Gruv- och sprängämnesingenjörsforskare vid Missouri S&T började testa betongtätningar som används för att stänga kolgruvtunnlar denna månad genom att ladda en kanon med projektiler, skjuter dem på sälarna och testar deras inverkan. Forskningen kan bidra till att förbättra utformningen av sälar och hålla gruvarbetare säkra.

Dr Kyle Perry, Missouri S&T docent i gruvdrift och kärnteknik, är den främsta forskaren på projektet. Samarbetar med honom är Ethan Steward, en masterstudent i explosivteknik från Chelsea, South Dakota. Steward och Perry tillbringade cirka fem månader med att bygga den 8 fot långa kanonen de använder i studien.

"Vi började ladda kanonen med lätta saker som en gruvarbetare kan lämna efter sig, till exempel en hatt, vattenkanna och handverktyg, "säger Perry." Den hårda hatten och kannan gjorde ingenting mot sälarna, men handverktygen tog en bra bit ur betongen, och takplattorna satte ganska bra hål i tätningen. "

Forskarna använder tre olika kameror för att dokumentera vad som händer när kanonen skjuter projektilerna mot tätningarna. De saktar sedan ner videorna för att studera dem. De har en vanlig videokamera och två Go-Pros som kan komma närmare explosionen på grund av sin lilla storlek. Töjningsmätare på tätningarna berättar också vad tätningen upplever under varje sprängning.

"Videorna hjälper oss att berätta vilka objekt som påverkar först, "säger Perry." Vi kan börja relatera projektilen till den stam tätningen upplever. Det händer mycket och det finns rök, vilket gör det svårt att se ibland. "

Steward säger att tätningarna är klassade för att klara vissa trycknivåer, och designers vet vilket tryck de kan hantera under jorden. Men han säger att sälarna aldrig har testats tidigare för projektilpåverkan. De hoppas kunna lära sig hur betongtätningarna tål sprängningar från föremål som lämnats kvar i tunnlar som utrustning, hårda hattar, bitar av stål och verktyg.

"Det vi inte vet med säkerhet är om dessa projektiler kan skada tätningarna tillräckligt för att de ska misslyckas för det tryck de är klassade för, "säger Steward. Forskningen ska berätta för sälkonstruktörer om de behöver justera sina konstruktioner för att stärka tätningar för att klara stötar.

Strata Worldwide, en leverantör av gruvsäkerhetstjänster baserad i Atlanta, byggde två betongtätningar för projekttester-en design på 120 psi (pund per kvadrattum) och en design på 50 psi.

Perry säger att om en explosion händer i ett avstängt område i en gruva, tätningarna måste tåla trycket och alla projektiler som träffar det utan allvarliga skador eftersom det finns en risk för en andra explosion.

"Om ytterligare en explosion gör att tätningen misslyckas, som kan äventyra gruvarbetarna, "säger Perry." Jag är mer orolig för att träffa tätningen så hårt att den går sönder och spricker. "

Perry säger att en spräckt tätning kan läcka metan från de förseglade områdena och skapa en potentiellt explosiv miljö för gruvarbetare i aktiva gruvzoner. Forskarna hoppas kunna bestämma storleken och hastigheten som en projektil skulle behöva resa för att skada tätningen.

Testningen ska vara klar i slutet av året, och forskningen kommer att avslutas i april 2020.