為了加快完善礦山應(yīng)急救援體系的建設(shè)，zui大限度地減少事故損失和人員傷亡，我國(guó)正在大力推廣井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)，并且強(qiáng)制要求 3 年之內(nèi)覆蓋所有的礦山企業(yè)。作為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施之一的避難硐室，可為逃生人員提供一個(gè)保障生命安全的密閉空間，對(duì)外能夠抵抗baozha沖擊、抵御高溫?zé)煔狻⒏艚^有毒有害氣體，對(duì)內(nèi)可以提供 O2、食物、水，以及去除有毒有害氣體，創(chuàng)造生存的基本條件，為應(yīng)急救援贏得時(shí)間。
避難硐室防護(hù)密閉門(mén)作為生命保障工程的第 1 道關(guān)鍵防線———避難硐室的防護(hù)密閉門(mén)，對(duì)于避難硐室實(shí)現(xiàn)上述功能，起著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)有的防護(hù)密閉門(mén)多用于防水閘門(mén)及人防工程，還沒(méi)有專門(mén)用于礦山緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的，其普遍存在以下不足: 整體抗沖擊性能較差; 開(kāi)啟和閉鎖費(fèi)力費(fèi)時(shí)，不夠靈活、快速; 開(kāi)關(guān)門(mén)的鎖緊機(jī)構(gòu)容易松動(dòng); 沒(méi)有設(shè)計(jì)隔熱結(jié)構(gòu)和觀察窗等。為此，中煤科工集團(tuán)重慶研究院研制了一種新型的具備集抗壓、密閉、隔熱 3 種功能于一體，適用于井下避難硐室的鋼制式快速防護(hù)密閉門(mén)。
避難硐室防護(hù)密閉門(mén)總體設(shè)計(jì)
防護(hù)密閉門(mén)的總體設(shè)計(jì)依據(jù)為《井下避難硐室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)管理規(guī)定》、《煤礦井下避難所試點(diǎn)建設(shè)基本要求》及《煤礦井下避難硐室建設(shè)管理暫行規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。避難硐室主要功能是在井下發(fā)生災(zāi)害事故時(shí)，為無(wú)法及時(shí)撤離的遇險(xiǎn)人員提供生命保障。因此，避難硐室防護(hù)密閉門(mén)設(shè)計(jì)時(shí)采用向外開(kāi)啟的兩道門(mén)結(jié)構(gòu)。考慮到觀察方便及安全因素，兩道門(mén)都設(shè)有觀察窗。外側(cè)第 1 道門(mén)采用能抵擋不低于 1． 0 MPa 的沖擊壓力，且能阻擋有毒有害氣體的防護(hù)密閉門(mén); 內(nèi)側(cè)第 2 道門(mén)采用能抵擋不低于 0． 3 MPa 的沖擊壓力，且能阻擋有毒有害氣體的密閉門(mén)，應(yīng)確保在整個(gè)額定防護(hù)時(shí)間內(nèi)，避難硐室內(nèi)部的空氣壓力始終高于外部環(huán)境空氣壓力 100 Pa 以上。同時(shí)為了抵御高溫?zé)煔猓趦傻篱T(mén)夾層中充填絕熱性能好的隔熱材料。
該新型鋼制防護(hù)密閉門(mén)總體結(jié)構(gòu)主要由門(mén)扇、門(mén)框、閉鎖機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、鉸鏈等構(gòu)成門(mén)扇與門(mén)框由鉸鏈連接，門(mén)扇與門(mén)框之間的密封是通過(guò)閉鎖裝置的可調(diào)節(jié)鎖緊力壓緊橡膠膠條變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。門(mén)的開(kāi)閉是通過(guò)手輪帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)組，齒輪傳動(dòng)組再帶動(dòng)六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)限位裝置調(diào)節(jié)六連桿運(yùn)動(dòng)行程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)防護(hù)密閉門(mén)抵抗沖擊、開(kāi)關(guān)靈活、密閉可靠的功能，抗沖擊結(jié)構(gòu)、隔熱結(jié)構(gòu)、閉鎖機(jī)構(gòu)以及密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
2． 1 抗沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
外側(cè)防護(hù)密閉門(mén)對(duì)抗沖擊性能要求較高，門(mén)扇設(shè)計(jì)為鋼制式梁板結(jié)構(gòu)，采用*的具有一定弧度的低合金高強(qiáng)度鋼 16Mn 材質(zhì)的弧形殼板與弧形加強(qiáng)支撐板、固定板組合焊接的方式加工而成。弧形門(mén)扇俯視剖面結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
1—弧形殼板; 2—固定板; 3—加強(qiáng)支撐板; 4—隔熱棉。
圖 2 弧形門(mén)扇俯視剖面結(jié)構(gòu)圖
與傳統(tǒng)的平面形狀殼板相比，弧形殼板抵抗baozha沖擊的能力更強(qiáng)。其力學(xué)原理: 作用在弧形殼板上的任意方向上的baozha沖擊力可以分解為 2 個(gè)分力，一個(gè)是垂直于弧形殼板的分力，另一個(gè)是平行于弧形殼板切線的分力。平行于弧形切線的分力由于對(duì)稱，互相抵消，zui終作用于弧形殼板的力就分解為垂直作用于門(mén)體的力，其小于原來(lái)的作用力，該弧形結(jié)構(gòu)削弱了baozha沖擊力。在門(mén)扇內(nèi)部設(shè)計(jì)橫向支撐板與縱向支撐板形成梁格與固定板組合焊接的結(jié)構(gòu)，內(nèi)外板面材料均選用低合金高強(qiáng)度鋼，起到支撐加固的作用，保證有較高的強(qiáng)度，整體結(jié)構(gòu)剛性好，具有較強(qiáng)的抵抗baozha沖擊的能力。
針對(duì)防護(hù)密閉門(mén)抗沖擊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，用專業(yè)有限元分析軟件對(duì)該防護(hù)密閉門(mén)簡(jiǎn)化三維模型進(jìn)行了有限元模擬分析。通過(guò)對(duì)防護(hù)密閉門(mén)的正面加載 1 MPa 的靜壓沖擊載荷、對(duì)門(mén)扇四周施加簡(jiǎn)化約束、劃分網(wǎng)格及局部應(yīng)力集中處細(xì)化網(wǎng)格、求解器求解等步驟，得到弧形門(mén)扇的靜態(tài)位移、應(yīng)變、應(yīng)力分析結(jié)果
從以上節(jié)點(diǎn)靜態(tài)位移、應(yīng)變、應(yīng)力分析圖可以看出: 應(yīng)用有限元分析軟件進(jìn)行模擬分析時(shí)，對(duì)防護(hù)密閉門(mén)加載的是正面沖擊的靜壓載荷，得到的結(jié)果是其應(yīng)力、應(yīng)變均較小，均在礦用產(chǎn)品要求的許用應(yīng)變、應(yīng)力安全范圍之內(nèi)。在煤礦井下baozha的環(huán)境下，防護(hù)門(mén)受到的是側(cè)面瞬時(shí)沖擊破壞，baozha沖擊力遠(yuǎn)小于正面沖擊，作用時(shí)間也極短。因此，有限元分析結(jié)果可以證明該防護(hù)密閉門(mén)的抗沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全的
2 閉鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
該防護(hù)密閉門(mén)閉鎖裝置主要由手輪轉(zhuǎn)軸組、齒輪傳動(dòng)組、多連桿機(jī)構(gòu)、鍥型墊塊機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，見(jiàn)圖 6。防護(hù)密閉門(mén)的兩側(cè)均設(shè)置手輪，可實(shí)現(xiàn)硐室內(nèi)外開(kāi)閉的功能。手輪轉(zhuǎn)軸組由手輪、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸座等組成; 齒輪傳動(dòng)組由一定傳動(dòng)比的主動(dòng)小齒輪和從動(dòng)大齒輪組成; 多連桿機(jī)構(gòu)由短連桿、左右連桿焊接組、轉(zhuǎn)動(dòng)塊依次鉸接而成。
門(mén)的開(kāi)閉方式: 門(mén)閉鎖時(shí)，給手輪組施加順時(shí)針?lè)较蛲饬兀州喗M轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng)齒輪座上的大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪再帶動(dòng)與其鉸接的2 個(gè)短連桿平面運(yùn)動(dòng)，2 個(gè)短連桿各自驅(qū)動(dòng)從動(dòng)的左、右連桿焊接組運(yùn)動(dòng)，左、右連桿焊接組牽引與其鉸接的左、右各 3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)塊圍繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成了一個(gè)聯(lián)動(dòng)的多連桿六點(diǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)，6 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)塊一端的自潤(rùn)滑軸承同時(shí)沿著 6 個(gè)鍥型墊塊的斜面滾動(dòng)，直至被鍥型墊塊的臺(tái)階限位，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)閉鎖的過(guò)程。開(kāi)啟門(mén)時(shí)，就是給手輪施加逆時(shí)針?lè)较蛲饬兀^(guò)程同上。
閉鎖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)多連桿六點(diǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)，即: 小齒輪帶動(dòng)大齒輪省力機(jī)構(gòu)和六點(diǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)的自潤(rùn)滑軸承沿鍥型墊塊斜面滾動(dòng)，摩擦阻力小，使得該門(mén)開(kāi)閉靈活。通過(guò)主動(dòng)小齒輪與從動(dòng)大齒輪傳動(dòng)比的合理匹配，省時(shí)省力。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還起到了鎖緊防松的作用: 門(mén)閉鎖時(shí)，在有外力干擾，小齒輪小角度范圍轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，不會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)大齒輪較大行程，從而對(duì)六連桿運(yùn)動(dòng)行程影響
·42· 較小，有效地保證了防護(hù)密閉門(mén)鎖緊可靠。并通過(guò)限位銷在大齒輪條形槽中滑動(dòng)，控制大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的行程，從而控制和調(diào)節(jié)整個(gè)閉鎖機(jī)構(gòu)的行程，避免多連桿機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動(dòng)的死點(diǎn)位置。
2． 3 密封、隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)門(mén)扇上設(shè)有一觀察窗，觀察窗座內(nèi)的鋼化玻璃在壓板的擠壓作用下，通過(guò)密封圈與結(jié)合部位進(jìn)行密封。手輪轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸座連接處通過(guò)密封圈進(jìn)行密封。
2)門(mén)扇與門(mén)框的密封采用以下形式: 門(mén)框邊緣焊接的矩形管與隔板形成密封槽，門(mén)扇對(duì)應(yīng)的一側(cè)用膠粘貼硅橡膠材質(zhì)的矩形密封膠條，當(dāng)門(mén)扇關(guān)閉時(shí)，門(mén)框上的金屬壓條擠壓矩形密封膠條，膠條在門(mén)框與門(mén)扇結(jié)合的密閉槽部位被壓縮變形，能起到理想的密封效果。
3)防護(hù)密閉門(mén)隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下: 門(mén)扇內(nèi)部各支撐板夾層中間均勻地填充傳熱系數(shù)低的隔熱棉材料，門(mén)框四周也用螺釘固定隔熱塊。對(duì)外界高溫?zé)煔馄鸬搅擞行У母艚^作用。
3 樣機(jī)試驗(yàn)
防護(hù)密閉門(mén)的樣機(jī)試制完成后，在重慶奉節(jié)草坪煤礦井下進(jìn)行了安裝使用。在井下安裝時(shí)，將門(mén)墻周邊掏槽，門(mén)框邊緣焊接了若干固定鉤，門(mén)與墻體進(jìn)行混凝土整體澆筑，以保證氣密性樣機(jī)在避難硐室安裝后，對(duì)門(mén)的閉鎖機(jī)構(gòu)、密封性等功能要求進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，并成功地通過(guò)了驗(yàn)收。結(jié)果表明，該門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)
