自復(fù)式防爆門研究報(bào)告

1、.PAGE 1. - . - - 可修編-自復(fù)式防爆門研制研 究 報(bào) 告潞安環(huán)保能源開發(fā)股份飛逸電力設(shè)備制造. 目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc311387826第一章概述3HYPERLINK l _Toc3113878271.1 立項(xiàng)背景3HYPERLINK l _Toc3113878281.1.1 防爆的功能3HYPERLINK l _Toc311387829相關(guān)規(guī)程規(guī)4HYPERLINK l _Toc3113878301.2現(xiàn)有防爆門介紹、存在的主要問題5HYPERLINK l _Toc311387831現(xiàn)有防爆門概述5HYPERLINK l _Toc

2、311387832現(xiàn)防爆門設(shè)計(jì)準(zhǔn)則8HYPERLINK l _Toc311387833存在的主要問題9HYPERLINK l _Toc3113878341.3工程實(shí)施的步驟12HYPERLINK l _Toc311387835第二章瓦斯爆炸分析 PAGEREF _Toc311387835 h 14HYPERLINK l _Toc3113878362.1瓦斯爆炸的根本概念 PAGEREF _Toc311387836 h 14HYPERLINK l _Toc311387837爆燃與爆轟 PAGEREF _Toc311387837 h 14HYPERLINK l _Toc311387838火焰峰面

3、PAGEREF _Toc311387838 h 16HYPERLINK l _Toc311387839激波 PAGEREF _Toc311387839 h 17HYPERLINK l _Toc3113878402.2瓦斯爆炸的現(xiàn)象和特點(diǎn) PAGEREF _Toc311387840 h 18HYPERLINK l _Toc311387841瓦斯爆炸現(xiàn)象 PAGEREF _Toc311387841 h 18HYPERLINK l _Toc311387842瓦斯爆炸的特點(diǎn)20HYPERLINK l _Toc3113878432.3瓦斯爆炸的特征參數(shù)22HYPERLINK l _Toc31138784

4、4瓦斯爆炸的爆源特征22HYPERLINK l _Toc311387845瓦斯爆炸的爆炸特征 PAGEREF _Toc311387845 h 23HYPERLINK l _Toc3113878462.4小結(jié) PAGEREF _Toc311387846 h 24HYPERLINK l _Toc311387847第三章自復(fù)式防爆門構(gòu)造設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc311387847 h 25HYPERLINK l _Toc3113878483.1 設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及目標(biāo) PAGEREF _Toc311387848 h 25HYPERLINK l _Toc3113878493.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) PAG

5、EREF _Toc311387849 h 25HYPERLINK l _Toc311387850設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc311387850 h 25HYPERLINK l _Toc311387851設(shè)計(jì)目標(biāo)及研究容 PAGEREF _Toc311387851 h 26HYPERLINK l _Toc3113878523.2方案擬定 PAGEREF _Toc311387852 h 26HYPERLINK l _Toc311387853設(shè)計(jì)理念 PAGEREF _Toc311387853 h 26HYPERLINK l _Toc311387854構(gòu)造原理 PAGEREF _Toc3113

6、87854 h 26HYPERLINK l _Toc311387855構(gòu)造組成 PAGEREF _Toc311387855 h 28HYPERLINK l _Toc3113878563.3防爆門根本主體設(shè)施的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc311387856 h 30HYPERLINK l _Toc311387857防爆門的原始數(shù)據(jù)參數(shù)30HYPERLINK l _Toc311387858防爆蓋的受力分析31HYPERLINK l _Toc311387859配重的計(jì)算 PAGEREF _Toc311387859 h 32HYPERLINK l _Toc311387860反風(fēng)自動(dòng)鎖緊裝置的設(shè)計(jì) P

7、AGEREF _Toc311387860 h 37HYPERLINK l _Toc3113878613.3.5 .防爆門門板在正常工作時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算40HYPERLINK l _Toc311387862防爆門的密封問題41HYPERLINK l _Toc311387863防爆門的檢修時(shí)開啟問題 PAGEREF _Toc311387863 h 43HYPERLINK l _Toc311387864防爆門的橫梁及側(cè)板 PAGEREF _Toc311387864 h 43HYPERLINK l _Toc3113878653.4新型防爆門的技術(shù)特點(diǎn) PAGEREF _Toc311387865 h 45H

8、YPERLINK l _Toc3113878663.5小結(jié) PAGEREF _Toc311387866 h 45HYPERLINK l _Toc311387867第四章自復(fù)式防爆門爆炸有限元模擬 PAGEREF _Toc311387867 h 47HYPERLINK l _Toc3113878684.1 防爆門有限元模擬方案 PAGEREF _Toc311387868 h 47HYPERLINK l _Toc3113878694.2 防爆門有限元模型 PAGEREF _Toc311387869 h 49HYPERLINK l _Toc311387870防爆門的三維構(gòu)造說明 PAGEREF _T

9、oc311387870 h 49HYPERLINK l _Toc311387871單元類型的選擇及網(wǎng)格的劃分50HYPERLINK l _Toc311387872邊界條件的施加51HYPERLINK l _Toc311387873約束條件52HYPERLINK l _Toc3113878744.3 防爆門爆炸模擬結(jié)果分析 PAGEREF _Toc311387874 h 52HYPERLINK l _Toc3113878754.3.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析 PAGEREF _Toc311387875 h 52HYPERLINK l _Toc3113878764.3.2 應(yīng)力應(yīng)變分析 PAGEREF _T

10、oc311387876 h 56HYPERLINK l _Toc3113878774.4 總結(jié)62HYPERLINK l _Toc311387878第五章結(jié)論 PAGEREF _Toc311387878 h 63HYPERLINK l _Toc3113878795.1 取得的主要成果 PAGEREF _Toc311387879 h 63HYPERLINK l _Toc3113878805.2 國外同類技術(shù)比照 PAGEREF _Toc311387880 h 63HYPERLINK l _Toc3113878815.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) PAGEREF _Toc311387881 h 63HYPERL

11、INK l _Toc3113878825.4 推廣應(yīng)用前景 PAGEREF _Toc311387882 h 64. 第一章 概述1.1 立項(xiàng)背景防爆的功能防爆門是安裝在裝有主要通風(fēng)機(jī)的排風(fēng)井口上的特殊密封井蓋。安裝在立井上稱為防爆蓋，安裝在斜井上稱為防爆門。在采用負(fù)壓式通風(fēng)的礦井中，防爆門自由擱置在風(fēng)井井口上部的鎖口盤上，位置正對井口，覆蓋風(fēng)井全斷面，其示意圖詳見圖1.1-1，其安裝位置示意圖詳見圖1.1-2。1.在正常通風(fēng)時(shí)，保持氣密性，用來隔離井下氣流與地面大氣，防止風(fēng)流短路，保證通風(fēng)系統(tǒng)正常。2.當(dāng)井下一旦發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸事故時(shí)，防爆門被爆炸的氣流沖擊波翻開，從而爆炸氣流直接排放到地面

12、大氣，降低礦井中氣流的壓力，起到卸壓作用，防止主要通風(fēng)機(jī)因爆炸氣流沖擊而造成損壞。3.當(dāng)井下進(jìn)風(fēng)巷道發(fā)生火災(zāi)或存在有毒氣體時(shí)，為了防止火焰及有毒氣體進(jìn)入采區(qū)危害礦工生命，必須及時(shí)進(jìn)展反風(fēng)滅火，這就需要及時(shí)將防爆門壓緊，采用正壓方式對井下強(qiáng)制實(shí)施反風(fēng)。4.當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)行時(shí)，可以翻開防爆門，以利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，最大限度地為井下提供新鮮空氣，保證井下人員的需要。5.對于少局部煤礦地面采用單風(fēng)道通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，由于沒有備用風(fēng)道供每三年一次的通風(fēng)機(jī)性能測試使用，礦井需要停產(chǎn)，翻開防爆門作為性能測試臨時(shí)進(jìn)風(fēng)口，待測試完畢后重新封閉。圖1.1-1 目前煤礦常用防爆門示意圖圖1.1-2 防爆門安裝位置示意圖

13、相關(guān)規(guī)程規(guī)防爆門是通風(fēng)設(shè)施的重要組成局部，對于礦井平安非常重要，所以，“煤礦平安規(guī)程“中除要求每年至少進(jìn)展一次反風(fēng)演習(xí)之外，對于包括防爆門在的反風(fēng)設(shè)施也要求每季度必須檢查一次，以確保反風(fēng)設(shè)施的平安可靠。“煤礦平安規(guī)程“第一百二十一條規(guī)定：“裝有主要通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)井口應(yīng)安裝防爆門，防爆門每6個(gè)月檢查維修1次。相關(guān)條文解釋：主要通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)井口安裝防爆門。防爆門的作用是井下發(fā)生瓦斯煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的高壓氣流沖擊波沖開防爆門得以卸壓，防止其沖向主要通風(fēng)機(jī)，從而保證主要通風(fēng)機(jī)裝置不被損壞并保持正常運(yùn)行；高壓氣流過后防爆門自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，為井下遇險(xiǎn)人員的撤退和搶險(xiǎn)救災(zāi)提供了有利條件?！懊旱V平安規(guī)程“第一百二

14、十四條規(guī)定：“主要通風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)行期間，對由1臺主要通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)全礦通風(fēng)的礦井，必須翻開井口防爆門和有關(guān)風(fēng)門，利用自然風(fēng)壓通風(fēng)。1.2現(xiàn)有防爆門介紹、存在的主要問題現(xiàn)有防爆門概述目前煤礦常用的立井防爆門總圖見圖1.2-12。該防爆門根底圖見圖1.2-34。圖1.2-1 目前煤礦常用的立井防爆門總圖1圖1.2-2 目前煤礦常用的立井防爆門總圖2圖1.2-3目前煤礦常用防爆門根底圖1圖1.2-4目前煤礦常用防爆門根底圖2本立風(fēng)井防爆門為防爆蓋、反風(fēng)裝置、重錘裝置等部件組成。1.防爆蓋采用錐形構(gòu)造，分四個(gè)局部聯(lián)接而成，每局部由鋼板，角鋼組焊成型。2.返風(fēng)裝置為壓板式。3.重錘裝置由重錘架、滑輪、配重組成

15、。4.密封方式采用鋼板組焊外圈板固定15橡膠板密封?，F(xiàn)防爆門設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.防爆蓋重量、形狀設(shè)計(jì)防爆蓋重要要求到達(dá)：反風(fēng)時(shí)，在取掉防爆蓋配重時(shí)，風(fēng)壓不能吹開防爆蓋。頂部設(shè)計(jì)為拱形，防止積存雨水和雜物。2.防爆蓋配重要求及設(shè)計(jì)為保證井下沖擊波能夠首先沖開防爆蓋釋放能量，必須為防爆蓋設(shè)置配重。因此,在防爆蓋四角均勻設(shè)置配重，與防爆蓋通過鋼絲繩連接，不僅保證了沖擊波能夠沖開防爆蓋，而且有效防止沖擊波將防爆蓋拋出。配重重量由防爆蓋自身重量與風(fēng)機(jī)負(fù)壓產(chǎn)生重量之和。為保證配重便于懸掛或更換，將配重制成10kg、20kg、50kg及100kg標(biāo)準(zhǔn)重量，即法碼形狀，通過吊鉤互相連接，容易適時(shí)調(diào)整配重。3.密封槽要

16、求密封槽深度必須高于主要通風(fēng)機(jī)最大靜壓毫米水柱高度。密封槽可用水或防凍液進(jìn)展封閉，并定期清理槽雜物。存在的主要問題目前防爆門的構(gòu)造和現(xiàn)狀存在著漏風(fēng)、開啟關(guān)閉困難、密封液管理困難，不同程度存在不能滿足“煤礦平安規(guī)程“和防爆門的設(shè)計(jì)要求，因此需加以改良。1.從防爆門使用現(xiàn)狀上來說，很長時(shí)間以來，各煤礦普遍缺乏對防爆門重要性的認(rèn)識，對礦井防爆門設(shè)計(jì)、加工、制造、安裝等方面存在誤區(qū)，從而使通風(fēng)系統(tǒng)存在重大隱患。主要表現(xiàn)為： 1設(shè)計(jì)單位多數(shù)套用九十年代圖冊設(shè)計(jì)，對大斷面及其它非標(biāo)井筒套用相近尺寸圖紙進(jìn)展非標(biāo)設(shè)計(jì)。2施工單位采用沒有任何設(shè)計(jì)標(biāo)識，沒有任何設(shè)計(jì)人員簽字的無效圖紙施工。3加工、制造單位審圖不嚴(yán)

17、，存在制造錯(cuò)誤；4安裝單位搞不懂施工對象的使用功能，擅自修改安裝工藝和施工步驟； 5質(zhì)量檢驗(yàn)、施工檢查驗(yàn)收形同虛設(shè)。以上問題在煤礦建立工程中多有發(fā)生，只不過未造成事故而未能引起人們的重視。加之一些煤礦缺乏此方面的教訓(xùn)，對此類問題缺乏較深認(rèn)識。2. 就圖1.3-14所示的防爆門構(gòu)造上來說，目前存在的主要突出問題是：1防爆門無法復(fù)位或者復(fù)位困難：這種通過拆卸和安裝重錘數(shù)量、調(diào)整重錘組和防爆門門體重量關(guān)系的操作方法，從理論上可以實(shí)現(xiàn)。但是，在現(xiàn)場實(shí)際操作中卻存在著以下諸多無法逾越的障礙：當(dāng)防爆門升起到設(shè)計(jì)高度，風(fēng)井上井口敞開，礦井利用自然風(fēng)壓進(jìn)展通風(fēng)，人員在風(fēng)井口上方或附近的高處作業(yè)，存在平安隱患。

18、重錘組距地面高度一般在2. 0m以上，人員在高處作業(yè)，存在隱患。每塊重錘塊重量一般約50kg，而且必須對稱地從兩組或四組重錘組件中同時(shí)取下，否則必將造成防爆門門體傾斜，存在操作困難和用人多的問題。2鎖扣防爆門耗時(shí)多、占用人員多原防爆門反風(fēng)鎖扣裝置由位于防爆門外邊緣的八個(gè)壓塊和預(yù)埋螺栓組成。當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，反風(fēng)鎖緊裝置的八個(gè)壓塊應(yīng)處于不扣壓門體的位置且固緊不自由轉(zhuǎn)動(dòng)。僅在反風(fēng)時(shí)，扣壓門體并鎖緊。在礦井反風(fēng)時(shí)，需靠人工將八個(gè)壓塊提起旋轉(zhuǎn)90度，一端壓在門體上，另一端壓在預(yù)埋在井壁的厚板上，再將預(yù)埋螺栓擰緊。在人員準(zhǔn)備缺乏或天氣惡劣等情況下，鎖扣防爆門操作耗時(shí)多。據(jù)測算：在沒有有效人員準(zhǔn)備的情況下

19、，鎖扣操作時(shí)間達(dá)3分鐘以上，因此延誤反風(fēng)時(shí)間，有時(shí)在10分鐘不能完成反風(fēng)操作，不能滿足相關(guān)規(guī)程要求的10分鐘實(shí)現(xiàn)反風(fēng)的要求。3防爆門不能平穩(wěn)、同步升降在實(shí)際運(yùn)行中，由于受外界風(fēng)力、鋼絲繩摩擦力、防爆門加工質(zhì)量等因素影響，防爆門升起和降落不能保證平穩(wěn)和同步，容易發(fā)生卡阻和歪斜。4目前礦區(qū)使用的防爆門存在著不同程度的漏風(fēng)現(xiàn)象，在井口防爆門附近就能聽到“咝咝的漏風(fēng)聲音。個(gè)別礦井為防止防爆門漏風(fēng)，甚至將防爆門用水泥封死，從而使防爆門不能起到作用，危及通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)系統(tǒng)的平安。5 密封液。目前防爆門的密封液多采用水密封，水分容易蒸發(fā)，一旦密封水的上下壓差小于通風(fēng)負(fù)壓,水就會突然被吸光,形成嚴(yán)重漏風(fēng)。不停補(bǔ)

20、水，會造成水浪費(fèi)，另外通風(fēng)機(jī)司機(jī)經(jīng)常看密封水的情況，影響通風(fēng)機(jī)的巡回檢查和設(shè)備運(yùn)行情況的觀察。冬季，在北方由于水容易結(jié)冰，要選擇不能燃燒的冷凍液，潞安地區(qū)的十年一遇的最低氣溫在-18，冷凍液的選擇和使用比擬困難。5個(gè)別礦井防爆門在通風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)行開啟后，風(fēng)機(jī)再啟動(dòng)不能自動(dòng)關(guān)閉，需要人工關(guān)閉，速度慢，影響通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行。6多風(fēng)井煤礦的一個(gè)風(fēng)井效勞區(qū)發(fā)生爆炸事故，防爆門開啟卸壓后無法自動(dòng)復(fù)位，該風(fēng)井安裝的防爆門蓋受爆炸沖擊波致防爆門蓋翻開，雖然該風(fēng)井風(fēng)機(jī)未停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，但因井筒外的負(fù)壓因防爆門蓋的開啟消失，由于其它風(fēng)井的作用該風(fēng)井變成進(jìn)風(fēng)井，該風(fēng)井效勞的區(qū)域爆炸產(chǎn)生的有毒有害氣體，隨著其它風(fēng)井引起的紊

21、亂風(fēng)流，向其它風(fēng)井效勞的區(qū)域擴(kuò)散，從而導(dǎo)致其它風(fēng)井的效勞區(qū)域受到爆炸事故的危害。1.3工程實(shí)施的步驟1.防爆門方案設(shè)計(jì)防爆門的方案設(shè)計(jì)，主要依據(jù)“煤礦平安規(guī)程“、GB 50215-2005“煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)“和煤炭、機(jī)械行業(yè)其它相關(guān)規(guī)程規(guī)。首先，專家、設(shè)計(jì)人員要總結(jié)以往防爆門設(shè)計(jì)，到國、外新型防爆門應(yīng)用單位調(diào)研，方案設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問題是：新型防爆門設(shè)計(jì)理念。新型防爆門構(gòu)造原理。防爆門設(shè)計(jì)計(jì)算方法。防爆門失效形式及分析等。通過研討最終確定防爆門設(shè)計(jì)方案。2.防爆門試驗(yàn)樣品的加工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)人員利用確定的設(shè)計(jì)方案繪制防爆門試驗(yàn)樣品的加工圖紙，到達(dá)能夠進(jìn)展電腦分析的程度。3.電腦模擬試驗(yàn)由理工大

22、學(xué)負(fù)責(zé)防爆門進(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)算并對試驗(yàn)樣品進(jìn)展有限元分析，電腦爆炸模擬試驗(yàn)，校驗(yàn)樣品的可靠性，完善設(shè)計(jì)，最終形成試驗(yàn)樣品加工圖紙成品。4.物模試驗(yàn)試制按一定比例縮小的模型進(jìn)展試驗(yàn)。5.試驗(yàn)樣品制造由飛逸電力設(shè)備制造依據(jù)加工圖紙制造試驗(yàn)樣品。6.現(xiàn)場試驗(yàn)待定措施：由煤礦全面負(fù)責(zé)現(xiàn)場試驗(yàn)的準(zhǔn)備及實(shí)施工作，包括試驗(yàn)申請核準(zhǔn)，挖掘試驗(yàn)巷道，準(zhǔn)備試驗(yàn)材料，組織試驗(yàn)人力、物力。措施：委托煤科院進(jìn)展。7.形成系列設(shè)計(jì)成品根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，形成系列設(shè)計(jì)，申報(bào)創(chuàng)造專利，進(jìn)展專家鑒定或煤炭平安標(biāo)志的取證工作待定。7.推廣產(chǎn)品在現(xiàn)場試運(yùn)行一段時(shí)間并確認(rèn)運(yùn)行狀態(tài)良好后，向全國其它煤礦用戶推廣產(chǎn)品。第二章 瓦斯爆炸分析2.1瓦斯

23、爆炸的根本概念瓦斯爆炸是一個(gè)復(fù)雜多變的過程，對這一過程的研究涉及到反響流體力學(xué)、爆轟理論、非平衡熱力學(xué)和燃燒學(xué)等多個(gè)學(xué)科，取得的研究成果也是多方面。爆燃與爆轟處于爆炸限的瓦斯混合氣體被引爆火源點(diǎn)火后會發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，這一現(xiàn)象實(shí)際上可以分為兩類，一類稱為爆燃deflagration，一類稱為爆轟detonation。1.爆燃如圖2.1-1所示為一個(gè)典型的掘進(jìn)工作面發(fā)生瓦斯爆炸的情況。當(dāng)巷道中的瓦斯空氣混合氣體被點(diǎn)火源在巷道封閉端點(diǎn)燃后，形成的燃燒波向右加速運(yùn)動(dòng)。由于燃燒放出大量的熱使氣體膨脹，從而在燃燒波的前方形成以音速傳播的壓力波，壓力波的追趕和疊加形成激波，即所謂的沖擊波。這種由前導(dǎo)沖擊波和

24、帶有化學(xué)反響的燃燒波構(gòu)成的可燃?xì)怏w爆炸就是爆燃。爆燃是混合可燃?xì)怏w自身燃燒傳播的過程。圖2.1-1 掘進(jìn)工作面發(fā)生瓦斯爆炸示意圖2.爆轟如果上述獨(dú)頭掘進(jìn)工作面積聚的瓦斯量足夠多，則爆燃會自動(dòng)加速，從而使前驅(qū)沖擊波的超壓越來越大，最后導(dǎo)致沖擊波的超壓對可燃?xì)怏w造成的高溫就可以點(diǎn)燃瓦斯，形成爆轟。爆轟通常伴隨著強(qiáng)烈的沖擊波和劇烈的燃燒反響，會對礦井巷道系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞。3.爆燃向爆轟轉(zhuǎn)變問題在瓦斯爆炸過程中，爆燃向爆轟轉(zhuǎn)變deflagrtion to detonation transition是一個(gè)非常重要的問題。通常情況下，爆炸總是以爆燃開場，當(dāng)爆燃充分開展或有其它因素影響時(shí)，爆燃開展成為爆轟

25、。另外，使用強(qiáng)烈的點(diǎn)燃源也可以直接激發(fā)可燃?xì)怏w的爆轟。爆燃和爆轟是兩種有著本質(zhì)區(qū)別的不同的物理現(xiàn)象。爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變可以由兩種機(jī)制產(chǎn)生：一是由于前導(dǎo)沖擊波的超壓很大，使得該薄層混合可燃?xì)怏w的溫度超過其自燃溫度，從而引起燃燒，形成爆轟波；另一種情況是燃燒波充分開展，不斷加速，而此時(shí)前導(dǎo)沖擊波尚未增大到足以點(diǎn)燃可燃?xì)怏w的程度，燃燒波追趕上前驅(qū)沖擊波，從而形成爆轟?；鹧娣迕娈?dāng)瓦斯-空氣混合氣體中瓦斯?jié)舛忍幱谌紵缦迖鷷r(shí)，一遇火源則開場燃燒，使可燃混合氣體局部著火，形成一薄層火焰。火源加熱鄰近混合氣體層產(chǎn)生游離基，游離基作為活化中心使附近混合氣體層發(fā)生化學(xué)反響，發(fā)生反響的氣層又形成新的火源和活化中心源

26、，使鄰近層混合氣體發(fā)生化學(xué)反響，如此層層蔓延。正發(fā)生劇烈反響的反響帶稱為燃燒波。在燃燒波傳播的混合氣體層出現(xiàn)了強(qiáng)烈的自身加速反響。反響帶放出的熱量迅速逆風(fēng)向預(yù)熱鄰近混合氣體層，使化學(xué)反響在極薄的帶完成。這種進(jìn)展完全化學(xué)反響的薄層稱為火焰峰面，如圖2.1-2所示?？扇蓟旌蠚怏w火焰峰面的厚度一般不超過1mm，所以，常把火焰峰面當(dāng)作未燃混合氣體與燃燒生成物之間的界面。火焰峰面在混合氣體中的蔓延速度是氣體燃燒過程最重要的特征，它決定了燃燒過程的強(qiáng)度和燃燒的蔓延速度。圖2.1-2 火焰鋒面示意圖激波圖2.1-3 激波產(chǎn)生過程示意圖激波是可壓縮氣體流動(dòng)中的一個(gè)連續(xù)面，其特點(diǎn)是在激波兩側(cè)氣流的狀態(tài)參數(shù)產(chǎn)生突

27、變，并伴隨有機(jī)械能的損失。利用活塞在直管中加速運(yùn)動(dòng)的模型可以很好地說明瓦斯爆炸時(shí)激波的產(chǎn)生和疊加過程。如圖所示，管道中有一個(gè)活塞向右作加速運(yùn)動(dòng)，管道中氣體的原始壓力為P1，活塞在很短的時(shí)間增速到V，將其前方氣體的壓力提高到P2。我們將P2P1的值分為無數(shù)個(gè)小擾動(dòng)的疊加，每個(gè)小擾動(dòng)都以當(dāng)?shù)芈曀俚膲嚎s波向右傳播。由于后面產(chǎn)生的壓縮波是在前面生成壓縮波的擾動(dòng)區(qū)域傳播，該區(qū)域由于前方壓力波的壓縮作用，大氣的溫度較原始狀態(tài)升高，因此，當(dāng)?shù)芈曀僖簿透哂谖磾_動(dòng)區(qū)域的聲速。這樣，后產(chǎn)生的壓縮波總是不斷追趕前面的壓縮波，并在重合的位置產(chǎn)生壓力疊加，從而使得原本平緩變化的波陣面變得越來越陡，最終形成一道激波。激波

28、使氣流的參數(shù)在很窄的區(qū)域發(fā)生急劇變化，從而造成流場參數(shù)突變的一個(gè)連續(xù)面。2.2瓦斯爆炸的現(xiàn)象和特點(diǎn)瓦斯爆炸現(xiàn)象發(fā)生在煤礦井下的瓦斯爆炸屬于可燃?xì)怏w爆燃現(xiàn)象。處于爆炸界限的瓦斯空氣混合氣體首先在點(diǎn)火源處被引燃，形成厚度僅有0.010.1mm的火焰鋒面。該火焰鋒面向未燃的混合氣體中傳播，瓦斯燃燒產(chǎn)生的熱使火焰鋒面前方的氣體受到壓縮，產(chǎn)生一個(gè)超前于火焰鋒面的壓力波，該壓力波以當(dāng)?shù)匾羲傧蚯皞鞑?，行進(jìn)在火焰鋒面前，稱為前驅(qū)沖擊波。壓力波作用于未燃?xì)怏w使其溫度升高，從而使火焰的燃燒速度進(jìn)一步增大，這樣就產(chǎn)生壓力更高的壓力波，從而獲得更高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。層層產(chǎn)生的壓力波相互追趕并疊加，形成具有強(qiáng)烈破壞作用的

29、沖擊波，這就形成了瓦斯爆炸。烷烴類氣體爆炸燃燒過程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究說明，瓦斯爆炸過程從時(shí)間上可以分成兩個(gè)階段：點(diǎn)燃階段和傳播階段。瓦斯爆炸的破壞效應(yīng)表達(dá)在傳播階段。1.點(diǎn)火階段瓦斯爆炸的點(diǎn)火階段，是外界火源誘發(fā)的支鏈型鏈?zhǔn)椒错戇^程。反響速度以指數(shù)函數(shù)形式遞增，燃燒迅速從火源附近擴(kuò)到整個(gè)巷道斷面，形成爆炸波的初始條件。試驗(yàn)和理論均說明，點(diǎn)火階段在瓦斯爆炸過程中所占時(shí)間極其短暫，瓦斯爆炸事故的時(shí)間主要表達(dá)在傳播階段。2.傳播階段瓦斯爆炸的傳播階段從空間上可以分為在含瓦斯氣體和一般空氣兩個(gè)區(qū)域中傳播。首先，在含瓦斯氣體區(qū)域，點(diǎn)火階段形成的高溫高壓氣體迅速向遠(yuǎn)離火源方向沖擊，高溫高壓氣體與前方氣體之

30、間在壓力溫度速度等物理參數(shù)上存在突變，表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)效應(yīng)。兩種氣體的接觸面為前驅(qū)沖擊波的波陣面，緊隨前驅(qū)沖擊波后面的是燃燒波陣面，火焰波陣面實(shí)際上是在已受擾動(dòng)的氣體中傳播，而燃燒波后面的氣體則與火焰區(qū)有顯著差異。因此，這一階段的爆炸沖擊波構(gòu)造是前驅(qū)沖擊波波陣面和燃燒波陣面的雙波三區(qū)構(gòu)造見圖2.2-1。由于燃燒波不斷補(bǔ)充能量，前驅(qū)沖擊波的壓力、波速是處于遞增狀態(tài)。因?yàn)榍膀?qū)沖擊波的壓縮效應(yīng)，波后氣體與波前氣體存在密度差，根據(jù)波動(dòng)理論，在前驅(qū)沖擊波傳播的同時(shí)，存在氣體的膨脹波以當(dāng)?shù)芈曀傺仄浞捶较騻鞑?。在前?qū)沖擊波的作用下，巷道中的瓦斯氣體也以一定速度移動(dòng)，即瓦斯燃燒是在移動(dòng)的瓦斯氣體中進(jìn)展的，這使

31、得燃燒區(qū)域長度遠(yuǎn)大于靜止?fàn)顟B(tài)的瓦斯區(qū)域長度。圖2.2-1 瓦斯爆炸構(gòu)造示意圖其次，在一般空氣區(qū)域，瓦斯氣體燃燒完畢，燃燒波消失，沖擊波在傳播過程中，由于摩擦和巷道壁面吸熱等因素，其壓力沿傳播方向不斷衰減，最終下降至正常大氣壓力。在這一階段，氣體沖擊波的沖量Is和波陣面的超壓P是決定其破壞程度的關(guān)鍵因素。瓦斯爆炸的特點(diǎn)瓦斯爆炸產(chǎn)生大量CO2和水蒸氣，并放出大量的熱。一般空氣中氧含量為20.9%。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，甲烷的化學(xué)當(dāng)量濃度為9.5%時(shí)爆炸最為劇烈，即完全反響。井下空氣中氧含量一般為20%左右，則甲烷化學(xué)當(dāng)量濃度為9.1%左右。瓦斯爆炸有爆燃和爆轟兩種形式。爆燃屬于帶壓力波的燃燒，是一種不

32、穩(wěn)定狀態(tài)，其燃燒速度為每秒幾十米到百多米，瓦斯爆炸多數(shù)情況處于這種狀態(tài)。經(jīng)計(jì)算甲烷在定容絕熱條件下的爆燃溫度可達(dá)2340K，超壓0.86MPa，實(shí)測溫度為2230K，超壓為0.745MPa。如果條件具備，瓦斯能從爆燃轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z，此時(shí)前沿沖擊波和緊跟其后的化學(xué)反響區(qū)以同一高速即爆轟速度傳播，其超壓和溫度到達(dá)最大。當(dāng)甲烷濃度為9.5%時(shí)，超壓1.719MPa，溫度2781K，爆轟速度1804m/s。受井下開采環(huán)境和生產(chǎn)管理等條件影響，井下瓦斯爆炸具有以下獨(dú)有特點(diǎn)：1.煤礦井下的瓦斯爆炸的成分主要為甲烷CH4，其次還含有重?zé)NHm、H2、CO2、CO、NO2、SO2、H2S等。2.瓦斯爆炸發(fā)生地點(diǎn)的瓦

33、斯空氣混合氣體的流動(dòng)狀態(tài)比擬復(fù)雜，大多數(shù)事故發(fā)生時(shí)風(fēng)流處于紊流區(qū)域。根據(jù)對煤礦瓦斯爆炸事故的統(tǒng)計(jì)，90以上的事故都發(fā)生在采煤工作面和煤巷掘進(jìn)工作面，這些是瓦斯涌出量最大的地點(diǎn)，也最容易發(fā)生瓦斯積聚。采煤工作面的通風(fēng)處于全負(fù)壓作用下，相比照擬穩(wěn)定，但由于風(fēng)量缺乏、串聯(lián)通風(fēng)等造成的瓦斯積聚、回風(fēng)隅角局部瓦斯積聚仍會形成爆炸性的瓦斯空氣混合氣體。此時(shí)，混合氣體通常處于紊流狀態(tài)。3.煤礦井下影響瓦斯爆炸過程的因素很多，主要有煤塵的存在、巷道支護(hù)及巷道中障礙物的作用、巷道分叉、巷道轉(zhuǎn)彎等。這些因素對爆炸過程的影響是復(fù)雜的，其中有些起到加速燃燒、增強(qiáng)爆炸的作用，而另一些則起到降低燃燒速度、減弱沖擊波強(qiáng)度的

34、作用。因此，煤礦井下瓦斯爆炸過程是一個(gè)眾多因素綜合作用的過程，十分復(fù)雜。綜上所述，煤礦井下的瓦斯爆炸現(xiàn)象是有限體積的瓦斯空氣混合可燃?xì)怏w在半封閉的管道系統(tǒng)中的爆燃或爆轟現(xiàn)象，該過程受井下諸多環(huán)境因素的影響。2.3瓦斯爆炸的特征參數(shù)衡量瓦斯爆炸的特征參數(shù)主要有爆源特征參數(shù)和爆炸特征參數(shù)兩方面。瓦斯爆炸的爆源特征1.爆炸源的能量瓦斯爆炸的能量來源于瓦斯與氧的燃燒反響，每lkg瓦斯完全燃燒放出的熱量是55MJ，而普通炸藥的爆炸熱為5MJ/kg，也就是說同樣質(zhì)量的瓦斯含有爆炸燃燒熱是炸藥的10倍。瓦斯爆炸要依靠空氣中氧氣的參與才能完成，因此，爆炸實(shí)際釋放的能量要受到瓦斯、空氣混合是否均勻、空氣的濕度、

35、周圍環(huán)境狀況等多種因素的影響，通常不能完全釋放出來。對于密閉的容器，能量根本可全部釋放；對于井下巷道系統(tǒng)，釋放率一般可達(dá)5070。2.爆炸源能量釋放速率燃燒速度是可燃?xì)怏w燃燒鋒面向未燃區(qū)域擴(kuò)展的速度，可以衡量爆炸能量釋放的速率。瓦斯空氣混合氣體的層流燃燒速度約為0.5m/s，發(fā)生在井下的爆炸絕大多數(shù)屬于爆燃，據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果，燃燒速度不超過150m/s。3.爆源的特征尺寸積聚瓦斯空間的體積在爆炸發(fā)生時(shí)會急速膨脹，設(shè)初始溫度為27，爆炸后溫度升高了2000，則理論上可以大致估算如下：則即爆炸時(shí)體積膨脹了7.7倍。實(shí)驗(yàn)巷道的測試數(shù)據(jù)以火焰鋒面到達(dá)的位置為依據(jù)通常小于理論計(jì)算的值，且受到巷道橫斷

36、面積、環(huán)境條件等多種因素的影響，一般可以到達(dá)35倍。爆炸產(chǎn)生的沖擊波在巷道中的傳播距離要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于爆源的尺寸。瓦斯爆炸的爆炸特征1.爆炸產(chǎn)生沖擊波的壓力煤礦井下瓦斯爆炸產(chǎn)生兩類壓力，即靜壓和沖擊動(dòng)壓。靜壓在所有方向上的作用力相等，這是由于高溫氣體膨脹和沿巷道流動(dòng)產(chǎn)生的，并推動(dòng)沖擊波面的前進(jìn)。動(dòng)壓是沖擊波作用使波面經(jīng)過的局部區(qū)域空氣高速流動(dòng)產(chǎn)生的，具有方向性。靜壓主要破壞聯(lián)絡(luò)巷道的密閉或風(fēng)門，動(dòng)壓則摧毀巷道中的障礙物并在巷道轉(zhuǎn)彎等處造成強(qiáng)烈的破壞。爆炸產(chǎn)生的最大靜壓是實(shí)驗(yàn)室中使用封閉球體測定的定容爆炸壓力，l0.1的瓦斯空氣混合氣體測定得到的定容爆炸壓力大約為0.7l0.8lMPa。1952年舒爾

37、茨-容霍夫Schultze-Rhonhof在美國一個(gè)廢棄礦井進(jìn)展了兩次瓦斯?jié)舛?.5、積聚區(qū)域300m的大型爆炸實(shí)驗(yàn)，爆炸測得峰值壓力1.0lMPa，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉咏黮000m/s。其它實(shí)驗(yàn)礦井進(jìn)展的9.5瓦斯?jié)舛?、容積為36m3和58m3的實(shí)驗(yàn)，分別獲得了0.23MPa和0.36MPa的壓力，火焰?zhèn)鞑サ淖畲缶嚯x約為初始距離的5倍。在煤科分院實(shí)驗(yàn)巷道進(jìn)展的爆炸實(shí)驗(yàn)，瓦斯?jié)舛?.6，體積50m3，測得的最大壓力約為65.86kPa；濃度9.5，體積100m3，測得的最大壓力0.18MPa；濃度9.5，體積200m3的瓦斯測得的最大壓力為0.46MPa。爆炸產(chǎn)生的動(dòng)壓可用來計(jì)算，其中為爆炸波的速度

38、。2.爆炸壓力的上升速率爆炸壓力的上升速率也是反映爆炸強(qiáng)度的重要指標(biāo)，它是壓力差除以時(shí)間差的商?？扇?xì)怏w體積的不同是造成壓力上升速度差異的首要因素。此外，混合氣體的湍流度對壓力的上升速度也有巨大的影響。壓力上升的速度越快，則燃燒反響速度越快，產(chǎn)生的沖擊波壓力也就越高。通常使用KG值來衡量可燃?xì)怏w的燃燒壓力上升速率：瓦斯爆炸的KG值為55。2.4小結(jié)通過以上表達(dá)，對瓦斯爆炸有了一個(gè)比擬全面的了解，為后面方案確實(shí)定提供了依據(jù)，特別是對防爆門的電腦模擬提供了參考依據(jù)。第三章 自復(fù)式防爆門構(gòu)造設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及目標(biāo)設(shè)計(jì)依據(jù)防爆門的方案設(shè)計(jì)，主要依據(jù)“煤礦平安規(guī)程“、GB 50215-2005“

39、煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)“和煤炭、機(jī)械行業(yè)其它相關(guān)規(guī)程、規(guī)?？偨Y(jié)以往防爆門的設(shè)計(jì)經(jīng)歷，并到國、外新型防爆門應(yīng)用單位調(diào)研，汲取百家所長，并有所創(chuàng)新，通過研討最終確定防爆門的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)要求1.瓦斯爆炸后，防爆門能及時(shí)復(fù)位，確保井下通風(fēng)系統(tǒng)正常工作。2.反風(fēng)時(shí)，防爆門應(yīng)在最短的時(shí)間鎖緊，以滿足10min實(shí)現(xiàn)巷道反風(fēng)的要求。3.防爆門的構(gòu)造必須有足夠的強(qiáng)度，并有防拋出的設(shè)施。4.防爆門應(yīng)靠主要通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓保持關(guān)閉狀態(tài)，并為防爆門安裝平衡重物或采取其他措施，以便于防爆門容易開啟。5.防爆門應(yīng)布置在出風(fēng)井同一軸線上，其斷面積不應(yīng)小于出風(fēng)井的斷面積。6. 防爆門應(yīng)嚴(yán)密不漏風(fēng)。如果采用液體作密封時(shí)，冬季要選擇不能燃

40、燒的冷凍液。設(shè)計(jì)目標(biāo)及研究容1.針對煤礦巷道瓦斯或煤塵爆炸的工況，對防爆門的主體設(shè)施進(jìn)展設(shè)計(jì)，保證其強(qiáng)度和根本功能。2.研究防爆門的自動(dòng)復(fù)位裝置，使其在瓦斯爆炸后能夠自動(dòng)復(fù)位，以保證井下通風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。3.研究防爆門的鎖緊裝置，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)井的快速反風(fēng)，滿足相關(guān)規(guī)的要求。3.2方案擬定設(shè)計(jì)理念從根本上解決瓦斯爆炸后防爆門的開啟及復(fù)位問題，排除通風(fēng)系統(tǒng)附屬設(shè)施的平安隱患，確保煤礦的平安生產(chǎn)，表達(dá)以人為本、和諧社會的理念。3.2.2構(gòu)造原理把出風(fēng)口圓形水槽做成方形，把現(xiàn)有的防爆門蓋改成鉸鏈開合式構(gòu)造，轉(zhuǎn)軸在側(cè)面，中間閉合。在出風(fēng)井口安裝一圈型鋼，門框的構(gòu)造為正方形，門框上安裝防爆門，防爆門為板式構(gòu)

41、造，左右各一扇，鉸鏈固定在門框上，門板和門框之間采用板式柔性橡膠條進(jìn)展密封，密封材料分別在左右門板上形成“口字密封環(huán)，當(dāng)合上防爆門時(shí)，礦井負(fù)壓使門板緊貼在門框上，從而形成密封，防止漏風(fēng)的產(chǎn)生。克制了液體密封的液體揮發(fā)和冬季凍結(jié)的問題，季節(jié)對密封影響小，也不需要補(bǔ)充液體。配重裝置采用和現(xiàn)有構(gòu)造相似，反風(fēng)裝置由電動(dòng)推桿，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成推桿的直線運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)推桿機(jī)體設(shè)有保護(hù)裝置，當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到行程開關(guān)設(shè)定的極限位置或超過其額定推(拉)力時(shí)，電動(dòng)推桿自動(dòng)停機(jī)，到達(dá)過載保護(hù)目的，使裝置不致因過載而損壞。該裝置可以通過電纜對防爆門進(jìn)展遠(yuǎn)程控制，當(dāng)需要反風(fēng)時(shí)，開動(dòng)電動(dòng)推桿，頂住防爆門，實(shí)現(xiàn)鎖緊，平時(shí)工作時(shí)，

42、關(guān)閉電動(dòng)推桿機(jī)，推桿縮回，實(shí)現(xiàn)防爆門的防爆功能。使煤礦防爆門蓋在爆炸沖擊波的作用下開啟后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。其構(gòu)造原理如下列圖所示。圖3.2-1 防爆門正常工作狀態(tài)圖3.2-2 反風(fēng)時(shí)防爆蓋工作狀態(tài)圖3.2-3 發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)防爆蓋翻開狀態(tài)3.2.3構(gòu)造組成自動(dòng)復(fù)位防爆門構(gòu)造由根本主體設(shè)施和自動(dòng)復(fù)位設(shè)施兩大局部組成。其中，根本主體設(shè)施包括：防爆門底部框架、配重裝置、密封裝置等；自動(dòng)復(fù)位設(shè)施包括：電動(dòng)推桿和限位裝置等。防爆門底部有一圈槽鋼焊接而成，形成一個(gè)方形門框，門框和改造后的方形井筒口預(yù)埋的鋼板焊接而成，門框的側(cè)面為一三角形擋板，門框的中央焊有一根方鋼，方鋼兩側(cè)焊有平板，解決了左右兩塊門框組裝時(shí)

43、中央結(jié)合處合縫和密封的問題，同時(shí)，由于每根槽鋼的型號一樣，相互之間連接是焊接，加工工藝簡單，門框上與門板相結(jié)合的面的平面度容易保證。門板為正方形，左右各一扇，材料為1Cr13不銹鋼鋼板及角鋼組成，相互之間焊接組成門板，縱橫方向各設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋板，使門板有足夠的抵抗壓力變形的能力；同樣，因構(gòu)造簡單方便，門板外表的平面度容易保證，見圖所示。防爆門的自動(dòng)復(fù)位裝置采用安裝在固定支座上的電動(dòng)推桿，電動(dòng)、電液系列推桿適用于往復(fù)推、拉直線或往復(fù)旋轉(zhuǎn)一定角度運(yùn)動(dòng)，可用于上升，下降或夾緊工作物的場所，也可用于遠(yuǎn)距離及高空危險(xiǎn)地區(qū)，并可和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展集中程序控制。電機(jī)通過1對齒輪減速后,帶動(dòng)螺桿在螺母中作旋轉(zhuǎn)和推

44、拉的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成螺桿的直線運(yùn)動(dòng)，將電機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為推桿的推拉動(dòng)作進(jìn)而完成風(fēng)門的啟閉。電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)電機(jī)齒輪上的蝸桿相應(yīng)也作正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而蝸桿又帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使蝸輪的小絲桿作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，絲桿移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過調(diào)節(jié)螺釘推動(dòng)限位杠桿壓下微動(dòng)行程開關(guān)切斷電源,指揮電機(jī)停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)限位功能。要調(diào)節(jié)電動(dòng)推桿的行程，可由以下步驟實(shí)現(xiàn)：大圍調(diào)節(jié)行程可通過將1個(gè)撥桿撥出，使限位杠桿外，由于限位螺桿的行程增大使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間加長從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)推桿的行程增大。與此類似，將撥桿壓入便可使電動(dòng)推桿的行程減小。小圍調(diào)節(jié)行程則由調(diào)整行程調(diào)節(jié)螺釘?shù)奈恢脤?shí)現(xiàn)。電動(dòng)推桿機(jī)體設(shè)有保護(hù)裝置，當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到行

45、程開關(guān)設(shè)定的極限位置或超過其額定推(拉)力時(shí)，電動(dòng)推桿自動(dòng)停機(jī)，到達(dá)過載保護(hù)目的，使裝置不致因過載而損壞。防爆電動(dòng)推桿的特點(diǎn)(1) 構(gòu)造緊湊。防爆電動(dòng)推桿本身集動(dòng)力與減速于一身，其整體構(gòu)造緊湊，體積小(比方行程1 m，推力10000 N的防爆電動(dòng)推桿外形尺寸僅為1758310455 mm)。(2) 經(jīng)濟(jì)性好。防爆電動(dòng)推桿造價(jià)低，節(jié)電效果好，與其它氣動(dòng)、液動(dòng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，其造價(jià)可以節(jié)省數(shù)到數(shù)十倍，并可省去許多復(fù)雜管路。由于電動(dòng)推桿只須在數(shù)秒耗用電能，功率消耗與氣動(dòng)、液壓機(jī)構(gòu)相比，只有其幾十分之一,同時(shí)可節(jié)省壓風(fēng)機(jī)、油泵等輔助設(shè)備，考慮到電動(dòng)推桿含有過載、限位等保護(hù)作用，還可節(jié)省這方面的資金，且

46、1套電動(dòng)推桿及其它配件、材料的總投資還不到7000元，初期投資及運(yùn)行費(fèi)用都較低，因此電動(dòng)推桿有很好的經(jīng)濟(jì)性。(3) 控制簡單。防爆電動(dòng)推桿可以很容易實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制。3.3防爆門根本主體設(shè)施的設(shè)計(jì)防爆門的原始數(shù)據(jù)參數(shù)五陽煤礦西風(fēng)井原有防爆蓋周長為1710cm，直徑：5370mm，拉線柱高275cm。在實(shí)際工作時(shí)，防爆蓋所受負(fù)壓為280mm水柱。1mm水柱等于9.8Pa。則為2744Pa。通風(fēng)機(jī)參數(shù)：靜壓2648Pa，流量5400m3/min,轉(zhuǎn)速590r/min，電機(jī)功率480kw，型號為2K60-4N.28。西風(fēng)井井筒的參數(shù)：西風(fēng)井直徑4m，風(fēng)流量6000m3/min。實(shí)際設(shè)計(jì)防爆門最

47、大為5586mm防爆蓋的受力分析主風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)轉(zhuǎn)后，防爆門單個(gè)門體開場啟動(dòng)時(shí)受力有4個(gè)，如圖3.3-4所示：圖3.3-4 防爆門開啟時(shí)受力分析圖-防爆門的自重；-井蓋上下兩側(cè)的壓力差；兩個(gè)配重通過滑輪對防爆門的拉力，為保持井蓋的受力均衡，兩個(gè)配重應(yīng)相等。；為與水平面的夾角。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定防爆門在密閉位置時(shí)的角度。防爆門開啟向上運(yùn)動(dòng)過程是一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)的過程，在開啟時(shí)，依靠拉力獲得一定加速度a，在向上運(yùn)動(dòng)過程中壓差力設(shè)為F隨著井蓋上下兩側(cè)的靜壓變化而變化，拉力在垂直方向分力設(shè)為F隨拉力與水平面的夾角的變化而變化。因受力變化的影響，防爆門的運(yùn)動(dòng)過程可分為兩個(gè)階段：第一階段，在平衡點(diǎn)以下是加速度先增

48、大后減少的運(yùn)動(dòng)；平衡點(diǎn)以上是加速度變化的減速運(yùn)動(dòng)。在計(jì)算中，只對平衡點(diǎn)以下進(jìn)展研究，在誤差允許的圍對其進(jìn)展簡化計(jì)算，平衡點(diǎn)以下運(yùn)動(dòng)按初始加速度為a的均勻加速運(yùn)動(dòng)計(jì)算，其中的角度隨著井蓋的翻開而增大。配重的計(jì)算1.約束條件根據(jù)有關(guān)規(guī)定及以上分析，主扇停頓運(yùn)轉(zhuǎn)后，依靠配重自動(dòng)翻開防爆門應(yīng)滿足如下約束條件：123 4式中：單個(gè)配重產(chǎn)生的拉力，N；開啟時(shí)防爆門上下壓力差，N；開啟時(shí)拉力與水平方向的夾角；單扇防爆門的自重，N；單扇防爆門的質(zhì)量，kg；單扇防爆門的角加速度，m/s2；I防爆門的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2配重作用點(diǎn)與防爆門板的距離 mm防爆門板的邊長 mm主扇停頓到防爆門開啟的時(shí)間，min；防爆門

49、開啟到所用時(shí)間，min；防爆門必須開啟的最小角度，；主扇停頓到防爆門翻開至的最長時(shí)間，min；防爆門配置鋼絲繩拉力與水平方向夾角防爆門板和水平方向角度約束條件說明：1是保證防爆門開啟時(shí)有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，以便在規(guī)定的時(shí)間將防爆門開啟角度到達(dá)位置；2、3是保證主扇停頓后井蓋門的翻開時(shí)間小于規(guī)定時(shí)間；4是保證主扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)井蓋門處于氣密位置；5是保證防爆門翻開時(shí)的平衡點(diǎn)高于應(yīng)翻開的最小角度。2.根底數(shù)據(jù)測算1防爆門的自重G防爆門門板為鋼鐵構(gòu)造的組合體，該數(shù)據(jù)可以查設(shè)計(jì)資料得知，也可以根據(jù)材料用量進(jìn)展計(jì)算。本次所設(shè)計(jì)的防爆門構(gòu)造如下列圖所示，其材料采用1Cr13，重量為：2640KG。圖3.3-5

50、防爆門門板構(gòu)造圖2壓差力、壓差的大小與防爆門上下側(cè)的壓力差與防爆井蓋的受力水平面積成正比即：式中 壓力差，N；防爆門外側(cè)靜壓差，Pa；防爆門的受力水平面積，m2。井蓋外靜壓差通過實(shí)測獲得，因風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，靜壓差P是相對穩(wěn)定不變的；而主扇停頓后，P迅速變化，其測定方法是靠近井蓋下部，在風(fēng)井壁上打一個(gè)小孔安裝皮托管測定也可以在風(fēng)井平安出口的兩道風(fēng)門外側(cè)測定，測定時(shí)間應(yīng)選擇冬季溫差較大的時(shí)間進(jìn)展此時(shí)壓差大，可保證設(shè)計(jì)可靠，根據(jù)實(shí)測，選擇壓差最大的一組數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。P的取值時(shí)間早晚是關(guān)系井蓋能否及時(shí)被翻開的關(guān)鍵，過早則計(jì)算配重過大，會造成關(guān)閉井蓋困難，過晚則失去意義，也是平安生產(chǎn)所不允許的。屢

51、次觀察，主風(fēng)機(jī)停頓后人工操作翻開井蓋需5min，風(fēng)門自動(dòng)翻開的時(shí)間必須在5min才有實(shí)際意義，因此t=5min，由于主風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)轉(zhuǎn)后，井蓋外壓力差迅速下降。在3min以后變化較小，P的取值時(shí)間為3min最為適宜。經(jīng)過測定主扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 防爆門外壓力差P=280mm水柱=2744Pa。防爆門為矩形，其邊長分別為5966mm及4160mm則S=5.9664.16=24.818m2因此F0=PS=681021N3、根據(jù)設(shè)計(jì)，取值可知,=750根據(jù)設(shè)計(jì)和提到時(shí)的位置，=700。3.配重計(jì)算將實(shí)測數(shù)據(jù)代入以上各式，計(jì)算求得F的取值圍。 N滑輪兩邊的鋼絲繩與配重拉桿相差為5kg拉桿端重，因此每個(gè)配重的選

52、擇圍是滑輪的摩擦力忽略不計(jì)： N由于單扇防爆門分別由兩個(gè)重錘裝置組成，對于單個(gè)重錘裝置，也即F1及F2的取值分別為： N N N重錘采用鑄鐵鑄造，每個(gè)重物重量44.6KG/件，則對于單個(gè)重錘裝置需要掛11件。防爆門開啟到完全翻開，是一個(gè)加速度，對緩沖裝置沖擊很大，所以在重錘裝置上做一個(gè)緩沖板，使重錘落下時(shí)候，能減少局部重錘重量，使得緩沖裝置承受的力不是太大，其構(gòu)造圖見圖3.3-6圖3.3-6 防爆門重錘裝置鋼絲繩與防爆門門體等關(guān)鍵部位的連接對防爆門的可靠性和易用性有著重要影響，其具體連接方式如圖3.3-7所示。它由鋼絲繩夾30，索具套環(huán)31構(gòu)成，通過銷軸與聯(lián)接耳連接。連接耳焊接在防爆門門板上。

53、升降鋼絲繩與門體，都采用該鋼絲繩卡套。7-鋼絲繩；30-鋼絲繩夾；31-索具套環(huán)圖3.3-7鋼絲繩卡套的構(gòu)造反風(fēng)自動(dòng)鎖緊裝置的設(shè)計(jì)1. 反風(fēng)自動(dòng)鎖緊裝置防爆門反風(fēng)鎖緊裝置由電動(dòng)推桿、壓桿、導(dǎo)輥、壓輥、底座和支架等組成?？焖俜达L(fēng)鎖緊裝置的構(gòu)造有鎖緊和解鎖兩種狀態(tài)。通過控制電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)防爆門的自動(dòng)鎖緊與解鎖。2.自動(dòng)開啟與復(fù)位裝置防爆門的自動(dòng)開啟與復(fù)位分為兩種情況：風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)的開啟與復(fù)位和爆炸沖擊時(shí)的開啟與復(fù)位，相應(yīng)地，防爆門自動(dòng)開啟與復(fù)位裝置包括風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)的開啟與復(fù)位裝置和爆炸沖擊時(shí)的開啟與復(fù)位裝置?！懊旱V平安規(guī)程規(guī)定“：“生產(chǎn)礦井主要通風(fēng)機(jī)必須裝有反風(fēng)設(shè)施，并能在10min改變巷道中的風(fēng)流方向

54、。該鎖緊器的特點(diǎn)是可遙控自動(dòng)鎖緊，鎖緊時(shí)間短，僅需幾秒鐘即可完成鎖緊的全部操作。假設(shè)通風(fēng)機(jī)本身無故障，可以在10min或更短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。防爆門反風(fēng)鎖緊裝置由電動(dòng)推桿、壓桿、導(dǎo)輥、壓輥、底座和支架等組成?？焖俜达L(fēng)鎖緊裝置的構(gòu)造有鎖緊和解鎖兩種狀態(tài)，分別見圖3.3-8，圖3.3-9。32-電動(dòng)推桿 ；33 -壓桿；34-導(dǎo)輥；35-壓輥；36-防爆門板；37-底座及支架圖3.3-8 反風(fēng)鎖緊裝置的解鎖狀態(tài)32-電動(dòng)推桿 ；33 -壓桿；34-導(dǎo)輥；35-壓輥；36-防爆門板；37-底座及支架圖3.3-9 反風(fēng)鎖緊裝置的鎖緊狀態(tài)電動(dòng)推桿的推桿與壓桿鉸接，壓桿上、下方有導(dǎo)輥?zhàn)魉綄?dǎo)向。壓桿前端有壓

55、輥、楔形塊焊接在門體上。底座及支架為電動(dòng)推桿和導(dǎo)輥等提供固定支承。當(dāng)?shù)V井需要反風(fēng)，要求防爆門處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)推桿，推動(dòng)壓桿，壓桿在上下導(dǎo)輥的水平導(dǎo)向下，使安裝在壓桿前端的壓輥壓緊防爆門，使防爆門處于鎖緊狀態(tài)。當(dāng)防爆門需要處于解除鎖狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)推桿使其收縮，拉動(dòng)壓桿，壓輥與防爆門門板脫離，使防爆門處于復(fù)位解鎖狀態(tài)。電動(dòng)推桿剛開場推動(dòng)防爆門門板時(shí)推力最大，所以在安裝電動(dòng)推桿時(shí)把電動(dòng)推桿后部抬高，使伸出端和門板接觸處的滾輪近似垂直于防爆門門板。如圖圖3.3-10圖3.3-10 電動(dòng)推桿的安裝位置3.電動(dòng)推桿的選型計(jì)算當(dāng)門全部翻開時(shí)，重力沒有作用，此時(shí)的推桿受力為最大，忽略轉(zhuǎn)軸的靜摩擦力，

56、受力分析如下：以上圖的數(shù)值均為力矩平衡的條件下得出。向上的為重錘的拉力：向左的為電動(dòng)推桿的推力。選擇DT2500最大推力為2500kg,行程為1300mm的電動(dòng)推桿就能滿足需要。公式：F1*R1+F2*R2=0圖3.3-11 電動(dòng)推桿的推力計(jì)算 .防爆門門板在正常工作時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算防爆門門板三維構(gòu)造如下列圖所示，按照防爆門工作時(shí)所受到的負(fù)壓為280mm水柱。1mm水柱等于9.8Pa。則為2744Pa。防爆門面積最大為：26平米，則防爆門受到的最大壓力為：71344N,(本分析按照10倍最大壓力，即713440N施加載荷),采用有限元分析，經(jīng)過分析計(jì)算防爆門在工作情況下，門板最大受力變形在防爆門門

57、板的中部，其最大變形量為0.04mm，屬于輕微彈性變形，證明該防爆門在正常工作條件下，防爆門幾乎不變形。其變形云圖如圖3.3-12所示。圖3.3-12 防爆門門板正常工作受負(fù)壓變形云圖防爆門的密封問題密封方法：門板與門框之間采用柔性板式橡膠條進(jìn)展密封，用鐵壓條和螺栓將橡膠條固定在門板上，左、右門板正面沿外邊緣一周均裝有密封橡膠條，橡膠條在兩端均加工成45o，用氯丁橡膠粘接劑(813)粘接，使密封材料分別在左右門板上形成“口字密封環(huán)；當(dāng)合上防爆門時(shí)，礦井負(fù)壓使門板緊貼在門框上，從而形成密閉，防止漏風(fēng)的產(chǎn)生。門板轉(zhuǎn)軸與支座之間采用間隙配合，考慮了足夠的調(diào)整間隙，當(dāng)密封橡膠條磨損，其高度尺寸變小時(shí)，

58、在負(fù)壓作用下，依然可保證密封橡膠條緊帖門框，使防爆門的密封性不受影響；如果使用時(shí)間長或其它原因造成橡膠條變形、損壞，使防爆門的密封性降低而產(chǎn)生漏風(fēng)，可以很方便地松開螺絲，更換橡膠條，從而恢復(fù)防爆門的密封性。密封膠條采用中空構(gòu)造，這樣便于抵消鋼板的微變形并有一定壓縮量，保證密封可靠，其密封條構(gòu)造見圖3.3-13鋼板中空密封條圖3.3-13 防爆門密封條構(gòu)造防爆門的檢修時(shí)開啟問題防爆門檢修時(shí)，需要關(guān)閉主扇，然后通過一個(gè)可以電機(jī)拉動(dòng)防爆門，使其能快速翻開防爆門，其構(gòu)造見圖3.3-14圖3.3-14 防爆門檢修開啟電機(jī)防爆門的橫梁及側(cè)板防爆門側(cè)板固定在底座上，側(cè)板采用鋼板及加強(qiáng)筋焊接而成，側(cè)板邊和底面

59、角度為450。為了便于安裝，并保證不影響停機(jī)時(shí)間太長，橫梁采用可拆卸構(gòu)造，橫梁和側(cè)板之間用橡膠板密封，橫梁下端采用絎架構(gòu)造，其構(gòu)造分別圖3.3-15及圖3.3-16。圖3.3-15 防爆門側(cè)板圖3.3-16 防爆門橫梁3.4新型防爆門的技術(shù)特點(diǎn)本方案設(shè)計(jì)的防爆門除了具有通用防爆門的特點(diǎn)之外，還具有其自己的獨(dú)特功能和技術(shù)特點(diǎn)，主要有：改良后的新型防爆門經(jīng)使用到達(dá)設(shè)計(jì)要求，主要有以下特點(diǎn)：密封采用膠皮密封，密封面寬，能有效密封，確保不漏風(fēng)。克制了液體密封的液體揮發(fā)和冬季凍結(jié)的問題，季節(jié)對密封影響小，也不需要補(bǔ)充液體。克制了密封的液體對防爆門的腐蝕。防爆門開啟更加容易，為防爆門安裝的平衡重物可以比液

60、體密封時(shí)輕，因?yàn)橐后w密封時(shí)，通風(fēng)機(jī)停頓運(yùn)行后，防爆門開啟時(shí)平衡重物除了要克制防爆門本身重力外，還要克制液體在防爆門外液面上下產(chǎn)生的力。風(fēng)機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)能比擬容易關(guān)閉風(fēng)門。防爆門的反風(fēng)裝置采用能遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)推桿，能對防爆門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖緊，快速實(shí)現(xiàn)防爆門的鎖緊，自動(dòng)鎖緊和解鎖操作時(shí)間均為5s，滿足巷道反風(fēng)的時(shí)間要求。3.5小結(jié)本方案設(shè)計(jì)完成了以下幾項(xiàng)任務(wù)：1.防爆門主體設(shè)施的設(shè)計(jì)；2.防爆門的密封設(shè)計(jì)，采用新型密封膠皮設(shè)計(jì)，克制了液體密封的液體揮發(fā)和冬季凍結(jié)的問題，季節(jié)對密封影響小，也不需要補(bǔ)充液體。3. 通過防爆門蓋的受力分析，對防爆門的配重進(jìn)展了計(jì)算，使之更為準(zhǔn)確合理；4.實(shí)現(xiàn)了防爆門反風(fēng)時(shí)的自