礦用救生艙工作環(huán)境及艙體隔熱抗爆性能問題研究.pdf

1、我國煤礦事故率高,近年來煤礦事故頻發(fā),造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。國家高度重視,規(guī)定近期內(nèi)所有煤礦必須配備避難硐室、救生艙等緊急避險設(shè)備,全面提高我國煤礦安全技術(shù)水平。目前,我國礦用救生艙的研發(fā)正處于起步階段,此方面的研究和資料較少,尚未形成救生艙行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時由于進(jìn)行真實巷道爆炸實驗比較困難,且爆炸實驗成本很高,國內(nèi)部分礦用救生艙借鑒國外產(chǎn)品,而我國與國外的防護(hù)要求有很大不同,導(dǎo)致可移植性很差。自主研發(fā)缺乏相應(yīng)的理論支撐,使得救生艙

2、建造成本過高,實用性差,不利于救生艙的普及。所以要開發(fā)出既安全又經(jīng)濟的救生艙,必須在弄清楚救生艙工作環(huán)境的基礎(chǔ)上,從理論著手,形成一套完善的礦用救生艙的設(shè)計方法。
　　本文利用理論分析、數(shù)值模擬、實驗分析三種方法對煤礦巷道內(nèi)瓦斯爆炸環(huán)境進(jìn)行了研究,得到了爆炸瞬間巷道內(nèi)超壓、溫度的分布規(guī)律和爆炸后巷道內(nèi)溫度隨時間的變化規(guī)律,并進(jìn)一步應(yīng)用于救生艙隔熱性能和抗爆性能的研究,為救生艙的設(shè)計與優(yōu)化提供了借鑒。
　　首先,本文通過理論分

3、析和 Fluent數(shù)值模擬兩種方法對瓦斯爆炸傳播過程進(jìn)行了研究。提出了基于氣體爆炸動力學(xué)強沖擊波理論計算瓦斯爆炸超壓的修正方法,計算得到爆炸瞬間巷道內(nèi)超壓和溫度的分布情況,并與實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析,為進(jìn)一步分析巷道內(nèi)壓力與溫度的時空分布提供初始條件。
　　其次,利用MATLAB迭代求解所建立的巷道內(nèi)爆炸環(huán)境熱力學(xué)方程和基于Fluent軟件的非穩(wěn)態(tài)氣固耦合換熱分析兩種方法對煤礦瓦斯爆炸后巷道內(nèi)溫度變化規(guī)律進(jìn)行研究,對比分析兩種方法得

4、到的結(jié)果,總結(jié)歸納出爆炸后巷道內(nèi)溫度隨時間的變化規(guī)律。
　　再次,利用 Fluent軟件數(shù)值模擬了礦用救生艙在爆炸環(huán)境下的隔熱性能,分析了隔熱層厚度、巷道內(nèi)放置位置以及固定方式對救生艙隔熱效果的影響,并采用隔熱實驗進(jìn)行驗證。結(jié)合模擬的結(jié)果和實際現(xiàn)象,提出變隔熱能力救生艙的設(shè)想,給出具體方案并模擬了隔熱效果。
　　最后,利用ANSYS Workbench對救生艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗爆性能分析,根據(jù)所得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移等結(jié)果,不斷改進(jìn)救