瓦斯爆炸對動物損傷的試驗研究
作者：中國礦業商務網
2008-12-15 00:00
來源：不詳
我國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，瓦斯爆炸危險普遍存在。在煤礦安全事故中瓦斯爆炸事故是經濟損失最大、人員傷亡最多的事故，造成的社會影響也最大。僅2002年，國家煤礦安全監察局安全日志上統計發生瓦斯爆炸傷亡事故共153起，占煤礦瓦斯災害傷亡事故的47.1％，死亡1216人，占煤礦瓦斯災害傷亡事故的71.4％。可見，有效地防止瓦斯爆炸事故是改善我國煤礦安全狀況的重中之重。通過瓦斯爆炸事故研究，探討瓦斯爆炸對人體傷害機理，為采取措施防止和減少瓦斯爆炸對人員傷亡提供基礎依據。
1 試驗條件
在直徑2000mm，長29m的地面管道中進行試驗。安裝4個固態壓阻壓力傳感器（其中2個量程為0.1MPa、2個量程為0.2MPa）；3個火焰傳感器，傳感器采用12V AC電源供電，通過自制前置放大器接入測試系統；由1臺CIT-2MK紅外線溫度傳感器測量出口火焰溫度，測溫范圍400℃～2000℃。具體布置見圖1。
圖1 試驗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為火焰傳感器；CH10、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。數據采集采用GS20000動態測試分析系統，共有16路數據采集通道。本試驗使用8路通道，采樣率50K（50×103樣點/s），采樣長度128K（128×1024樣點），總采樣時間為2.62s。
2 試驗及結果
在起爆室充入適量瓦斯，使密封空間內瓦斯濃度約為9％，用2個引火藥頭（點爆能量約300mJ）引爆瓦斯。引爆同時，觸發采集系統，進行實時壓力、火焰和溫度數據采集，試驗共進行10次。所測壓力值、溫度值和觀察到的動物損傷情況見表1。
表1 瓦斯爆炸試驗數據表
由表1可見，10次試驗所測壓力最大值為0.0496MPa，出口溫度最高為963.2℃。根據觀察結果，用于試驗的兔子和白鼠均有部分當場死亡，大部分癥狀表現為外部燒傷、呼吸困難、呼吸不均勻、骨折和內臟破裂出血等，只有少數癥狀表現為輕度燒傷。
3 試驗結果分析
根據觀察結果，不難看出爆炸產生沖擊波是導致動物當場死亡的主要原因。沖擊波是由于爆炸物在爆炸的瞬間產生高速高壓而形成，它作用于動物身體全身多個器官損傷，同時又因高速氣流形成動壓，使其跌倒受傷，甚至肢體斷離。由表1可見，超過正常大氣壓8％時白鼠無死亡，而當超過正常大氣壓20％即有2只白鼠當場死亡，說明動物承受動壓的能力較弱。爆炸發生時還伴隨產生大量的高溫氣體和火焰，所測溫度幾乎都高達800℃以上，動物灼傷嚴重，也是造成動物死亡的一個重要原因。當場未死亡而隨后死亡的動物則是由于沖擊波造成其內臟破裂和灼燒破壞呼吸道而導致動物死亡的主要原因。
由于試驗所用瓦斯量較少，而且一旦爆炸發生后就會形成敞開空間，有足夠的氧氣，瓦斯幾乎全部參與反應，因此試驗動物沒有出現CO中毒現象，主要是沖擊波和火焰對動物造成的沖擊傷和燒傷。而由于裝動物的籠子較小，動物較多，因此造成動物密度很大而使部分動物尤其是躲在后面的白鼠幾乎沒有受到傷害。在實際煤礦井下，瓦斯爆炸時由于氧氣不足造成瓦斯的不完全反應，會產生大量的CO有毒氣體，可使其濃度達到3％以上，而當CO的體積分數達到6×10-4時，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重要原因。
當然，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，現有的防隔爆產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型燃氣式自動滅火抑爆系統可安裝在易發生瓦斯爆炸的采掘工作面的采掘機械上，在爆炸發生的初期將其撲滅，最大限度地減少瓦斯爆炸壓力、火焰、有毒氣體危害，保護井下人員安全。
4 結語
1）瓦斯爆炸動物損傷試驗表明，在超過正常大氣壓8％時白鼠無死亡，而超過正常大氣壓20％時即有2只白鼠當場死亡，可見動物的承壓能力較弱。
2）爆炸產生的沖擊波是造成動物死亡的主要原因，而伴隨產生的大量高溫氣體和火焰，使動物灼傷嚴重，也是造成動物死亡的一個重要原因。
3）由于試驗用管道較短，且一旦爆炸即形成敞開空間，瓦斯完全反應，因此試驗動物無中毒現象。要進行瓦斯爆炸后CO中毒試驗，須重新設計試驗裝置及條件，這也是下一步研究的工作。
1 試驗條件
在直徑2000mm，長29m的地面管道中進行試驗。安裝4個固態壓阻壓力傳感器（其中2個量程為0.1MPa、2個量程為0.2MPa）；3個火焰傳感器，傳感器采用12V AC電源供電，通過自制前置放大器接入測試系統；由1臺CIT-2MK紅外線溫度傳感器測量出口火焰溫度，測溫范圍400℃～2000℃。具體布置見圖1。
圖1 試驗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為火焰傳感器；CH10、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。數據采集采用GS20000動態測試分析系統，共有16路數據采集通道。本試驗使用8路通道，采樣率50K（50×103樣點/s），采樣長度128K（128×1024樣點），總采樣時間為2.62s。
2 試驗及結果
在起爆室充入適量瓦斯，使密封空間內瓦斯濃度約為9％，用2個引火藥頭（點爆能量約300mJ）引爆瓦斯。引爆同時，觸發采集系統，進行實時壓力、火焰和溫度數據采集，試驗共進行10次。所測壓力值、溫度值和觀察到的動物損傷情況見表1。
表1 瓦斯爆炸試驗數據表
次數
動物旋轉處壓力/MPa
壓力峰值/MPa
溫度值
/℃
試驗動物及數量
試驗后狀況
1
0.0384
848
64只白鼠
當場死亡2只，24h內又死亡5只
2
0.024
0.0496
771.2
6只白兔
20只白鼠
兔子無死亡，白鼠均燒傷，有2只呼吸急促
3
0.0296
0.0488
822.4
50只白鼠
當場死亡2只，后共有一半死亡
4
0.0352
0.0352
796.8
74只白鼠
當場死亡5只
5
0.040
0.0496
822.4
9只兔子
當場死亡4只，后共死亡7只
6
0.0336
0.04
848
7只兔子
16只白鼠
當場死亡2只兔子
7
0.032
0.0448
924.8
64只白鼠
當場死亡1只白鼠
8
0.0088
0.02
604.8
45只白鼠
無死亡
9
0.0384
0.0416
963.2
11只白鼠
當場死亡6只
10
0.0336
0.0368
924.8
34只白鼠
當場死亡3只白鼠
由表1可見，10次試驗所測壓力最大值為0.0496MPa，出口溫度最高為963.2℃。根據觀察結果，用于試驗的兔子和白鼠均有部分當場死亡，大部分癥狀表現為外部燒傷、呼吸困難、呼吸不均勻、骨折和內臟破裂出血等，只有少數癥狀表現為輕度燒傷。
3 試驗結果分析
根據觀察結果，不難看出爆炸產生沖擊波是導致動物當場死亡的主要原因。沖擊波是由于爆炸物在爆炸的瞬間產生高速高壓而形成，它作用于動物身體全身多個器官損傷，同時又因高速氣流形成動壓，使其跌倒受傷，甚至肢體斷離。由表1可見，超過正常大氣壓8％時白鼠無死亡，而當超過正常大氣壓20％即有2只白鼠當場死亡，說明動物承受動壓的能力較弱。爆炸發生時還伴隨產生大量的高溫氣體和火焰，所測溫度幾乎都高達800℃以上，動物灼傷嚴重，也是造成動物死亡的一個重要原因。當場未死亡而隨后死亡的動物則是由于沖擊波造成其內臟破裂和灼燒破壞呼吸道而導致動物死亡的主要原因。
由于試驗所用瓦斯量較少，而且一旦爆炸發生后就會形成敞開空間，有足夠的氧氣，瓦斯幾乎全部參與反應，因此試驗動物沒有出現CO中毒現象，主要是沖擊波和火焰對動物造成的沖擊傷和燒傷。而由于裝動物的籠子較小，動物較多，因此造成動物密度很大而使部分動物尤其是躲在后面的白鼠幾乎沒有受到傷害。在實際煤礦井下，瓦斯爆炸時由于氧氣不足造成瓦斯的不完全反應，會產生大量的CO有毒氣體，可使其濃度達到3％以上，而當CO的體積分數達到6×10-4時，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重要原因。
當然，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，現有的防隔爆產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型燃氣式自動滅火抑爆系統可安裝在易發生瓦斯爆炸的采掘工作面的采掘機械上，在爆炸發生的初期將其撲滅，最大限度地減少瓦斯爆炸壓力、火焰、有毒氣體危害，保護井下人員安全。
4 結語
1）瓦斯爆炸動物損傷試驗表明，在超過正常大氣壓8％時白鼠無死亡，而超過正常大氣壓20％時即有2只白鼠當場死亡，可見動物的承壓能力較弱。
2）爆炸產生的沖擊波是造成動物死亡的主要原因，而伴隨產生的大量高溫氣體和火焰，使動物灼傷嚴重，也是造成動物死亡的一個重要原因。
3）由于試驗用管道較短，且一旦爆炸即形成敞開空間，瓦斯完全反應，因此試驗動物無中毒現象。要進行瓦斯爆炸后CO中毒試驗，須重新設計試驗裝置及條件，這也是下一步研究的工作。
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