煤礦井下救生艙及硐室防護結構動力學研究.pdf

1、為了增加煤礦災后井下遇險人員的生存機會,提高礦難救援工作的效率,有效降低我國煤礦百萬噸死亡率,論文對煤礦井下緊急避險設施(救生艙及避難硐室)的優(yōu)化布局進行研究,并對其防護結構在煤礦瓦斯煤塵爆炸沖擊作用下的動力響應及動力屈曲問題進行理論分析,得到了對提高加筋板殼結構的抗爆炸沖擊能力具有借鑒意義的結論。
　　首先,分析煤礦瓦斯煤塵爆炸傳播過程的物理機制,利用FLUENT軟件對礦井發(fā)生瓦斯煤塵爆炸時緊急避險設施防護結構所受的載荷進行了仿

2、真計算,研究了緊急避險設施與巷道夾角及緊急避險設施距爆炸點距離等因素對其受載情況的影響,進一步得到了瓦斯煤塵爆炸中防護結構壓力載荷的修正簡化方程。結果表明: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性的煤礦中,離瓦斯易爆點較近的緊急避險設施應具有較高的抗爆炸沖擊的能力,以防止爆炸沖擊波的破壞;緊急避險設施的布置方向對防護結構的壓力載荷具有較大影響,在地質條件及巷道

3、布置方案允許的情況下,緊急避險設施均宜優(yōu)先采用與巷道成45°夾角的布置方式,可移動式救生艙應盡可能避免布置在巷道側面。
　　然后,由于井下避難硐室的防護密閉門大多采用加筋矩形板形式,所以針對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,對其動力響應問題進行了理論研究,并對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力屈曲問題進行了探討,通過計算詳細分析了加筋矩形板動力響應及動力屈曲的影響參數(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,但是當材料體積比0.1l>時,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,對面板厚度和加強筋尺寸進行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)縱向和橫向加強筋的密度相當且加強筋的高寬比為2.5:1時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)對其在軸壓下的屈曲問題進行了理論研究,采用Donnell扁殼方程導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,對具有兩端簡支約束的加筋圓柱殼在軸向和徑向沖擊載荷聯(lián)合作用下的動態(tài)響應進行了理論研究,并對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力屈曲問題進行了探討。通過計算詳細分析了加筋圓柱殼動力響應及動力屈曲的影響參數(shù)

6、,如初始缺陷、加強筋、加載時間及面板厚度等因素對結構動態(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)鄂爾多斯市準格爾旗納林廟煤礦為例,對煤礦井下緊急避險設施建設方案進行了探討。根據(jù)礦井的實際情況,對避險設施的布局進行了詳細規(guī)劃設計,并以此為依據(jù)設計了滿足其抗爆要求的避難硐室防護密閉