[發(fā)明專利]一種空腔結(jié)構(gòu)降低瓦斯爆炸沖擊傷害的測(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710986041.6
• 申請(qǐng)日: 2017-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN107870075A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李重情;宮能平;穆朝民;石必明;劉健;田阿慧;王培龍;鄧杰;謝飛揚(yáng);時(shí)猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/08
• 分類號(hào): G01M7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦瓦斯災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其是涉及一種空腔結(jié)構(gòu)降低瓦斯爆炸沖擊傷害的測(cè)試方法。

背景技術(shù)

煤炭是目前世界上存儲(chǔ)量最大且分布最廣的一次能源，在我國(guó)煤炭約占一次能源消費(fèi)的70％。而且我國(guó)一次能源存在“富煤、貧油、少氣”的特點(diǎn)，據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年，煤炭占我國(guó)能源消費(fèi)比例仍不小于50％，也就是說，在未來一定時(shí)間內(nèi)，煤炭仍是我國(guó)起著支配和主導(dǎo)地位的核心能源。但是，我國(guó)95％的煤礦為井工開采，在國(guó)有724處重點(diǎn)煤礦中，其中高瓦斯礦井就有152處，占比21％，此外有的煤礦開采深度已經(jīng)達(dá)到-800m，且開采深度超過-1000m礦井也已經(jīng)達(dá)到20多對(duì)。隨著我國(guó)開采水平的發(fā)展以及開采深度的不斷增加，地質(zhì)構(gòu)造和開采條件也隨之越來越復(fù)雜，采動(dòng)地壓、瓦斯壓力、環(huán)境溫度也相應(yīng)增加，煤礦災(zāi)害事故如沖擊地壓、煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等也時(shí)有發(fā)生。瓦斯爆炸是在煤炭開采過程中在極短時(shí)間內(nèi)大量釋放出來的瓦斯氣體富集，達(dá)到爆炸極限范圍5％～16％，在氧濃度達(dá)到12％以上時(shí)，遇到火源形成的高溫高壓沖擊波，并沿著采掘空間向外傳播，并伴有巨大聲響，對(duì)巷道、支護(hù)、設(shè)備裝置造成嚴(yán)重的破壞，同時(shí)造成大量的作業(yè)人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2004年～2009年我國(guó)煤礦死亡人數(shù)超過50人的災(zāi)害事故統(tǒng)計(jì)中，其中由于瓦斯爆炸導(dǎo)致的死亡人數(shù)為1332人，占比78.8％。可見，瓦斯爆炸是發(fā)生煤礦特大事故的主要原因，其嚴(yán)重制約著我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展進(jìn)程。所以，有必要開展降低瓦斯爆炸沖擊傷害后果的研究，為瓦斯爆炸災(zāi)害事故防治、煤礦安全高效開采提供支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種空腔結(jié)構(gòu)降低瓦斯爆炸沖擊傷害的測(cè)試方法，其技術(shù)方案如下：

一種空腔結(jié)構(gòu)降低瓦斯爆炸沖擊傷害的測(cè)試方法，其包括：

(1)將管道、法蘭盤、螺栓螺母、壓力傳感器、空腔結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)大鼠、電極、交流電源、真空泵、數(shù)字真空表、甲烷氣瓶、空壓機(jī)、循環(huán)泵、壓氣閥、吸氣閥、進(jìn)氣閥、第一循環(huán)閥、第二循環(huán)閥、氧濃度檢測(cè)儀、加速片、膜片、密封片、取樣口、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器、高速攝像儀和上位機(jī)連接成試驗(yàn)系統(tǒng)；其中，所述膜片為聚乙烯材料、厚度為0.5～2mm、直徑比管道直徑大1～3cm，膜片將試驗(yàn)系統(tǒng)分成預(yù)混加速段和沖擊傳播段兩部分；所述空腔結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體內(nèi)空結(jié)構(gòu)，空腔結(jié)構(gòu)寬度為管道直徑的1.5～5倍，空腔結(jié)構(gòu)高度等于管道直徑，空腔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為管道直徑的1.5～5倍；所述試驗(yàn)大鼠的數(shù)量為4～8只；所述電極為兩根金屬棒，一端連接交流電源，另一端連接熔絲；所述交流電源為24～48V交流電；所述加速片為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)直徑為管道直徑的1/3～3/4，外環(huán)直徑等于管道直徑；

(2)按順序先后開啟壓氣閥和空壓機(jī)，保持吸氣閥、進(jìn)氣閥、第一循環(huán)閥和第二循環(huán)閥的關(guān)閉狀態(tài)，檢查預(yù)混加速段的氣密性，在確定預(yù)混加速段不漏氣后，按順序先后關(guān)閉空壓機(jī)和壓氣閥；

(3)開啟數(shù)字真空表和吸氣閥，保持壓氣閥、進(jìn)氣閥、第一循環(huán)閥和第二循環(huán)閥的關(guān)閉狀態(tài)，開啟真空泵對(duì)預(yù)混加速段進(jìn)行抽真空；在達(dá)到試驗(yàn)需要真空度后關(guān)閉真空泵，開啟進(jìn)氣閥和甲烷氣瓶進(jìn)行甲烷氣體配送，待充入試驗(yàn)所需體積分?jǐn)?shù)甲烷氣體后，按順序先后關(guān)閉甲烷氣瓶和進(jìn)氣閥；

(4)在開啟第一循環(huán)閥和第二循環(huán)閥后，開啟循環(huán)泵對(duì)預(yù)混加速段內(nèi)甲烷和空氣進(jìn)行預(yù)混攪拌，在循環(huán)泵工作10～20min后關(guān)閉循環(huán)泵，后再關(guān)閉第一循環(huán)閥和第二循環(huán)閥；在檢查預(yù)混加速段內(nèi)混合氣體處于大氣壓后，關(guān)閉吸氣閥和數(shù)字真空表；

(5)分別開啟動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器和高速攝像儀，在上位機(jī)中分別打開數(shù)據(jù)采集軟件和高速攝像軟件，設(shè)置壓力傳感器的觸發(fā)參數(shù)，同時(shí)將高速攝像儀設(shè)置為內(nèi)觸發(fā)，并使動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器和高速攝像儀處于采集待觸發(fā)狀態(tài)；

(6)保持壓氣閥、吸氣閥、進(jìn)氣閥、第一循環(huán)閥和第二循環(huán)閥的關(guān)閉狀態(tài)，開啟交流電源對(duì)電極進(jìn)行點(diǎn)火，在電極處發(fā)生爆炸，在沿沖擊傳播段進(jìn)行傳播的過程中觸發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行壓力信號(hào)采集以及高速攝像儀進(jìn)行圖像信息采集；上位機(jī)保存管道內(nèi)各位置的壓力傳感器和高速攝像儀采集的信息；同時(shí)從氧濃度檢測(cè)儀中讀取氧濃度數(shù)值；

(7)從取樣口取出10～100ml爆炸氣體進(jìn)行成分分析；

(8)取出死亡的試驗(yàn)大鼠進(jìn)行內(nèi)耳和肺的顯微觀察，記錄損傷情況；同時(shí)將未死亡的試驗(yàn)大鼠分成等數(shù)量的兩部分，第一部分仍處于管道內(nèi)，進(jìn)行30分鐘至3小時(shí)缺氧狀態(tài)下試驗(yàn)大鼠活動(dòng)和身體情況觀察，第二部分取出并放入低氧艙內(nèi)，進(jìn)行30分鐘至3小時(shí)低氧狀態(tài)下試驗(yàn)大鼠活動(dòng)和身體情況觀察；其中，低氧艙與低氧瓶連接，低氧瓶為氧濃度8％～15％的空氣瓶；