，分析其對瓦斯爆炸超壓以及火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憽?其中磷酸鹽中磷酸二氫銨作為ABC滅火劑的主要成分，各國學(xué)者對其展開了大量的研究，丁超［9］通過控制噴射超細(xì)ABC 粉體的劑量和抑爆裝置觸發(fā)的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，觀察分析這些參數(shù)對瓦斯爆炸的超壓和火焰?zhèn)鞑サ挠绊憽?張宇明［10］以粒徑和ABC 粉體中磷酸二氫銨的含量作為控制變量，研究該變量對爆炸超壓的影響。Qingming Liu［11］在長直管道中以爆炸超壓變化為特征參數(shù)，分析ABC 粉體對甲烷／煤塵／空氣爆炸的抑制效果，結(jié)果表明ABC 粉末云在抑制甲烷／煤塵／空氣爆炸方面表現(xiàn)出高效性。 隨著智能化和信息化的不斷發(fā)展，主動(dòng)式抑爆技術(shù)憑借其靈活的安裝方式和精準(zhǔn)的智能識(shí)別觸發(fā)等優(yōu)勢日益受到關(guān)注。 配備主動(dòng)式噴粉抑爆系統(tǒng)使得在爆炸發(fā)生后能夠迅速噴出抑爆劑，形成抑爆云團(tuán)可以迅速削弱瓦斯爆炸的強(qiáng)度，從而有效地減少瓦斯爆炸事故造成的損失［12］。 其中噴塵壓力決定了抑爆云團(tuán)的分散狀況及對瓦斯爆炸抑爆效能的影響［13］。 現(xiàn)有研究尚未明確確定在不同磷酸二氫銨質(zhì)量下，實(shí)現(xiàn)充分分散所需的噴塵壓力。 為確保磷酸二氫銨發(fā)揮最佳的抑爆作用，有必要開展不同噴塵壓力下對磷酸二氫銨抑爆效果影響的研究，考察噴塵壓力對磷酸二氫銨分散狀況及其抑爆效果的影響。

因此，本文采用不同的噴塵壓力實(shí)現(xiàn)不同分散狀況，噴射不同濃度磷酸二氫銨在60 L 定容燃燒彈內(nèi)進(jìn)行9.5%甲烷抑爆實(shí)驗(yàn)。 使用磷酸二氫銨純度含量99%以上，試劑未經(jīng)處理，粒徑介于300 目與270 目之間。 通過高速攝像記錄點(diǎn)火前分散狀況，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄分析甲烷爆炸過程中的壓力—時(shí)間數(shù)據(jù)，來評(píng)估不同噴塵壓力下磷酸二氫銨的分散狀況及其對甲烷爆炸抑制效果的影響，從而為實(shí)現(xiàn)最佳抑爆效果提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 理論分析

1.1 抑爆機(jī)理

磷酸二氫銨無色晶體固體，常見的晶體形式是正交晶系，使其在常溫下穩(wěn)定，但是在高溫下會(huì)分解，如圖1 所示。

圖1 磷酸二氫銨構(gòu)型圖

磷酸二氫銨（NH4H2PO4）受熱分解會(huì)吸收大量環(huán)境的熱，發(fā)生分解，如下［14］：

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，利用Hess 定律，計(jì)算磷酸二氫銨分解反應(yīng)熱量：

ΔH°fof products 為生成物標(biāo)準(zhǔn)生成焓，ΔH°fof reactants 為反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成焓。

通過查找標(biāo)準(zhǔn)生成焓的值得到［15］：

計(jì)算反應(yīng)熱量：

根據(jù)計(jì)算磷酸二氫銨受熱分解會(huì)吸收熱量116.7 kJ／mol。 因此，磷酸二氫銨抑制甲烷爆炸作用可以體現(xiàn)磷酸二氫銨吸熱，吸收火焰前沿預(yù)熱區(qū)熱量。

在爆炸反應(yīng)中甲烷高溫分解生成的自由基·OH、·H，以維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 這些自由基與NH4H2PO4熱分解產(chǎn)生的N原子和PO·結(jié)合，表達(dá)為：

此外，產(chǎn)生的NH3（g）具有稀釋可燃?xì)?、氧氣濃度的作用?6］。 在甲烷爆炸過程中呈現(xiàn)爆炸壓力峰值下降，以及爆炸相關(guān)時(shí)間參數(shù)延長［17，18］。

1.2 噴塵特征

根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理分析，噴塵壓力（P0）通過影響射流速度進(jìn)而對于磷酸二氫銨的分散性產(chǎn)生影響，這一影響可以通過伯努利方程來解釋：

其中，ρ是空氣密度；v是噴塵速度；P是流體壓力。 整個(gè)系統(tǒng)保持能量守恒，隨著噴塵壓力增加，射流速度也會(huì)增加。 根據(jù)質(zhì)量守恒方程可知，隨著射流速度增加，噴流的質(zhì)量流率也會(huì)增加，m·是質(zhì)量流率，A是噴嘴的截面積。

粉塵顆粒與氣流之間的相互作用進(jìn)一步由顆粒的停留時(shí)間和顆粒的輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)描述。 粉塵顆粒的雷諾數(shù)Rep是一個(gè)重要的無量綱參數(shù)，表征顆粒在流體中的流動(dòng)狀況：

其中，d是顆粒直徑；v是顆粒速度；μ是流體的動(dòng)態(tài)粘度。

進(jìn)一步考慮噴流的膨脹和混合過程，引入空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和湍流效應(yīng)，湍流能量方程如下所示。

其中，k表示湍流動(dòng)能；表示湍流動(dòng)能變化率；表示湍流動(dòng)能的對流項(xiàng)，表示湍流動(dòng)能隨著流體運(yùn)動(dòng)而輸送的過程；ε為湍流動(dòng)能的耗散率。 噴塵壓力的變化會(huì)影響流體速度進(jìn)而影響湍流動(dòng)能和耗散率，從而改變湍流的強(qiáng)度和特性。

此外，考慮到渦旋效應(yīng)在流體中形成并影響顆粒運(yùn)動(dòng)，引入渦旋度ω方程：

在整個(gè)射流過程中，隨著射流離開噴嘴，高速射流逐漸膨脹并與周圍環(huán)境混合，磷酸二氫銨顆粒的動(dòng)力學(xué)行為受到其慣性、流體阻力、重力和升力等多種力的作用，可以通過動(dòng)力學(xué)方程來描述：

其中，mp是顆粒的質(zhì)量；是顆粒速度；是顆粒所受的阻力；是升力，這些力共同決定了磷酸二氫銨在氣流中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

噴塵壓力的不同導(dǎo)致復(fù)雜的流場，包括渦旋和湍流區(qū)域。 這種流場中的湍流和渦旋效應(yīng)通過改變磷酸二氫銨在氣流中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來影響其分散性，形成有效的抑爆云團(tuán)。 然而，高速射流具有較大的慣性，可能導(dǎo)致噴射物質(zhì)的流動(dòng)不穩(wěn)定，流線可能會(huì)較難形成均勻的分散態(tài)勢。 不同的噴射條件可能導(dǎo)致流場結(jié)構(gòu)的變化，從而影響磷酸二氫銨的分散范圍和速度，當(dāng)湍流和渦流過于強(qiáng)烈時(shí)，抑爆劑可能會(huì)在某些區(qū)域過度集中，而在其他區(qū)域分散不足，這可能導(dǎo)致爆炸抑制效果的不均勻性。

系統(tǒng)研究分散狀況對磷酸二氫銨作為抑爆劑效能的影響，對于提高瓦斯爆炸防控的整體效果具有重要意義。 這不僅涉及抑爆劑的物理分散特性，還包括其在極端環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。 正確理解并優(yōu)化分散狀況，可以顯著提高磷酸二氫銨在實(shí)際應(yīng)用中的抑爆效率，為煤礦安全管理提供重要的技術(shù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為研究不同噴塵壓力下對磷酸二氫銨分散狀況及抑爆效果的影響，設(shè)計(jì)了如圖2 所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括定容燃燒彈、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、噴塵系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和紋影系統(tǒng)。

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

定容燃燒彈是一個(gè)直徑40 cm，高50 cm，容積為60 L 的圓柱形容器，兩側(cè)設(shè)有直徑為14 cm 的觀察窗，如圖3 所示。 在實(shí)驗(yàn)前，進(jìn)行了多次預(yù)噴塵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噴塵壓力0.6MPa，噴塵時(shí)間100ms，可驅(qū)動(dòng)粉塵倉50 g／m3磷酸二氫銨幾乎完全噴入定容燃燒彈內(nèi)，此時(shí)噴入定容燃燒彈內(nèi)空氣壓力為5.25 kPa。

圖3 定容燃燒彈

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究［19，20］，放置不同位置壓力傳感器，壓力變化趨勢相同，所以選取1個(gè)壓力傳感器，布置在定容彈頂端位于電極間隙正上方，點(diǎn)火能量225 mJ，如圖4 所示。

圖4 壓力傳感器布置

2.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

實(shí)驗(yàn)選取甲烷濃度為9.5%，分別加入低50 g／m3、中100 g／m3、高150 g／m3三種濃度磷酸二氫銨，即噴塵系統(tǒng)噴射3 g、6 g、9 g 質(zhì)量磷酸二氫銨，選取0.6 MPa、0.8 MPa、1 MPa、1.2 MPa 噴塵壓力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)波義耳定律：

在0.8 MPa 的噴塵壓力下，100 ms 壓入60 L罐體氣體的最終壓入空氣約為7 kPa。 而在1 MPa 壓力下，通過計(jì)算預(yù)測氣體的最終壓力為8.75 kPa。 在進(jìn)行了一系列的噴氣實(shí)驗(yàn)后，觀察到實(shí)際噴氣壓力與理論計(jì)算值非常接近，基本穩(wěn)定在理論值上下5%的范圍內(nèi)，重復(fù)性好，能夠可靠地模擬在不同噴塵壓力條件下的瓦斯爆炸現(xiàn)象［21］。

實(shí)驗(yàn)工況見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)工況

表2 不同噴塵壓力下磷酸二氫銨分散面積占比

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1） 按照試驗(yàn)系統(tǒng)圖連接系統(tǒng)各部分。 用電子秤稱量磷酸二氫銨抑爆材料，鋪放在粉塵倉內(nèi)。分別用空壓機(jī)充氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，使其與粉塵倉連通后儲(chǔ)氣罐壓力表示數(shù)為0.6 MPa、0.8 MPa、1 MPa、1.2 MPa 作為噴塵壓力，等待電磁閥觸發(fā)驅(qū)動(dòng)磷酸二氫銨噴入定容燃燒彈內(nèi)。

（2） 打開真空泵，對定容燃燒彈抽真空，直到智能壓力表顯示-101 kPa 為止。 將智能壓力表分別設(shè)定為-5.25 kPa、-7 kPa、-8.75 kPa、-10.5 kPa，此時(shí)進(jìn)氣口電磁閥處于非導(dǎo)通常開狀態(tài)。 根據(jù)分壓規(guī)律計(jì)算出注入9.5%甲烷空氣預(yù)混氣體所需要的甲烷和空氣，先進(jìn)入甲烷，再進(jìn)行空氣補(bǔ)足。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，此時(shí)還差空氣驅(qū)動(dòng)粉塵所壓入的空氣體達(dá)到9.5%濃度甲烷空氣預(yù)混氣體，智能壓力表自動(dòng)控制進(jìn)氣口電磁閥導(dǎo)通常閉。

（3） 進(jìn)行同步控制。 通過開發(fā)板控制粉塵倉處電磁閥，設(shè)置持續(xù)噴塵100 ms，噴塵結(jié)束500 ms后［22］，為保證能拍攝到點(diǎn)火前的分散狀況，先觸發(fā)高速攝像再進(jìn)行點(diǎn)火器和數(shù)據(jù)采集卡的同步觸發(fā)。 為減少誤差，至少重復(fù)三次，選擇重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為有效爆炸壓力數(shù)據(jù)。

同時(shí)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 803—2008，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的不同噴塵初壓磷酸二氫銨抑制甲烷爆炸壓力—時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以爆炸壓力峰值、壓力峰值時(shí)間，以及其他爆炸時(shí)間作為特征參數(shù)進(jìn)行分析［23］。

最大壓力上升速率（dP／dt）max，定義為壓力-時(shí)間曲線上升階段的最大斜率，是評(píng)估可燃?xì)怏w爆炸強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)。 為了削減燃燒室形狀對（dP／dt）max的影響，利用“三次方定律”關(guān)系，得到爆炸指數(shù)KG來表示，如下式［24］。KG作為一種反映爆炸強(qiáng)度的度量，指數(shù)越大可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的爆炸后果［25］。

爆炸時(shí)間可分最大爆炸壓力時(shí)間（Ta）也叫做爆炸持續(xù)時(shí)間，即記錄從點(diǎn)火時(shí)刻到爆炸壓力峰值時(shí)刻所用的時(shí)間；快速燃燒時(shí)間（Tb）即點(diǎn)火時(shí)刻到達(dá)最大壓力上升速率時(shí)刻的時(shí)間；爆炸誘導(dǎo)時(shí)間（Tc），計(jì)算并記錄壓力提升7%的時(shí)刻［26］。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同噴塵壓力下磷酸二氫銨分散狀況

通過應(yīng)用Matlab 進(jìn)行圖像處理，本研究將灰度圖像轉(zhuǎn)換成彩色映射的偽彩，以此增強(qiáng)圖像的視覺效果和解釋能力。 這種方法使得在不同噴塵壓力和磷酸二氫銨濃度條件下，點(diǎn)火時(shí)刻的磷酸二氫銨分散情況得以清晰展示（如圖5 所示）。在偽彩中，橙色的深淺被用來指示磷酸二氫銨的密度；具體來說，橙色越深表示磷酸二氫銨的密度越高，而藍(lán)色越深則代表其密度越低。

圖5 磷酸二氫銨在不同噴塵壓力下的分散狀況

通過分析3 g、6 g、9 g 磷酸二氫銨在不同噴塵壓力下的分散狀況，揭示了其分布特性。 使用Image-Pro Plus 軟件，對磷酸二氫銨的分散面積占比進(jìn)行了量化分析，其中超過70%的面積占比被認(rèn)為是分散均勻的［27］。

對于3g 磷酸二氫銨，觀察結(jié)果表明，在0.6MPa、0.8 MPa、1.0 MPa 的噴塵壓力下，抑爆劑能夠被有效地噴射出并均勻分散，其中0.8 MPa 下的分散面積占比最高，達(dá)到94.2%。 然而，在1.2 MPa的噴塵壓力下，分散面積占比僅為67.8%，表明此時(shí)抑爆劑的分散不均，主要集中在上部。 這是由于高速射流的慣性效應(yīng)及其引起的湍流和渦旋，導(dǎo)致了磷酸二氫銨顆粒的混合不均勻。

對于質(zhì)量為6 g 的磷酸二氫銨，發(fā)現(xiàn)在不同的噴塵壓力下（工況Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅲ-2），分散面積占比分別為84.7%、85.6%、83.1%，顯示出較為均勻的分散。 但在1.2 MPa 的噴塵壓力（工況Ⅳ-2）下，分散面積占比下降至68.5%，這與3 g磷酸二氫銨的分散情況相似，未能完全布滿視窗。

對于9 g 磷酸二氫銨的各工況（Ⅰ-3、Ⅱ-3、Ⅲ-3、Ⅳ-3），分散面積占比均超過70%，盡管存在未充滿的區(qū)域。 特別是在0.8 MPa 噴塵壓力下，分散面積占比達(dá)到最高，為77.6%，顯示出相對較好的分散均勻性。

綜上所述，噴塵壓力能明顯地影響磷酸二氫銨分散狀況。 對于3 g、6 g 質(zhì)量的磷酸二氫銨存在噴塵壓力上限閾值，在達(dá)到1.2 MPa 噴塵壓力時(shí)，由于高速射流慣性效應(yīng)，分散狀況變差。 對于9g 磷酸二氫銨，各噴塵壓力噴射下，分散面積占比下降，但都達(dá)到70%以上，分散較為均勻。 0.6MPa、0.8 MPa、1.0 MPa 均能使各質(zhì)量磷酸二氫銨分布均勻，其中0.8 MPa 噴塵壓力下，分散狀況相對較好。

3.2 不同噴塵壓力下的磷酸二氫銨抑爆效果

圖6 展示了在不同噴塵壓力下，磷酸二氫銨對9.5%甲烷爆炸壓力影響的時(shí)間曲線圖。 從整體的壓力-時(shí)間曲線來看，可以觀察到以下特點(diǎn)：在0.6 MPa 的噴塵壓力下，有三條分別對應(yīng)于3 g、6 g、9 g 磷酸二氫銨的壓力曲線。 這些曲線分布較為均勻，隨著磷酸二氫銨含量的增加，甲烷的爆炸壓力呈梯度下降，表明磷酸二氫銨有效地抑制了甲烷爆炸。 在0.8 MPa 和1.0 MPa 的噴塵壓力下，兩個(gè)條件下的壓力曲線非常接近，說明在這兩個(gè)壓力水平下，磷酸二氫銨的抑爆效果相似。 而在1.2 MPa 的噴塵壓力下，此時(shí)，各個(gè)壓力曲線表現(xiàn)出較高的集中度。 這一特點(diǎn)揭示了在1.2 MPa的壓力條件下，即便隨著磷酸二氫銨含量的增加，其對甲烷爆炸的抑制效果也是四種噴塵壓力條件中最弱的。

圖6 9.5%甲烷爆炸壓力-時(shí)間曲線圖

如圖7 所示，不同磷酸二氫銨質(zhì)量下的爆炸壓力峰值隨噴塵壓力的變化呈現(xiàn)出一致的趨勢，即先減小后增加。 具體來說，在相同磷酸二氫銨濃度下，0.8 MPa 的噴塵壓力表現(xiàn)出較為顯著的抑爆效果，此時(shí)爆炸壓力峰值相對較低。 特別是在9 g 磷酸二氫銨的情況下，觀察到了最低的爆炸壓力峰值，為337.2 kPa。

圖7 不同噴塵壓力驅(qū)動(dòng)磷酸二氫銨的甲烷爆炸壓力峰值

然而，在1.2 MPa 的噴塵壓力下，磷酸二氫銨的抑爆效果相比于其他噴塵壓力明顯減弱。 即使在噴射最高質(zhì)量的磷酸二氫銨情況下，爆炸壓力峰值仍高達(dá)516.2 kPa。 這一結(jié)果表明，噴塵壓力對于磷酸二氫銨的抑爆效果具有重要影響，且存在一個(gè)優(yōu)化的噴塵壓力范圍，以達(dá)到最佳的抑爆效果。

通過python 處理壓力—時(shí)間數(shù)據(jù)選取最大壓力上升速率，由于爆炸指數(shù)KG可減少燃燒室形狀的影響且與最大壓力上升速率變化規(guī)律一致，所以選擇KG進(jìn)行分析，如圖8 所示。

圖8 不同噴塵壓力對爆炸指數(shù)KG影響

進(jìn)一步分析爆炸指數(shù)KG的變化，觀察到不同磷酸二氫銨質(zhì)量下的爆炸指數(shù)KG與爆炸壓力峰值的變化具有一致性，也呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。 在相同磷酸二氫銨濃度下， 0.8 MPa 噴塵壓力驅(qū)動(dòng)時(shí)，爆炸指數(shù)最低，說明在此壓力驅(qū)動(dòng)條件下爆炸反應(yīng)的發(fā)展速率得到了有效控制，減少了爆炸的整體危險(xiǎn)性。 然而，在1.2 MPa 的噴塵壓力下，其爆炸壓力峰值較高，爆炸指數(shù)也相應(yīng)較高，這可能意味著更劇烈的爆炸特性。

圖9 為不同噴塵壓力對磷酸二氫銨抑制9.5%甲烷爆炸的時(shí)間參數(shù)影響。 根據(jù)圖9（a）的數(shù)據(jù)，觀察到噴塵壓力對最大爆炸壓力時(shí)間（Ta）的影響隨噴塵質(zhì)量的增加而變得更為顯著，這顯著影響了整體爆炸的持續(xù)時(shí)間。 具體而言，在3g噴塵質(zhì)量條件下，1.2 MPa 的噴塵壓力導(dǎo)致爆炸持續(xù)時(shí)間最短，僅為100 ms，而在0.8 MPa 的壓力下，爆炸持續(xù)時(shí)間延長，達(dá)到110 ms，相比之下爆炸速率減緩了9.1%。 在6g 磷酸二氫銨的條件下，爆炸持續(xù)時(shí)間的最長和最短情況與3 g 相同，但爆炸速率減緩了21.4%。 對于9g 噴塵質(zhì)量，爆炸速率減緩達(dá)到39.4%。

圖9 不同噴塵壓力對9.5%甲烷爆炸時(shí)間參數(shù)影響

進(jìn)一步地，圖9（b）和（c）展示了快速燃燒時(shí)間（Tb）和爆炸誘導(dǎo)時(shí)間（Tc）的變化。 在1.2 MPa噴塵壓力下，隨著噴塵質(zhì)量的增加，Tb和Tc時(shí)間的變化趨勢相似且發(fā)展時(shí)間較短。 這一結(jié)果表明，在此噴塵壓力下，磷酸二氫銨的分散狀況影響了其對爆炸初始發(fā)展階段的抑制效果，使得壓力上升速率并未顯著減緩。 相反，在0.6 MPa 的壓力下，噴射6 g 和9 g 磷酸二氫銨時(shí)，Tc時(shí)間較長，這表明在這些條件下，磷酸二氫銨的熱分解反應(yīng)較為充分，有效吸收了甲烷爆炸環(huán)境溫度，從而減緩了爆炸反應(yīng)速率。 在0.8 MPa 的噴塵壓力下，9 g 磷酸二氫銨的分散效果較好，增加了爆炸的快速燃燒時(shí)間，從而發(fā)揮出良好的抑爆作用。

綜上所述，噴塵壓力對磷酸二氫銨抑制9.5%甲烷爆炸的效果具有顯著影響。 隨著噴塵質(zhì)量的增加，爆炸壓力峰值在不同磷酸二氫銨質(zhì)量下表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，表明磷酸二氫銨在一定的噴塵壓力范圍內(nèi)能有效抑制爆炸。 特別是在0.8 MPa 的噴塵壓力下，噴射3 g、6 g 和9 g磷酸二氫銨時(shí)顯示出較好的抑爆效果，表現(xiàn)為較小的爆炸壓力峰值和較長的爆炸持續(xù)時(shí)間。 然而，在1.2 MPa 的噴塵壓力下，抑爆效果明顯減弱，即使在噴射最大質(zhì)量的磷酸二氫銨條件下，爆炸壓力峰值仍然較高。

4 結(jié)論

（1） 磷酸二氫銨的分散狀況受噴塵壓力的顯著影響。 對于3g 和6g 質(zhì)量的磷酸二氫銨，存在一個(gè)噴塵壓力的上限閾值。 當(dāng)噴塵壓力達(dá)到1.2MPa時(shí)，其分散狀況出現(xiàn)惡化。 相反，9 g 磷酸二氫銨在各噴塵壓力下能夠保持較為均勻的分散效果，特別是在0.8 MPa 的壓力下，其分散效果表現(xiàn)尤為優(yōu)異。

（2） 在0.8 MPa 噴塵壓力下，噴射3 g、6 g 和9 g 磷酸二氫銨都表現(xiàn)出較好的抑爆效果，即爆炸壓力峰值較小，爆炸指數(shù)最低，爆炸持續(xù)時(shí)間延長。 這表明在適中的噴塵壓力條件下，磷酸二氫銨的分散和抑爆效果均相對較好。 而在1.2 MPa噴塵壓力下，抑爆效果減弱，顯示出高壓力影響了其分散和抑爆效果。

（3） 噴塵壓力顯著影響磷酸二氫銨對9.5%甲烷爆炸的抑制效果。 隨著噴塵質(zhì)量增加，爆炸壓力峰值與爆炸指數(shù)在不同噴塵壓力下呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。 在1.2 MPa 壓力下，噴塵3 g 時(shí)到達(dá)爆炸壓力峰值時(shí)間最短，而在0.8 MPa 壓力下時(shí)間延長。 高噴塵壓力下，磷酸二氫銨對爆炸初始發(fā)展的抑制效果減弱。

（4） 本次實(shí)驗(yàn)是在60 L 定容燃燒彈進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)了磷酸二氫銨抑制甲烷爆炸的機(jī)理與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。 從實(shí)用角度，還需要考慮尺度效應(yīng)，需要在大尺度管道進(jìn)行進(jìn)一步模擬分析，加深理解和優(yōu)化磷酸二氫銨在實(shí)際礦井條件下的應(yīng)用。