矿用可移动式救生舱隔热性能研究与试验

根据救生舱舱体结构,构建舱体隔热层填充材料隔热性能测定系统;利用该系统,分别测定了硅酸铝针刺毯、复合硅酸盐毡和膨胀蛭石粉自身的隔热性能;结合舱体结构特点,制作救生舱模拟结构层;在钢板内侧粘贴铝箔,构建双层防护隔热结构;测定结果表明复合硅酸盐毡最适合作为救生舱隔热层的填充材料;利用修正函数计算出复合硅酸盐毡的厚度为100mm,对该厚度材料的隔热性能进行测定,试验结果证明其可行。     

防火型家用救生舱舱体热环境与结构优化研究

为优化防火型家用救生舱舱体隔热设计,提出了适用于火灾工况的多重绝热结构设计方法,采用数值模拟和实验的方法研究了防火型家用救生舱舱体的温度分布,分析了12种不同围护结构形式下舱体的绝热保温性能,获得多重绝热结构的最优厚度及绝热材料的最优配比。研究成果可为防火型家用救生舱的隔热设计提供一定的理论支撑和工程设计参考。     

扩展卡尔曼滤波算法在矿用救生舱舱内气体浓度测控中的应用

为有效控制矿用移动式救生舱内气体浓度,确保救生舱内环境质量,保障舱内人员生命安全;根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》的指标要求,采用扩展卡尔曼滤波方法对救生舱舱内气体参数的变化过程进行辨识,得出舱内气体浓度的状态空间模型,并应用迭代优化控制方法对气体浓度进行控制调节;在矿用救生舱模型和现场样机中分别进行了模拟和现场试验。结果表明,测控系统能有效控制救生舱舱内气体浓度进行,满足各项指标要求,且具有较好的鲁棒性。     

有限元数值模拟在巷道掘进中的应用研究

利用有限元分析进行数值模拟井下巷道分步开挖，对巷道应力、位移、应变进行了分析，改善了应力分布，有效减少了瓦斯涌出。本文利用数值模拟分步开挖并应用于实践，通过现场试验论证得出合理的分步开挖顺序改变了岩石应力集中，减少了瓦斯涌出量。     

救生舱高温环境的传热研究

为提高救生舱热防护能力,延长救援时间,在空载状态下救生舱热载荷研究的基础上,提出救援状态下救生舱外部传热热负荷的量化方法。已知救援状态下救生舱内、外温度随时间变化曲线,拟合温度函数。依据温度变化特点划分区间,积分求取各区间上温度平均值,计算温差,由传热方程计算救援状态下救生舱的热载荷。以某型号救生舱载人综合防护试验为例,根据模拟灾变环境的温度变化特点,运用该方法计算最高温度与常态温度下外部高温空气向舱体及其内部空间传热的热载荷,得到救生舱的总热负荷,外部传热最大传热功率及救生舱热载荷负荷范围。     

基于AUTODYN、LS-DYNA的救生舱抗爆仿真试验

为了减少矿用可移动式救生舱抗瓦斯爆炸能力物理实验室的建设费用、试验成本,缩短试验周期,用AUTODYN模拟矿井瓦斯在巷道内的冲击压力波传播,用LS-DYNA模拟救生舱在冲击波超压作用下的动态响应,获得了作用时间为300 ms、救生舱迎爆面最大超压为0.6 MPa时,冲击压力波传播到救生舱各舱段相应基本单元面上的超压;将模拟所得超压作用到救生舱上,获得了在巷道内受瓦斯爆炸影响的救生舱的应力历程和变形历程。仿真结果表明,救生舱的强度、刚度和密封等满足标准要求。     

泡沫铝填充结构救生舱多目标优化设计

为提高救生舱的安全性,设计了1种泡沫铝填充结构救生舱。利用Workbench对原型救生舱进行静力分析,以泡沫铝填充结构救生舱的内外板厚、泡沫铝厚、纵向和横向加强筋宽为设计变量,以原型救生舱的最大应力、最大位移以及模型质量为约束条件,以泡沫铝填充结构救生舱的静态最大应力、最大位移及质量为目标函数,分析各设计变量对目标函数的灵敏度并进行多目标优化设计;并利用数值仿真方法研究优化后的泡沫铝填充结构救生舱的抗爆炸冲击性能。结果表明:与传统救生舱相比,优化后的泡沫铝填充结构救生舱可以显著提高救生舱的静力及抗爆炸冲击能力,进而提高其安全性能。     

煤岩水力压裂过程中钻孔应变发展特征的试验研究

为研究水力压裂过程中钻孔应变发展的特征,在不同应力条件下开展了钻孔水力压裂试验,测试分析了钻孔压裂段孔壁变形的规律.结果表明:在水压作用下,压裂段孔壁应变较为明显,存在拉伸和压缩2种类型,根据与水压的对应关系,2种应变曲线可分为4个发展阶段,即压裂管路排气阶段(应变小幅波动)、水压上升阶段(应变快速增加)、起裂延伸阶段(应变缓慢变化)和闭合阶段(应变急剧降低),其中压裂管路排气阶段对压缩应变的影响较小;拉伸应变的残余变形明显大于压缩变形,但压缩应变曲线与水压变化存在较好的一致性;孔壁应变是孔壁在水压作用下裂缝形成和扩展过程的表现.     

承压水浸湿诱导煤体变形特征规律的实验研究

为研究承压水条件下煤体浸湿变形的特征,采用自制承压水浸湿变形监测系统,开展不同水压条件下煤体浸湿变形实验,得到承压水浸湿诱导煤体变形特征规律。结果表明:0 MPa水压下煤体横向与纵向均呈现拉伸变形,煤体体应变为拉伸状态,而承压后煤体横向变形呈现先压缩后拉伸的趋势,纵向则均为压缩变形,煤体体应变为压缩状态;随着水压的增大,煤体纵向的压缩变形量及煤体体应变均呈现逐渐减小的趋势;卸压后煤体的残余变形量随水压的增大而减小。     

煤矿井下移动救生舱的设计思路

矿用移动救生舱将成为我国煤矿井下矿工的一种重要逃生装备。本文简述了矿用救生舱在国内外的研究与应用现状，分析了在现阶段，我国有关企业单位研制煤矿井下移动救生舱时，在功能定位、舱内设施、检测检验、使用与维护等方面必须注意的几个问题。     

Pressure characteristics and dynamic response of coal mine refuge chamber with underground gas explosion

Coal mine refuge chambers are new devices for coal mine safety which can provide basic survival conditions after gas explosion. In order to simulate the propagation of underground methane/air mixture blast wave, and check structural safety of coal mine mobile refuge chamber, an underground tunnel model and a refuge chamber model have been established based on explicit nonlinear dynamic ANSYS/LS-DYNA 970 program. Results show that the reflected wave pressure on the impact surface was about two times higher than that on the incident one. The relationship between the pressure fields of the chamber was analyzed. The maximum pressure of gas explosion reached about 0.71 MPa, and the pulse width was 360 ms. The maximum absolute displacement and stress occurs at the main door center and the connection of stiffeners and the front plate, respectively. The entire coal mine mobile refuge chamber was in elastic state and its strength and stiffness meet the safety requirements. The cabin door, the front plate and the connecting flange at cabin back as well as the stiffeners on each side were the most critical components. Suggestions were put forward for the refuge chamber.     

Simulation analysis on structure safety of coal mine mobile refuge chamber under explosion load

In order to check structural strength of coal mine mobiles refuge chamber, and do security evaluation of the mobile refuge chamber, a refuge chamber model was established, then a finite element method was instituted for it to ensure the refuge chamber would not be severely damaged when gas or coal dust explosion suddenly happened. A triangle shock wave with 1.2 MPa over-pressure, 300 ms lasting time was settled. Explicit nonlinear dynamic analysis program was used to simulate response of the refuge chamber. The maximum stress was 244 MPa, located in central part of sides and tail end of the last capsule. The maximum displacement was 29.32 mm, located in central part of sides and tail end of the last capsule. The calculation indicated that the refuge chamber was not obviously damaged. It could reliable work to meet safety requirements. Compared with the reported experimental results, the simulation method was verified. Based on analysis, suggestions were put forward for further improving.     

旬东煤矿井下永久避难硐室构建研究

避难硐室的构建研究对硐室安全避险功能的实现具有重要意义。根据旬东井下人员分布及巷道布置情况,确定利用4-2采煤区现有巷道构建100人规模永久避难硐室;根据巷道尺寸、人均面积及设备体积等,计算得硐室有效宽度为4.6m,高度为3.5m,总长度为63.4m,人均面积为1.2m2;通过气密试验,测定0.135MPa避险区内外压差可达1980Pa;通过分析人员避险需求,确定旬东永久避难硐室生命保障系统由防火防爆系统、密闭缓冲系统、气幕隔绝系统、供氧系统、制冷除湿系统及附属系统组成。     

新型矿用救生舱空气调节系统研究与设计

救生舱是有效减少井下各种灾害导致人员伤亡的安全设施设备,调节救生舱内的温度是保障矿工生存的重要措施。通过对矿用救生舱热负荷的分析计算和矿用救生舱空气调节系统研究现状的分析,设计了以液态二氧化碳相变制冷为基础的两种空气调节系统,可在无需电力驱动、相对狭小空间配套的情况下,适合作为救生舱的空气调节系统。该系统的研发将会解决矿用救生舱在无电力驱动情况下的温度调节问题。     

国外矿用应急救生舱技术现状

在南非、澳大利亚等矿业发达国家,应急避难室(救生舱)是一种重要的井下应急救援装备,用于在矿井事故发生后保护被困矿工,等待救援。本文对国外现有救生舱产品进行了深入的调研,对救生舱内氧气供应、有害气体去除、空气调节、环境监测、动力供应、附属装备等各主要系统的运行原理和技术指标进行了详细介绍,为分析国外救生舱技术研究现状和研发我国矿井救生舱产品提供参数依据和指导。     

避难硐室气体防毒安全性研究

为研究灾变时期井下避难硐室进出口有毒气体CO入侵弥散问题,基于等效原理,利用Gambit软件建立地面钻孔正压通风避难硐室物理模型和开门状态下有毒气体进入避难硐室的流体力学原理及气体弥散数学模型,并利用Fluent软件模拟钻孔压风量与室内CO浓度变化关系,提出在避难硐室的隔离门前加装门衬的办法,使避难人员穿过避难硐室门时...     

矿井避难硐室正压密闭系统研究

矿井避难硐室在灾变时为矿工提供了隔绝密闭的避难空间,内部正压密闭系统起到了隔绝有毒有害气体的作用。本文对矿井避难硐室正压系统进行研究,确定影响矿井避难硐室正压数值的因素,通过理论计算确定了矿井避难硐室正压值,同时确定了矿井避难硐室的正压维持方式并设计了相应的余压阀。为保证矿井避难硐室正压的实现,对矿井避难硐室密闭系统进行研究,包括建筑密闭和设施密闭。     

矿用救生舱内二氧化碳净化特性研究

煤矿救生舱是在矿井下发生事故后保护被困矿工生存、等待救援的密闭舱室设备。在救援过程中,二氧化碳的处理是舱内空气净化系统的一项主要功能。本文对救生舱内二氧化碳净化装置的功率、吸收效率、药剂床层厚度等因素进行了一系列试验,确定了救生舱二氧化碳的最优净化方式,并通过救生舱内真人生存试验对其进行了验证。最终得出救生舱内处理二氧化碳最佳反应条件为:药剂量20kg,最佳功率为100W;间歇式工作的运行时间与停机时间比例为2:3;在救生舱内8人生存模拟实验中,得出8kg药剂可供8人使用6.1h,平均吸收速率为1.34L/min。