煤礦井下救生艙及硐室防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、為了增加煤礦災(zāi)后井下遇險(xiǎn)人員的生存機(jī)會(huì),提高礦難救援工作的效率,有效降低我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率,論文對(duì)煤礦井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施(救生艙及避難硐室)的優(yōu)化布局進(jìn)行研究,并對(duì)其防護(hù)結(jié)構(gòu)在煤礦瓦斯煤塵爆炸沖擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)及動(dòng)力屈曲問(wèn)題進(jìn)行理論分析,得到了對(duì)提高加筋板殼結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊能力具有借鑒意義的結(jié)論。
　　首先,分析煤礦瓦斯煤塵爆炸傳播過(guò)程的物理機(jī)制,利用FLUENT軟件對(duì)礦井發(fā)生瓦斯煤塵爆炸時(shí)緊急避險(xiǎn)設(shè)施防護(hù)結(jié)構(gòu)所受的載荷進(jìn)行了仿

2、真計(jì)算,研究了緊急避險(xiǎn)設(shè)施與巷道夾角及緊急避險(xiǎn)設(shè)施距爆炸點(diǎn)距離等因素對(duì)其受載情況的影響,進(jìn)一步得到了瓦斯煤塵爆炸中防護(hù)結(jié)構(gòu)壓力載荷的修正簡(jiǎn)化方程。結(jié)果表明:煤礦井下瓦斯煤塵爆炸沖擊波超壓與傳播距離的平方根成反比,與瓦斯及煤塵聚集量的平方根成正比,所以在具有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性的煤礦中,離瓦斯易爆點(diǎn)較近的緊急避險(xiǎn)設(shè)施應(yīng)具有較高的抗爆炸沖擊的能力,以防止爆炸沖擊波的破壞;緊急避險(xiǎn)設(shè)施的布置方向?qū)Ψ雷o(hù)結(jié)構(gòu)的壓力載荷具有較大影響,在地質(zhì)條件及巷道

3、布置方案允許的情況下,緊急避險(xiǎn)設(shè)施均宜優(yōu)先采用與巷道成45°夾角的布置方式,可移動(dòng)式救生艙應(yīng)盡可能避免布置在巷道側(cè)面。
　　然后,由于井下避難硐室的防護(hù)密閉門大多采用加筋矩形板形式,所以針對(duì)瓦斯煤塵爆炸載荷作用下加筋矩形板,建立離散加筋矩形板模型,對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了理論研究,并對(duì)具有初始缺陷的加筋矩形板在爆炸沖擊載荷作用下的非線性動(dòng)力屈曲問(wèn)題進(jìn)行了探討,通過(guò)計(jì)算詳細(xì)分析了加筋矩形板動(dòng)力響應(yīng)及動(dòng)力屈曲的影響參數(shù),發(fā)現(xiàn)增加殼體厚度

4、,增大材料體積比l等有利于提高加筋矩形板的抗爆性能,但是當(dāng)材料體積比0.1l>時(shí),提升效果變得不再明顯;而在其他參數(shù)不變的情況下,初始缺陷越大,加筋矩形板的臨界屈曲載荷越低。利用ANSYS軟件建立加筋矩形板的優(yōu)化模型,對(duì)面板厚度和加強(qiáng)筋尺寸進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)縱向和橫向加強(qiáng)筋的密度相當(dāng)且加強(qiáng)筋的高寬比為2.5:1時(shí)的布筋方式較為合理,較等體積光板的屈曲臨界載荷最大提高了約50％。
　　其次,針對(duì)瓦斯煤塵爆炸載荷作用下的加筋圓柱殼,首先基

5、于正交各向異性殼理論在彈線性范圍內(nèi)對(duì)其在軸壓下的屈曲問(wèn)題進(jìn)行了理論研究,采用Donnell扁殼方程導(dǎo)出軸向壓力作用下加筋圓柱殼屈曲的基本方程,得到了屈曲臨界載荷的解析解。然后基于離散加筋板殼模型,在考慮大撓度的情況下,對(duì)具有兩端簡(jiǎn)支約束的加筋圓柱殼在軸向和徑向沖擊載荷聯(lián)合作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了理論研究,并對(duì)具有初始缺陷的加筋圓柱殼在瓦斯爆炸載荷作用下的非線性動(dòng)力屈曲問(wèn)題進(jìn)行了探討。通過(guò)計(jì)算詳細(xì)分析了加筋圓柱殼動(dòng)力響應(yīng)及動(dòng)力屈曲的影響參數(shù)

6、,如初始缺陷、加強(qiáng)筋、加載時(shí)間及面板厚度等因素對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲的影響。并利用ANSYS軟件以在保持徑向沖擊壓力不變情況下的加筋圓柱殼軸壓屈曲承載壓力為優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化模型,為得到較為合理優(yōu)化的加筋圓柱殼布筋方式提出了有益建議。
　　論文最后以內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納林廟煤礦為例,對(duì)煤礦井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施建設(shè)方案進(jìn)行了探討。根據(jù)礦井的實(shí)際情況,對(duì)避險(xiǎn)設(shè)施的布局進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì),并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了滿足其抗爆要求的避難硐室防護(hù)密閉