【摘要】：我國(guó)煤礦現(xiàn)行風(fēng)井防爆門存在嚴(yán)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(wú)法復(fù)位,導(dǎo)致礦井災(zāi)后通風(fēng)恢復(fù)困難,并最終造成事故擴(kuò)大化。圍繞煤礦立風(fēng)井防爆門的安全防護(hù)問題,本文采用調(diào)查分析、實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論計(jì)算相結(jié)合的方法,綜合運(yùn)用爆炸力學(xué)、流體力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科知識(shí),研究了防爆門爆炸荷載計(jì)算方法、井下沖擊波預(yù)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(shè)計(jì)等科學(xué)技術(shù)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(chǔ)上,根據(jù)防爆門被沖飛高度和主通風(fēng)機(jī)葉片破壞荷載這兩個(gè)反映爆炸沖擊強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,建立了防爆門爆炸荷載的間接計(jì)算方法,并提出將超壓峰值300 kPa、持續(xù)作用時(shí)間20 ms的三角形荷載確定為防爆門抗爆設(shè)計(jì)的參考值。為降低防爆門的抗爆設(shè)計(jì)難度,并增強(qiáng)通風(fēng)機(jī)等設(shè)施的安全防護(hù)水平,提出了利用盲巷、繞巷等預(yù)先消減井下沖擊波的方法和觀點(diǎn),并在大量數(shù)值模擬驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,探索出盲巷、繞巷等消波方法的特點(diǎn)、規(guī)律及關(guān)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(shí)間、空間上改變了沖擊波的能量分布,對(duì)沖擊波能量的時(shí)空分布起到了均化作用。模擬試驗(yàn)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(fēng)井防爆門在泄爆過(guò)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(shì)存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(huì)影響防爆門正常復(fù)位;緩沖體的回彈力是推動(dòng)防爆門復(fù)位的重要?jiǎng)恿?而沖擊波波后氣流的沖擊作用則對(duì)防爆門復(fù)位起阻滯和緩沖作用;通風(fēng)負(fù)壓對(duì)門體復(fù)位后的殘余變形有重新展平作用,對(duì)減少災(zāi)后井口漏風(fēng)有利等等。研究揭示了所發(fā)明的新型立風(fēng)井防爆門在爆炸沖擊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征和規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了其中的關(guān)鍵構(gòu)件和薄弱環(huán)節(jié),并通過(guò)反復(fù)改進(jìn)和驗(yàn)證,形成了“導(dǎo)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(fēng)井防爆門設(shè)計(jì)方案。導(dǎo)向緩沖防爆門的門體抗彎剛度和導(dǎo)向框架慣性作用是制約其抗爆性能的關(guān)鍵因素;雙門式防爆門的門軸合頁(yè)、柔性緩沖墻及其上方橫梁是其關(guān)鍵構(gòu)件,決定著防爆門的抗爆性能和自動(dòng)復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)向緩沖防爆門具有框架式導(dǎo)向方式、傘型緩沖和限位機(jī)構(gòu)、平面圓蓋式門體結(jié)構(gòu)等技術(shù)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(shù)特點(diǎn)。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(fù)位等關(guān)鍵功能可靠,在大直徑風(fēng)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(fēng)井爆炸沖擊波防護(hù)方法和理論,增強(qiáng)了煤礦風(fēng)井防爆門領(lǐng)域中共性科學(xué)技術(shù)問題的研究基礎(chǔ),對(duì)促進(jìn)煤礦風(fēng)井防爆門安全防護(hù)理論和技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD726
【圖文】：

通風(fēng)是極端重要的，假如通風(fēng)不能恢復(fù)，則任何為保護(hù)主通都將毫無(wú)意義；制定主通風(fēng)機(jī)爆炸后恢復(fù)方案時(shí)，時(shí)間是首復(fù)通風(fēng)是第一位的，低效率、低風(fēng)量、漏風(fēng)等等在緊急情況于防爆門開啟壓力，推薦設(shè)定為 5kPa 或更低，該指標(biāo)高于kPa，低于 NFPA68 標(biāo)準(zhǔn)推薦的 28kPa，更符合煤礦地面風(fēng)（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(fēng)機(jī)[37]Fig. 1-3 The surface back-up fan in Pike River mine圖 1-4 可復(fù)用防爆門Fig. 1-4 survivable explosion panels屬鉸鏈防爆門，國(guó)外還提出了一種更為可靠的防爆8]

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋維賓;孫玉寧;;煤礦立風(fēng)井防爆門發(fā)展現(xiàn)狀分析[J];中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2015年06期

2 秦強(qiáng);董玉革;徐旭昭;吳方應(yīng);;同步配重式立井防爆門的研究設(shè)計(jì)[J];煤炭工程;2015年01期

3 尉存娟;譚迎新;胡雙啟;侯萬(wàn)兵;;瓦斯爆炸誘導(dǎo)瓦斯-煤塵二次爆炸的試驗(yàn)研究[J];中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào);2014年12期

4 戎立帆;穆朝民;王海露;王朝成;;φ800爆炸激波管試驗(yàn)段反射壓力與裝藥量的關(guān)系研究[J];爆破;2014年02期

5 楊剛;;礦井新型防爆蓋的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];煤炭工程;2014年05期

6 楊澤民;李娜;朱紅濤;;備用防爆蓋自動(dòng)復(fù)位裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J];煤礦機(jī)械;2014年02期

7 羅星娜;黃平;錢新明;;礦用救生艙防爆門抗爆結(jié)構(gòu)安全性數(shù)值分析[J];高壓物理學(xué)報(bào);2013年06期

8 于水生;盧玉斌;蔡勇;;工程材料的應(yīng)變率效應(yīng)及其統(tǒng)一模型[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2013年S1期

9 李江;李付國(guó);薛鳳梅;彭富華;袁戰(zhàn)偉;;7050高強(qiáng)鋁合金斷裂韌性及其影響因素研究[J];稀有金屬材料與工程;2013年09期

10 朱傳杰;林柏泉;江丙友;劉謙;洪溢都;孫豫敏;;煤礦瓦斯爆炸沖擊波多相破壞效應(yīng)研究[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 崔云霄;王萬(wàn)鵬;王雷元;許肖鋒;CAO Lei;WANG Chun-ming;;壓縮氣體驅(qū)動(dòng)大型激波管內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬[A];中國(guó)計(jì)算力學(xué)大會(huì)2014暨第三屆錢令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)大會(huì)論文集[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 朱傳杰;爆炸沖擊波前流場(chǎng)揚(yáng)塵特征及其多相破壞效應(yīng)[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2011年

2 程磊;受限空間煤塵爆炸沖擊波傳播衰減規(guī)律研究[D];河南理工大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 王忠龍;可快速更換的立井防爆蓋及其配套設(shè)備設(shè)計(jì)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

2 李俊;發(fā)泡聚乙烯緩沖性能的研究[D];浙江大學(xué);2010年

3 龐大芳;通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造技術(shù)及其在屯蘭礦的應(yīng)用研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2719775