煤矿安全之纳米冷气溶胶防火防爆剂的效能

随着社会和经济的发展，人们越来越重视安全问题。防火防爆是煤矿安全管理的一个重要方面。目前防止瓦斯煤尘爆炸的主要方法是检测炸药含量，但很少考虑消除爆炸。因为爆炸和燃烧的本质是一样的，都是氧化还原反应和链式反应机理，防火防爆的原理也是一样的。针对煤炭等行业的火灾爆炸问题，提出了防火防爆冷气溶胶，并对其性能和作用进行了理论分析。
1防火防爆剂的主要性能
与灭火不同，防火防爆剂的原理只是一种压制方法。用于防火的地方已经存在可燃物和空气体，并且已经混合，不能使用隔离法和窒息法；防火时没有灾害，温度不高，不会超过燃点，不需要冷却到燃点以下。
抑制剂可以防止燃烧和爆炸。当外部火源加热分解可燃物质产生自由基时，如果自由基与抑制剂发生反应并被捕获，连锁反应的功能就会丧失，连锁反应终止，燃烧反应无法进行，从而达到阻止燃烧的效果。
这种防火防爆剂应具备以下主要性能:
(1)可持续性。场所的危险有时是短期的，比如易燃物质的意外泄漏；有时存在时间较长，如粉状可燃材料和含能材料的生产车间。悬浮物总是存在的。喷洒防火剂后，被保护的场所应有一个有效的保护期，并有一定的时间间隔。用于易燃物质泄漏的防火防爆剂的有效保护期不需要太长，能够满足处理泄漏所需的时间。在长期存在危险的场所，防火防爆的有效保护期应更长。因此，防火防爆剂应是连续的。
(2)抑制。防火防爆剂的能力是捕捉燃烧链式反应中的自由基，抑制燃烧链式反应的传递。如果自由链式反应被俘获，就无法继续，燃烧或爆炸就无法发生。
(3)绝缘。被灭火剂保护的地方设备需要正常运行，如果喷洒的灭火剂绝缘性差，设备就很难正常运行。
(4)腐蚀性低。如果防火防爆剂具有腐蚀性，其使用会降低设备的使用寿命，给企业造成损失，所以防火防爆剂必须是低腐蚀性或无腐蚀性的。
(5)无毒性。防爆剂必须对人畜无毒，对环境无污染。
此外，防火防爆剂作为一种产品，还应具有良好的流动性、防结块性和良好的稳定性。
2纳米冷气溶胶防火防爆剂性能分析
纳米冷气溶胶防火防爆剂是由纳米粒子组成的防火防爆剂，以惰性气体为动力，喷出后能形成气溶胶。分析这种气溶胶的有效性，要从冷气溶胶的作用和地位说起。
2.1冷气溶胶的作用和地位
哈龙系列灭火剂将于2005年在我国退出历史舞台，原因是大气臭氧层遭到破坏。近年来，哈龙灭火剂替代品的发展如火如荼，而在众多类型的替代品中，冷气溶胶灭火剂以其优异的性能和低廉的价格备受关注。冷气溶胶灭火剂是灭火剂干粉溶解的水溶液，经喷雾干燥制成3μm左右的超细粉末，再与分散剂、防潮剂、抗静电剂、流动剂等添加剂混合而成。密封存储。使用时，以加压气体为动力，喷射气溶胶，形成完全淹没的火焰，能迅速灭火。克服了热气溶胶灭火剂燃烧时火焰喷射和产生有毒气体的缺点，对环境无不良影响。众所周知，同类型干粉灭火剂的灭火效率和颗粒是普通干粉灭火颗粒的十分之几，其单位质量灭火效率是普通干粉的6-10倍，是哈龙灭火剂的4-6倍，灭火效率超过热气溶胶。
2.2纳米冷气溶胶防火防爆剂功效分析
纳米冷气溶胶的颗粒比上述冷气溶胶的颗粒小。在纳米粒子尺寸范围内，粒子有一些特殊性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、长期保修理论等。我们从以下几个方面来阐述。
(1)纳米感冒气雾剂具有良好的稳定性。气溶胶的稳定性与胶体颗粒的粒径有关。斯托克斯通过实验发现，当球形粒子在静态空气体中下落时，其下落速度会很快达到一个稳定值，该值称为极限沉降速度。粒径为100nm的气溶胶胶体粒子的极限沉降速度为7.3 cm/d，纳米粒子粒径小，沉降慢，气溶胶稳定性好，作为防火防爆剂有效保护时间长，性能优于微米粒子。
(2)纳米颗粒具有很强的吸附性。颗粒的吸附能力与比表面积有关，比表面积越大，颗粒的吸附能力越强。纳米粒径比微米粒径小1000倍，所以吸附能力一定很强。吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附没有选择性，化学吸附有选择性。理论上可以制造出可以选择性吸附自由基的纳米粒子，从而具有部分捕获自由基的能力。
(3)纳米粒子具有很强的化学反应能力。当颗粒尺寸下降到纳米级，一个颗粒含有十几个或几十个分子，断键数量突然增加，化学活性增强，这就是小尺寸效应的表现之一。此外，对于纳米颗粒，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，能级之间的距离随着颗粒尺寸的减小而增大。会出现异常比热、谱线红移、催化活性与原子数的奇妙关系等一系列异常特征，在一定程度上表现出量子效应。可以肯定的是，纳米粒子具有很强的化学反应性，通过选择不同的材料和晶态可以达到捕捉自由基的目的。
(4)纳米颗粒灭火效率高。干粉颗粒与激活的发射器碰撞，吸收其能量，使其失活，并灭火。
研制成功的冷气溶胶平均粒径为3μm，灭火效率是哈龙灭火剂的4 ~ 6倍。如果使用平均粒径为100nm的冷气溶胶，理论计算表明其灭火效率是微米冷气溶胶的30倍。
(5)纳米冷气溶胶、热气溶胶、细水雾、CO2和灭火剂作为防火防爆剂的性能比较。在现有的消防产品中，近年来发展起来的CO2灭火剂和细水雾灭火剂均可作为防火防爆剂，但其防火防爆性能各不相同。CO2不导电，无腐蚀性，其防爆机理是降低氧含量。我们知道H2和C2H2燃烧的最小氧含量分别是5.9%和3.7%。H2和C2H2的燃烧和爆炸危险只有在CO2用量大于填充的空的3.6倍和5.7倍时才能消除，这是不经济的，人们进入这个区域也不方便，不利于工作。细水雾虽然成本低，但绝缘性差，有效作用时间短，使用场所有限。当产生热气溶胶时，喷射火焰会引起可燃气体的爆炸，因此不能用作防火防爆剂。而纳米冷气溶胶没有上述灭火剂的弱点，具有优越的防火防爆性能。
(6)气溶胶的消除。虽然纳米气溶胶无毒，对环境无污染，但当人们在没有防护的情况下进入这个地方，灰尘颗粒会被吸入肺部，对人体健康有害。可以通过吹空气或喷水雾的方式消除气溶胶，也可以通过佩戴湿式口罩保护进入气溶胶场所的人员来基本消除气溶胶的影响。