【摘要】：我國煤礦現(xiàn)行風井防爆門存在嚴重的缺陷和隱患,在重大煤礦爆炸事故中屢有暴露和顯現(xiàn),突出表現(xiàn)為易遭到損壞甚至被沖飛而無法復位,導致礦井災后通風恢復困難,并最終造成事故擴大化。圍繞煤礦立風井防爆門的安全防護問題,本文采用調(diào)查分析、實驗、數(shù)值模擬和理論計算相結(jié)合的方法,綜合運用爆炸力學、流體力學、材料力學等多學科知識,研究了防爆門爆炸荷載計算方法、井下沖擊波預先消減方法和規(guī)律、防爆門防爆、泄爆規(guī)律及新型防爆門設計等科學技術問題。論文的主要工作和創(chuàng)新性成果如下:在事故調(diào)查分析的基礎上,根據(jù)防爆門被沖飛高度和主通風機葉片破壞荷載這兩個反映爆炸沖擊強度的關鍵因素,建立了防爆門爆炸荷載的間接計算方法,并提出將超壓峰值300 kPa、持續(xù)作用時間20 ms的三角形荷載確定為防爆門抗爆設計的參考值。為降低防爆門的抗爆設計難度,并增強通風機等設施的安全防護水平,提出了利用盲巷、繞巷等預先消減井下沖擊波的方法和觀點,并在大量數(shù)值模擬驗證的基礎上,探索出盲巷、繞巷等消波方法的特點、規(guī)律及關鍵影響因素,并揭示了各種消波方法所共同遵循的原理和規(guī)律,即在時間、空間上改變了沖擊波的能量分布,對沖擊波能量的時空分布起到了均化作用。模擬試驗表明,在阻波墻的輔助作用下,20 m盲巷和47.5 m繞巷能使沖擊波超壓峰值分別消減18%和45%,比沖量分別消減25.6%和46%。研究發(fā)現(xiàn)了煤礦風井防爆門在泄爆過程中存在的共性現(xiàn)象和規(guī)律。防爆門加速度、速度變化趨勢存在明顯的轉(zhuǎn)折點現(xiàn)象,該現(xiàn)象反映了沖擊波和防爆門的相互作用規(guī)律;配重及其牽引鋼絲繩處于“失重”和“失控”狀態(tài),可能會影響防爆門正常復位;緩沖體的回彈力是推動防爆門復位的重要動力,而沖擊波波后氣流的沖擊作用則對防爆門復位起阻滯和緩沖作用;通風負壓對門體復位后的殘余變形有重新展平作用,對減少災后井口漏風有利等等。研究揭示了所發(fā)明的新型立風井防爆門在爆炸沖擊過程中的動態(tài)響應特征和規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了其中的關鍵構(gòu)件和薄弱環(huán)節(jié),并通過反復改進和驗證,形成了“導向緩沖防爆門”和“雙門式防爆門”兩種較為成熟的新型煤礦立風井防爆門設計方案。導向緩沖防爆門的門體抗彎剛度和導向框架慣性作用是制約其抗爆性能的關鍵因素;雙門式防爆門的門軸合頁、柔性緩沖墻及其上方橫梁是其關鍵構(gòu)件,決定著防爆門的抗爆性能和自動復位功能的實現(xiàn)。導向緩沖防爆門具有框架式導向方式、傘型緩沖和限位機構(gòu)、平面圓蓋式門體結(jié)構(gòu)等技術特征;雙門式防爆門具有柔性緩沖墻、柔性鉸鏈、變質(zhì)量配重等技術特點。全尺寸數(shù)值模擬結(jié)果表明,兩類防爆門原理正確,結(jié)構(gòu)合理,自行復位等關鍵功能可靠,在大直徑風井條件下能夠承受300kPa/20ms以上的沖擊荷載。研究結(jié)果豐富了煤礦風井爆炸沖擊波防護方法和理論,增強了煤礦風井防爆門領域中共性科學技術問題的研究基礎,對促進煤礦風井防爆門安全防護理論和技術的發(fā)展具有重要意義。
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD726
【圖文】：

通風是極端重要的，假如通風不能恢復，則任何為保護主通都將毫無意義；制定主通風機爆炸后恢復方案時，時間是首復通風是第一位的，低效率、低風量、漏風等等在緊急情況于防爆門開啟壓力，推薦設定為 5kPa 或更低，該指標高于kPa，低于 NFPA68 標準推薦的 28kPa，更符合煤礦地面風（a）夾芯板防爆門 （b）金屬鉸鏈防爆門

圖 1-3 派克河礦地面?zhèn)溆蔑L機[37]Fig. 1-3 The surface back-up fan in Pike River mine圖 1-4 可復用防爆門Fig. 1-4 survivable explosion panels屬鉸鏈防爆門，國外還提出了一種更為可靠的防爆8]

【參考文獻】

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本文編號：2719775