一种空腔结构降低瓦斯爆炸冲击伤害的测试系统的制作方法

本发明涉及煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其是涉及一种空腔结构降低瓦斯爆炸冲击伤害的测试系统。

背景技术：

我国一次能源有着“富煤、贫油、少气”的特点，其中煤炭约占我国一次能源消费的70％。据预测，到2050年，煤炭占我国能源消费比例仍不小于50％，也就是说，在未来一定时间内，煤炭仍是我国起着支配和主导地位的核心能源。随着我国煤矿开采水平的不断进步以及随之而来的开采深度的不断增加，煤矿井下开采条件也越来越复杂，如采动地压、瓦斯压力、环境温度都会有不同程度增加，煤矿灾害事故(如冲击地压、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等)也伴随着时有发生。

瓦斯是在高温、高压条件下，在成煤的同时，由于物理和化学作用生成的无色、无味、无臭气体，其以游离态或吸附态存在于煤层中，并在煤矿开采煤炭过程中释放出来，涌向采掘空间。瓦斯爆炸是在煤炭开采过程中在极短时间内大量释放出来的瓦斯气体富集，达到爆炸极限范围5％～16％，在氧浓度达到12％以上时，遇到火源形成的高温高压冲击波，并沿着采掘空间向外传播，并伴有巨大声响，对巷道、支护、设备装置造成严重的破坏，同时造成大量的作业人员伤亡。据统计，建国以来煤矿死亡人数超过100人的灾害事故中，共死亡4172人，其中瓦斯爆炸导致的死亡人数为3424人，占比82.1％。可见，瓦斯爆炸是发生煤矿特大事故的主要原因，其严重制约着我国煤炭工业发展进程。所以，有必要开展降低瓦斯爆炸冲击伤害后果的研究，为瓦斯爆炸灾害事故防治、煤矿安全高效开采提供支持。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种空腔结构降低瓦斯爆炸冲击伤害的测试系统，其技术方案如下：

一种空腔结构降低瓦斯爆炸冲击伤害的测试系统，其包括管道、法兰盘、螺栓螺母、压力传感器、空腔结构、试验大鼠、电极、交流电源、真空泵、数字真空表、甲烷气瓶、空压机、循环泵、压气阀、吸气阀、进气阀、第一循环阀、第二循环阀、氧浓度检测仪、加速片、膜片、密封片、取样口、动态数据采集器、高速摄像仪和上位机；所述管道分为预混加速段和冲击传播段两部分；所述膜片位于预混加速段和冲击传播段之间，膜片为聚乙烯材料、厚度为0.5～2mm、直径比管道直径大1～3cm；所述电极位于预混加速段始端，电极由两根金属棒组成，一端连接交流电源，另一端连接熔丝；所述交流电源为24～48v交流电；所述真空泵经过数字真空表和吸气阀与预混加速段相连；所述甲烷气瓶经过进气阀与预混加速段相连；所述空压机经过压气阀与预混加速段相连；所述循环泵两侧分别经过第一循环阀和第二循环阀与预混加速段相连；所述加速片位于预混加速段内，加速片为圆环结构，内环直径为管道直径的1/3～3/4，外环直径等于管道直径；所述空腔结构为长方体内空结构，空腔结构宽度为管道直径的1.5～5倍，空腔结构高度等于管道直径，空腔结构长度为管道直径的1.5～5倍；所述压力传感器布置于空腔结构前、后对应的管道上，压力传感器连接于动态数据采集器，动态数据采集器连接于上位机；所述试验大鼠位于空腔结构后的管道内，与空腔结构的距离为管道直径的5～10倍，试验大鼠数量为4～8只；所述高速摄像仪架设于放置试验大鼠的管道一侧，并与上位机相连；所述取样口位于试验大鼠后的管道上部；所述密封片位于冲击传播段末端。

进一步，所述空腔结构在冲击传播段布置1～2个，其中，布置2个空腔结构时，要保证两个空腔结构之间的间距为管道直径的1.5～5倍。

进一步，所述试验大鼠放置位置处的管道为高强度有机玻璃管，其他位置管道为钢管。

进一步，所述试验大鼠在瓦斯爆炸后发生死亡的需要进行内耳和肺的显微观察；未发生死亡的需要分成两份，一份仍处于管道内观察30分钟至3小时，另一份则放置在低氧舱内观察30分钟至3小时，所述低氧舱与低氧瓶连接，所述低氧瓶为氧浓度8％～15％的空气瓶。

本发明的有益效果是：通过本发明可有效开展不同空腔结构以及不同空腔结构组合条件下瓦斯爆炸冲击伤害试验，并找到对应条件下瓦斯爆炸后气体成分变化规律、不同位置处压力变化规律；结合不同空腔结构或组合条件下瓦斯爆炸冲击伤害的演化规律，可以找到一种最大程度消减瓦斯爆炸冲击伤害的最佳空腔结构或其组合形式。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为加速片、膜片和密封片示意图。

图4为加速片实物图。

图5为空腔结构实物图。

图6为低氧瓶与低氧舱连接示意图。

其中：1-管道；2-法兰盘；3-螺栓螺母；4-压力传感器；5-空腔结构；6-试验大鼠；7-电极；8-交流电源；9-真空泵；10-数字真空表；11-甲烷气瓶；12-空压机；13-循环泵；14-压气阀；15-吸气阀；16-进气阀；17-第一循环阀；18-第二循环阀；19-氧浓度检测仪；20-加速片；21-膜片；22-密封片；23-动态数据采集器；24-高速摄像仪；25-上位机；26-取样口；31-低氧瓶；32-低氧舱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1和图2所示为本发明的实施例1和实施例2的统结构示意图，其中图1为单一空腔结构条件下的结构示意图、图2为空腔结构组合条件下的结构示意图。各实施例提供的空腔结构降低瓦斯爆炸冲击伤害的测试系统均包括管道1、法兰盘2、螺栓螺母3、压力传感器4、空腔结构5、试验大鼠6、电极7、交流电源8、真空泵9、数字真空表10、甲烷气瓶11、空压机12、循环泵13、压气阀14、吸气阀15、进气阀16、第一循环阀17、第二循环阀18、氧浓度检测仪19、加速片20、膜片21、密封片22(加速片、膜片和密封片示意图如图3所示)、取样口26、动态数据采集器23、高速摄像仪24和上位机25；所述管道1分为预混加速段和冲击传播段两部分；所述膜片21位于预混加速段和冲击传播段之间，膜片21为聚乙烯材料、厚度为0.5～2mm、直径比管道1直径大1～3cm；所述电极7位于预混加速段始端，电极7由两根金属棒组成，一端连接交流电源8，另一端连接熔丝；所述交流电源8为24～48v交流电；所述真空泵9经过数字真空表10和吸气阀15与预混加速段相连；所述甲烷气瓶11经过进气阀16与预混加速段相连；所述空压机12经过压气阀14与预混加速段相连；所述循环泵13两侧分别经过第一循环阀17和第二循环阀18与预混加速段相连；如图4所示，所述加速片20位于预混加速段内，加速片20为圆环结构，内环直径为管道1直径的1/3～3/4，外环直径等于管道1直径；如图5所示，所述空腔结构5为长方体内空结构，空腔结构5宽度为管道1直径的1.5～5倍，空腔结构5高度等于管道1直径，空腔结构5长度为管道1直径的1.5～5倍；所述压力传感器4布置于空腔结构5前、后对应的管道1上，压力传感器4连接于动态数据采集器23，动态数据采集器23连接于上位机25；所述试验大鼠6位于空腔结构5后的管道1内，试验大鼠6放置位置处的管道1为高强度有机玻璃管，其他位置管道为钢管，试验大鼠6与空腔结构5的距离为管道1直径的5～10倍，试验大鼠6数量为4～8只；且试验大鼠6在瓦斯爆炸后发生死亡的需要进行内耳和肺的显微观察，未发生死亡的需要分成两份，一份仍处于管道1内观察30分钟至3小时，另一份则放置在低氧舱32内观察30分钟至3小时，如图6所示，所述低氧舱32与低氧瓶31连接，所述低氧瓶31为氧浓度8％～15％的空气瓶；所述高速摄像仪24架设于放置试验大鼠6的管道1一侧，并与上位机25相连；所述取样口26位于试验大鼠6后的管道1上部；所述密封片22位于冲击传播段末端。

其中，对于实施例2，要保证两个空腔结构5之间的间距为管道1直径的1.5～5倍。

最后应当说明的是，以上所述仅是本发明的技术方案，而非对其保护范围作任何限制，凡是根据本发明技术方案进行的相关修改或等同替换，仍属于本发明技术方案的保护范围。