避难硐室防护密闭门关键技术的研究

摘要

目前，我国正在大力推广矿井安全避险“六大系统”的建设工作。紧急避险设施之一的避难硐室为不能及时逃生的避险人员，提供了一个安全可靠的避险空间。作为生命保障工程的第一道关键防线——避难硐室的防护密闭门，对于实现避难硐室抵抗爆炸冲击、气密防毒等工作性能，起着至关重要的作用。国内外关于避难硐室防护密闭门作为单独研究对象比较少。
　　本文以矿井紧急避险系统避难硐室防护密闭门为主要研究对象，采用理论分析、模拟仿真和试验验证的研究方法，对防护密闭门的抗冲击结构、密封性能和锁紧机构的关键技术进行了研究。本文主要进行了以下研究工作:
　　①通过理论分析，提出了一种弧形板加加强筋的避难硐室防护密闭门抗冲击结构。
　　②对比分析不同材质、截面的密封橡胶的静密封性能，通过实验获取选型密封橡胶胶条的最佳压缩率范围，并设计了密封结构。
　　③建立密封橡胶胶条预紧力与门闭锁锁紧力之间的关系，提出了防护密闭门齿轮传动锁紧机构。
　　④利用LS-DYNA动力有限元软件，模拟分析了在0.5MPa爆炸冲击载荷下，防护密闭门模型的力学响应，通过应力和位移等数值结果的分析，对防护密闭门抗冲击结构，以及爆炸过程中对密封结构的影响进行了综合评价。
　　⑤在大型模拟试验巷道，引爆体积为200m3、浓度为10％的瓦斯空气混合气体，对防护密闭门原理性样机进行了抗冲击性能试验，获取了爆炸冲击波压力—时间曲线，试验结果验证了防护密闭门能抵抗0.5MPa的正面冲击波压力。
　　⑥在爆炸试验前后，对防护密闭门原理性样机进行了密封性能试验，在500Pa±20Pa的压力下，密封试验结果验证了防护密闭门密封性能良好，证明了0.5MPa正面爆炸冲击波的作用后，防护密闭门密封性能未受影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 避难硐室防护密闭门概述

1．3 课题国内外研究现状

1．4 避难硐室防护密闭门关键技术

1．5 本论文的主要任务和内容

2 基础理论与方法

2．1 瓦斯爆炸冲击波理论

2．1．1 瓦斯爆炸冲击波发生机理

2．1．2 瓦斯爆炸冲击波的特征参量

2．2 ANSYS／LS-DYNA显示动力有限元理论基础

2．2．1 ANSYS／LS-DYNA算法基础理论

2．2．2 ANSYS／LS-DYNA基本分析流程

2．3 本章小结

3 防护密闭门关键技术研究

3．1 抗冲击结构的研究

3．1．1 弧形板与平面板的抗冲击性能力学分析

3．1．2 弧形板与平面板的抗冲击性能有限元分析

3．1．3 抗冲击结构设计

3．2 密封性能的研究

3．2．1 密封橡胶材质选择

3．2．2 不同截面密封胶条性能的研究

3．2．3 压缩率与泄漏率的关系研究

3．2．4 密封结构设计

3．3 锁紧机构的研究

3．3．1 预紧力分析

3．3．2 锁紧机构力学分析

3．3．3 锁紧机构设计

3．4 防护密闭门总体结构设计

3．5 本章小结

4 抗冲击结构的有限元分析

4．1 有限元分析流程

4．2 三维简化模型建立与分析

4．3 有限元分析前处理

4．4 求解及求解控制

4．5 应力、位移结果及分析

4．5．1 应力结果及分析

4．5．2 位移结果及分析

4．6 本章小结

5 试验验证及分析

5．1 抗冲击性能试验

5．1．1 试验依据与判定原则

5．1．2 试验系统组成

5．1．3 测点布置

5．1．4 试验步骤

5．1．5 试验结果及分析

5．2 密封性能试验

5．2．1 试验系统组成

5．2．2 试验结果及分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

附录