瓦斯爆炸對(duì)動(dòng)物損傷的試驗(yàn)研究
作者：中國(guó)礦業(yè)商務(wù)網(wǎng)
2008-12-15 00:00
來(lái)源：不詳
我國(guó)幾乎所有煤礦都是瓦斯礦井，其中大中型煤礦中高瓦斯礦井占20.34％，小型煤礦高瓦斯礦井占15％左右，在這些礦井中，瓦斯爆炸危險(xiǎn)普遍存在。在煤礦安全事故中瓦斯爆炸事故是經(jīng)濟(jì)損失最大、人員傷亡最多的事故，造成的社會(huì)影響也最大。僅2002年，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局安全日志上統(tǒng)計(jì)發(fā)生瓦斯爆炸傷亡事故共153起，占煤礦瓦斯災(zāi)害傷亡事故的47.1％，死亡1216人，占煤礦瓦斯災(zāi)害傷亡事故的71.4％?？梢?jiàn)，有效地防止瓦斯爆炸事故是改善我國(guó)煤礦安全狀況的重中之重。通過(guò)瓦斯爆炸事故研究，探討瓦斯爆炸對(duì)人體傷害機(jī)理，為采取措施防止和減少瓦斯爆炸對(duì)人員傷亡提供基礎(chǔ)依據(jù)。
1 試驗(yàn)條件
在直徑2000mm，長(zhǎng)29m的地面管道中進(jìn)行試驗(yàn)。安裝4個(gè)固態(tài)壓阻壓力傳感器（其中2個(gè)量程為0.1MPa、2個(gè)量程為0.2MPa）；3個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，傳感器采?2V AC電源供電，通過(guò)自制前置放大器接入測(cè)試系統(tǒng)；由1臺(tái)CIT-2MK紅外線溫度傳感器測(cè)量出口火焰溫度，測(cè)溫范圍400℃～2000℃。具體布置見(jiàn)圖1。
圖1 試驗(yàn)管道及傳感器安裝位置
圖1中，CH2、CH3、CH13CH9為壓力傳感器；CH16、CH8、CH14為火焰?zhèn)鞲衅鳎籆H10、CH15為溫度傳感器。
圖1中陰影部分為起爆室，采用牛皮紙封膜，體積18m3，放置動(dòng)物的鐵籠為鋼筋焊接而成，一次最多可裝入白兔20只或白鼠100只。用角鋼焊接固定在管道中，距出口3.5m處。數(shù)據(jù)采集采用GS20000動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)，共有16路數(shù)據(jù)采集通道。本試驗(yàn)使用8路通道，采樣率50K（50×103樣點(diǎn)/s），采樣長(zhǎng)度128K（128×1024樣點(diǎn)），總采樣時(shí)間為2.62s。
2 試驗(yàn)及結(jié)果
在起爆室充入適量瓦斯，使密封空間內(nèi)瓦斯?jié)舛燃s為9％，用2個(gè)引火藥頭（點(diǎn)爆能量約300mJ）引爆瓦斯。引爆同時(shí)，觸發(fā)采集系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)壓力、火焰和溫度數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)共進(jìn)行10次。所測(cè)壓力值、溫度值和觀察到的動(dòng)物損傷情況見(jiàn)表1。
表1 瓦斯爆炸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
由表1可見(jiàn)，10次試驗(yàn)所測(cè)壓力最大值為0.0496MPa，出口溫度最高為963.2℃。根據(jù)觀察結(jié)果，用于試驗(yàn)的兔子和白鼠均有部分當(dāng)場(chǎng)死亡，大部分癥狀表現(xiàn)為外部燒傷、呼吸困難、呼吸不均勻、骨折和內(nèi)臟破裂出血等，只有少數(shù)癥狀表現(xiàn)為輕度燒傷。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
根據(jù)觀察結(jié)果，不難看出爆炸產(chǎn)生沖擊波是導(dǎo)致動(dòng)物當(dāng)場(chǎng)死亡的主要原因。沖擊波是由于爆炸物在爆炸的瞬間產(chǎn)生高速高壓而形成，它作用于動(dòng)物身體全身多個(gè)器官損傷，同時(shí)又因高速氣流形成動(dòng)壓，使其跌倒受傷，甚至肢體斷離。由表1可見(jiàn)，超過(guò)正常大氣壓8％時(shí)白鼠無(wú)死亡，而當(dāng)超過(guò)正常大氣壓20％即有2只白鼠當(dāng)場(chǎng)死亡，說(shuō)明動(dòng)物承受動(dòng)壓的能力較弱。爆炸發(fā)生時(shí)還伴隨產(chǎn)生大量的高溫氣體和火焰，所測(cè)溫度幾乎都高達(dá)800℃以上，動(dòng)物灼傷嚴(yán)重，也是造成動(dòng)物死亡的一個(gè)重要原因。當(dāng)場(chǎng)未死亡而隨后死亡的動(dòng)物則是由于沖擊波造成其內(nèi)臟破裂和灼燒破壞呼吸道而導(dǎo)致動(dòng)物死亡的主要原因。
由于試驗(yàn)所用瓦斯量較少，而且一旦爆炸發(fā)生后就會(huì)形成敞開(kāi)空間，有足夠的氧氣，瓦斯幾乎全部參與反應(yīng)，因此試驗(yàn)動(dòng)物沒(méi)有出現(xiàn)CO中毒現(xiàn)象，主要是沖擊波和火焰對(duì)動(dòng)物造成的沖擊傷和燒傷。而由于裝動(dòng)物的籠子較小，動(dòng)物較多，因此造成動(dòng)物密度很大而使部分動(dòng)物尤其是躲在后面的白鼠幾乎沒(méi)有受到傷害。在實(shí)際煤礦井下，瓦斯爆炸時(shí)由于氧氣不足造成瓦斯的不完全反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生大量的CO有毒氣體，可使其濃度達(dá)到3％以上，而當(dāng)CO的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到6×10-4時(shí)，則可致人死亡，CO中毒是煤礦瓦斯爆炸造成人員死亡的一個(gè)重要原因。
當(dāng)然，爆炸沖擊波、燒傷也是煤礦瓦斯爆炸造成人員傷亡的主要因素。
在煤礦井下，現(xiàn)有的防隔爆產(chǎn)品一般都是隔爆水槽和隔爆水袋，它能夠有效地隔絕爆炸的傳播，特別是ZHM12型燃?xì)馐阶詣?dòng)滅火抑爆系統(tǒng)可安裝在易發(fā)生瓦斯爆炸的采掘工作面的采掘機(jī)械上，在爆炸發(fā)生的初期將其撲滅，最大限度地減少瓦斯爆炸壓力、火焰、有毒氣體危害，保護(hù)井下人員安全。
4 結(jié)語(yǔ)
1）瓦斯爆炸動(dòng)物損傷試驗(yàn)表明，在超過(guò)正常大氣壓8％時(shí)白鼠無(wú)死亡，而超過(guò)正常大氣壓20％時(shí)即有2只白鼠當(dāng)場(chǎng)死亡，可見(jiàn)動(dòng)物的承壓能力較弱。
2）爆炸產(chǎn)生的沖擊波是造成動(dòng)物死亡的主要原因，而伴隨產(chǎn)生的大量高溫氣體和火焰，使動(dòng)物灼傷嚴(yán)重，也是造成動(dòng)物死亡的一個(gè)重要原因。
3）由于試驗(yàn)用管道較短，且一旦爆炸即形成敞開(kāi)空間，瓦斯完全反應(yīng)，因此試驗(yàn)動(dòng)物無(wú)中毒現(xiàn)象。要進(jìn)行瓦斯爆炸后CO中毒試驗(yàn)，須重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置及條件，這也是下一步研究的工作。
1 試驗(yàn)條件
在直徑2000mm，長(zhǎng)29m的地面管道中進(jìn)行試驗(yàn)。安裝4個(gè)固態(tài)壓阻壓力傳感器（其中2個(gè)量程為0.1MPa、2個(gè)量程為0.2MPa）；3個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，傳感器采?2V AC電源供電，通過(guò)自制前置放大器接入測(cè)試系統(tǒng)；由1臺(tái)CIT-2MK紅外線溫度傳感器測(cè)量出口火焰溫度，測(cè)溫范圍400℃～2000℃。具體布置見(jiàn)圖1。
圖1 試驗(yàn)管道及傳感器安裝位置
圖1中，CH2、CH3、CH13CH9為壓力傳感器；CH16、CH8、CH14為火焰?zhèn)鞲衅鳎籆H10、CH15為溫度傳感器。
圖1中陰影部分為起爆室，采用牛皮紙封膜，體積18m3，放置動(dòng)物的鐵籠為鋼筋焊接而成，一次最多可裝入白兔20只或白鼠100只。用角鋼焊接固定在管道中，距出口3.5m處。數(shù)據(jù)采集采用GS20000動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)，共有16路數(shù)據(jù)采集通道。本試驗(yàn)使用8路通道，采樣率50K（50×103樣點(diǎn)/s），采樣長(zhǎng)度128K（128×1024樣點(diǎn)），總采樣時(shí)間為2.62s。
2 試驗(yàn)及結(jié)果
在起爆室充入適量瓦斯，使密封空間內(nèi)瓦斯?jié)舛燃s為9％，用2個(gè)引火藥頭（點(diǎn)爆能量約300mJ）引爆瓦斯。引爆同時(shí)，觸發(fā)采集系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)壓力、火焰和溫度數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)共進(jìn)行10次。所測(cè)壓力值、溫度值和觀察到的動(dòng)物損傷情況見(jiàn)表1。
表1 瓦斯爆炸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
次數(shù)
動(dòng)物旋轉(zhuǎn)處壓力/MPa
壓力峰值/MPa
溫度值
/℃
試驗(yàn)動(dòng)物及數(shù)量
試驗(yàn)后狀況
1
0.0384
848
64只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡2只，24h內(nèi)又死亡5只
2
0.024
0.0496
771.2
6只白兔
20只白鼠
兔子無(wú)死亡，白鼠均燒傷，有2只呼吸急促
3
0.0296
0.0488
822.4
50只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡2只，后共有一半死亡
4
0.0352
0.0352
796.8
74只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡5只
5
0.040
0.0496
822.4
9只兔子
當(dāng)場(chǎng)死亡4只，后共死亡7只
6
0.0336
0.04
848
7只兔子
16只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡2只兔子
7
0.032
0.0448
924.8
64只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡1只白鼠
8
0.0088
0.02
604.8
45只白鼠
無(wú)死亡
9
0.0384
0.0416
963.2
11只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡6只
10
0.0336
0.0368
924.8
34只白鼠
當(dāng)場(chǎng)死亡3只白鼠
由表1可見(jiàn)，10次試驗(yàn)所測(cè)壓力最大值為0.0496MPa，出口溫度最高為963.2℃。根據(jù)觀察結(jié)果，用于試驗(yàn)的兔子和白鼠均有部分當(dāng)場(chǎng)死亡，大部分癥狀表現(xiàn)為外部燒傷、呼吸困難、呼吸不均勻、骨折和內(nèi)臟破裂出血等，只有少數(shù)癥狀表現(xiàn)為輕度燒傷。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
根據(jù)觀察結(jié)果，不難看出爆炸產(chǎn)生沖擊波是導(dǎo)致動(dòng)物當(dāng)場(chǎng)死亡的主要原因。沖擊波是由于爆炸物在爆炸的瞬間產(chǎn)生高速高壓而形成，它作用于動(dòng)物身體全身多個(gè)器官損傷，同時(shí)又因高速氣流形成動(dòng)壓，使其跌倒受傷，甚至肢體斷離。由表1可見(jiàn)，超過(guò)正常大氣壓8％時(shí)白鼠無(wú)死亡，而當(dāng)超過(guò)正常大氣壓20％即有2只白鼠當(dāng)場(chǎng)死亡，說(shuō)明動(dòng)物承受動(dòng)壓的能力較弱。爆炸發(fā)生時(shí)還伴隨產(chǎn)生大量的高溫氣體和火焰，所測(cè)溫度幾乎都高達(dá)800℃以上，動(dòng)物灼傷嚴(yán)重，也是造成動(dòng)物死亡的一個(gè)重要原因。當(dāng)場(chǎng)未死亡而隨后死亡的動(dòng)物則是由于沖擊波造成其內(nèi)臟破裂和灼燒破壞呼吸道而導(dǎo)致動(dòng)物死亡的主要原因。
由于試驗(yàn)所用瓦斯量較少，而且一旦爆炸發(fā)生后就會(huì)形成敞開(kāi)空間，有足夠的氧氣，瓦斯幾乎全部參與反應(yīng)，因此試驗(yàn)動(dòng)物沒(méi)有出現(xiàn)CO中毒現(xiàn)象，主要是沖擊波和火焰對(duì)動(dòng)物造成的沖擊傷和燒傷。而由于裝動(dòng)物的籠子較小，動(dòng)物較多，因此造成動(dòng)物密度很大而使部分動(dòng)物尤其是躲在后面的白鼠幾乎沒(méi)有受到傷害。在實(shí)際煤礦井下，瓦斯爆炸時(shí)由于氧氣不足造成瓦斯的不完全反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生大量的CO有毒氣體，可使其濃度達(dá)到3％以上，而當(dāng)CO的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到6×10-4時(shí)，則可致人死亡，CO中毒是煤礦瓦斯爆炸造成人員死亡的一個(gè)重要原因。
當(dāng)然，爆炸沖擊波、燒傷也是煤礦瓦斯爆炸造成人員傷亡的主要因素。
在煤礦井下，現(xiàn)有的防隔爆產(chǎn)品一般都是隔爆水槽和隔爆水袋，它能夠有效地隔絕爆炸的傳播，特別是ZHM12型燃?xì)馐阶詣?dòng)滅火抑爆系統(tǒng)可安裝在易發(fā)生瓦斯爆炸的采掘工作面的采掘機(jī)械上，在爆炸發(fā)生的初期將其撲滅，最大限度地減少瓦斯爆炸壓力、火焰、有毒氣體危害，保護(hù)井下人員安全。
4 結(jié)語(yǔ)
1）瓦斯爆炸動(dòng)物損傷試驗(yàn)表明，在超過(guò)正常大氣壓8％時(shí)白鼠無(wú)死亡，而超過(guò)正常大氣壓20％時(shí)即有2只白鼠當(dāng)場(chǎng)死亡，可見(jiàn)動(dòng)物的承壓能力較弱。
2）爆炸產(chǎn)生的沖擊波是造成動(dòng)物死亡的主要原因，而伴隨產(chǎn)生的大量高溫氣體和火焰，使動(dòng)物灼傷嚴(yán)重，也是造成動(dòng)物死亡的一個(gè)重要原因。
3）由于試驗(yàn)用管道較短，且一旦爆炸即形成敞開(kāi)空間，瓦斯完全反應(yīng)，因此試驗(yàn)動(dòng)物無(wú)中毒現(xiàn)象。要進(jìn)行瓦斯爆炸后CO中毒試驗(yàn)，須重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置及條件，這也是下一步研究的工作。
