一种煤矿井下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其是涉及一种煤矿井下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验方法。

背景技术：

我国煤矿开采以井工开采为主，随着开采的深度不断增加，高瓦斯压力、高地应力问题不断涌现，其中比较典型的问题就是瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出。瓦斯爆炸作为主要煤矿灾害之一，其会导致巷道、支护、设备装置的严重破坏，以及大量的人员伤亡。据统计，建国以来煤矿死亡人数超过100人的灾害事故统计表，由于瓦斯爆炸导致的死亡人数约占82％。人的安全与健康是煤矿安全工作的首要出发点和根本点，如何减少瓦斯灾害事故对作业人员带来的伤亡是一直以来煤矿安全工作的重心。为此，有必要开展瓦斯爆炸对人体伤害深入研究，为瓦斯爆炸防治提供支持。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验方法。具体技术方案如下：

一种煤矿井下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验方法，其包括：

(1)将管道、法兰盘、螺栓螺母、压力传感器、温度传感器、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、障碍片、膜片、密封片、分隔片、动态数据采集器、高速摄像仪、上位机和取样口连接成试验系统；其中，所述膜片为聚乙烯材料、厚度为0.5～2mm、直径比管道直径大1～3cm，膜片将试验系统分成预混加速段和冲击传播段两部分，且预混加速段的管道为钢管，冲击传播段的管道为高强度有机玻璃管；所述试验大鼠的数量为4～8只；所述电极为两根金属棒，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；所述障碍片为圆环铁盘，圆环铁盘内径为管道直径1/3～1/2；

(2)按顺序先后开启压气阀和空压机，保持吸气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，检查预混加速段的气密性，在确定预混加速段不漏气后，按顺序先后关闭空压机和压气阀；

(3)开启数字真空表和吸气阀，保持压气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，开启真空泵对预混加速段进行抽真空；在达到试验需要真空度后关闭真空泵，开启进气阀和甲烷气瓶进行甲烷气体配送，待充入试验所需体积分数甲烷气体后，按顺序先后关闭甲烷气瓶和进气阀；

(4)在开启第一循环阀和第二循环阀后，开启循环泵对预混加速段内甲烷和空气进行预混搅拌，在循环泵工作10～20min后关闭循环泵，后再关闭第一循环阀和第二循环阀；在检查预混加速段内混合气体处于大气压后，关闭吸气阀和数字真空表；

(5)分别开启动态数据采集器和高速摄像仪，在上位机中分别打开数据采集软件和高速摄像软件，设置压力传感器和温度传感器的触发参数，同时将高速摄像仪设置为内触发，并使动态数据采集器和高速摄像仪处于采集待触发状态；

(6)保持压气阀、吸气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，开启交流电源对电极进行点火，在电极处发生爆炸，在沿冲击传播段进行传播的过程中触发动态数据采集器进行压力信号和温度信号采集以及高速摄像仪进行图像信息采集；上位机保存管道内各位置的压力传感器、温度传感器和高速摄像仪采集的信息；同时从氧浓度检测仪中读取氧浓度数值；

(7)从取样口取出10～100ml爆炸气体进行成分分析；

(8)取出死亡的试验大鼠进行内耳和肺的显微观察，记录损伤情况；同时将未死亡的试验大鼠分成等数量的两部分，第一部分仍处于管道内，进行30分钟至3小时缺氧状态下试验大鼠活动和身体情况观察，第二部分取出并放入低氧舱内，进行30分钟至3小时低氧状态下试验大鼠活动和身体情况观察；其中，所述低氧舱与低氧瓶连接，低氧瓶为氧浓度8％～15％的空气瓶；

(9)取出管道内试验大鼠，保持吸气阀、进气阀、第一循环阀和第二循环阀的关闭状态，按顺序先后开启压气阀和空压机，对成预混加速段和冲击传播段进行正压吹扫，去除内部废气，20～30min后按顺序先后关闭空压机和压气阀；

(10)更换膜片和电极之间的熔丝、放入新一批试验大鼠按(2)～(9)，分别开展在预混加速段内设置障碍片1片、2片和3片条件下瓦斯爆炸冲击伤试验；

(11)通过对上位机内保存的压力、温度和图像信息，以及采集的氧浓度信息和试验大鼠观察信息进行分析和处理，找到单一管网、不同强度瓦斯爆炸条件下爆炸后气体成分变化规律、导致冲击伤强弱变化规律以及对动物损伤分布情况和靶器官损伤特征。

进一步，通过取下分隔片可以开展分叉管网条件下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验。

本发明的有益效果是：通过本发明可开展不同管网条件下、不同瓦斯爆炸强度下瓦斯爆炸冲击伤试验，并找到煤矿井下巷道空气组分变化规律、瓦斯爆炸冲击伤害变化规律，以及对人体不同器官的伤害差异、冲击伤靶器官和伤害阈值。

附图说明

图1为本发明的试验系统结构示意图。

图2为障碍片、膜片、密封片和分隔片示意图。

图3为障碍片实物图。

图4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-温度传感器；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-障碍片；21-膜片；22-密封片；23-分隔片；24-动态数据采集器；25-高速摄像仪；26-上位机；27-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。

作为实施例，一种煤矿井下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验方法，其包括：

(1)如图1所示，将管道1、法兰盘2、螺栓螺母3、压力传感器4、温度传感器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、障碍片20、膜片21、密封片22、分隔片23、动态数据采集器24、高速摄像仪25、上位机26和取样口27连接成试验系统；其中，障碍片、膜片、密封片和分隔片示意图如图2所示，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，膜片21将试验系统分成预混加速段和冲击传播段两部分，且预混加速段的管道1为钢管，冲击传播段的管道1为高强度有机玻璃管；试验大鼠6的数量为4～8只；电极7为两根金属棒，一端连接交流电源8，另一端连接熔丝；交流电源8为24～48v交流电；如图3所示，障碍片21为圆环铁盘，圆环铁盘内径为管道1直径1/3～1/2；

(2)按顺序先后开启压气阀14和空压机12，保持吸气阀15、进气阀16、第一循环阀17和第二循环阀18的关闭状态，检查预混加速段的气密性，在确定预混加速段不漏气后，按顺序先后关闭空压机12和压气阀14；

(3)开启数字真空表10和吸气阀15，保持压气阀14、进气阀16、第一循环阀17和第二循环阀18的关闭状态，开启真空泵9对预混加速段进行抽真空；在达到试验需要真空度后关闭真空泵9，开启进气阀16和甲烷气瓶11进行甲烷气体配送，待充入试验所需体积分数甲烷气体后，按顺序先后关闭甲烷气瓶11和进气阀16；

(4)在开启第一循环阀17和第二循环阀18后，开启循环泵13对预混加速段内甲烷和空气进行预混搅拌，在循环泵13工作10～20min后关闭循环泵13，后再关闭第一循环阀17和第二循环阀18；在检查预混加速段内混合气体处于大气压后，关闭吸气阀15和数字真空表10；

(5)分别开启动态数据采集器24和高速摄像仪25，在上位机26中分别打开数据采集软件和高速摄像软件，设置压力传感器4和温度传感器5的触发参数，同时将高速摄像仪25设置为内触发，并使动态数据采集器24和高速摄像仪25处于采集待触发状态；

(6)保持压气阀14、吸气阀15、进气阀16、第一循环阀17和第二循环阀18的关闭状态，开启交流电源8对电极7进行点火，在电极7处发生爆炸，在沿冲击传播段进行传播的过程中触发动态数据采集器24进行压力信号和温度信号采集以及高速摄像仪25进行图像信息采集；上位机26保存管道内各位置的压力传感器4、温度传感器5和高速摄像仪25采集的信息；同时从氧浓度检测仪19中读取氧浓度数值；

(7)从取样口27取出10～100ml爆炸气体进行成分分析；

(8)取出死亡的试验大鼠6进行内耳和肺的显微观察，记录损伤情况；同时将未死亡的试验大鼠6分成等数量的两部分，第一部分仍处于管道内，进行30分钟至3小时缺氧状态下试验大鼠6活动和身体情况观察，第二部分取出并放入低氧舱32内，进行30分钟至3小时低氧状态下试验大鼠6活动和身体情况观察；其中，如图4所示，低氧舱32与低氧瓶31连接，低氧瓶31为氧浓度8％～15％的空气瓶；

(9)取出管道内试验大鼠6，保持吸气阀15、进气阀16、第一循环阀17和第二循环阀18的关闭状态，按顺序先后开启压气阀14和空压机12，对成预混加速段和冲击传播段进行正压吹扫，去除内部废气，20～30min后按顺序先后关闭空压机12和压气阀14；

(10)更换膜片21和电极7之间的熔丝、放入新一批试验大鼠6按(2)～(9)，分别开展在预混加速段内设置障碍片1片、2片和3片条件下瓦斯爆炸冲击伤试验；

(11)通过对上位机26内保存的压力、温度和图像信息，以及采集的氧浓度信息和试验大鼠6观察信息进行分析和处理，找到单一管网、不同强度瓦斯爆炸条件下爆炸后气体成分变化规律、导致冲击伤强弱变化规律以及对动物损伤分布情况和靶器官损伤特征。

接下来，通过取下分隔片23可以开展分叉管网条件下不同强度瓦斯爆炸冲击伤试验。

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，凡是本领域的技术人员根据本发明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。