【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用于煤礦緊急安全避險(xiǎn)用礦用救生艙。在本文中對(duì)礦用救生艙的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。 礦用救生艙一般可分為固定式和移動(dòng)式這倆類。由于移動(dòng)式救生能夠隨著場(chǎng)所的變動(dòng)而移動(dòng)，具有方便靈活的特點(diǎn)，所以在目前應(yīng)用越來越來廣泛。可移動(dòng)式救生艙按外殼材質(zhì)可分為硬體式和軟體式；按機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為組裝式、整體式、其他。 硬體式一般是用鋼材等硬質(zhì)材料制成的，具有一體式、分節(jié)組裝式等類型，如圖 所示。軟體式采用阻燃、抗靜電、耐高溫帆布等材質(zhì)制成，在遇到突發(fā)狀況時(shí)，依靠快速自動(dòng)充氣膨脹架設(shè)，如圖 所示。不論哪種裝置， 在井下發(fā)生災(zāi)難時(shí)，都能保護(hù)工作人員的生命安全。 圖 軟體式救生艙 圖 硬體式救生艙 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 可移動(dòng)式救生艙的設(shè)計(jì) 可移動(dòng)式救生艙的概念 礦用可移動(dòng)式救生艙 是設(shè)置在礦井下各危險(xiǎn)工作區(qū)域的密閉空間，一般為鋼制腔體，艙體應(yīng) 具有抗爆炸沖擊性能、整體氣密性要求、持續(xù)耐高溫能力等特殊的安全防護(hù)功能 。如 KJYF96/8 礦用可移動(dòng)式救生艙 艙體 設(shè)計(jì)依據(jù)潛艇結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，整艙均采用雙層鋼結(jié)構(gòu)，由殼版加框架組成，框架為實(shí)肋帶縱骨式，填充有效的隔熱保溫材料。設(shè)計(jì)中采用了 抗爆、抗沖擊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、救生艙專用快速封閉防爆水 密門技術(shù)、艙體模塊化快裝技術(shù)和基于數(shù)值模擬的抗爆、抗沖擊結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。整艙由過渡艙、生存艙、隔離艙三部分組成，由九節(jié)艙體基本單元連接組裝而成。 可移動(dòng)式救生艙的技術(shù)原理 通過監(jiān)視系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、溫度濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生存保障系統(tǒng)、廢物處理系統(tǒng)、動(dòng)力保障系統(tǒng)與艙體的有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)在礦難發(fā)生時(shí)能給遇險(xiǎn)人員提供避難場(chǎng)所；給遇險(xiǎn)人員提供可靠的生存環(huán)境（包括空氣、食物、水等）；同時(shí)也提供遇險(xiǎn)人員的生理排泄場(chǎng)所；艙內(nèi)溫濕度具有可調(diào)控，以保證遇險(xiǎn)人員在避險(xiǎn)裝置中溫濕度的適宜性；具 有通信、聯(lián)絡(luò)功能；具有艙內(nèi)視頻、語音記錄功能；具有可拆卸、移動(dòng)功能。采用了潛艇用空氣凈化系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、防水密閉系統(tǒng)、生存保障系統(tǒng)等多種專項(xiàng)產(chǎn)品的核心技術(shù)，使產(chǎn)品可靠性更高，防護(hù)效果更好。 氧氣供給系統(tǒng) 氧氣供給系統(tǒng)概述 救生艙是一個(gè)有限密閉空間，由于艙內(nèi)人員的呼吸，需要不斷消耗艙內(nèi)氧氣，安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 為保證艙內(nèi)人員正常的呼吸，必須不斷向艙內(nèi)供應(yīng)氧氣，并且救生艙內(nèi)的氧濃度維持在 %~22%的要求范圍內(nèi)，救生艙內(nèi)必須設(shè)計(jì) 3級(jí)供氧裝置向生存艙內(nèi)接替式的進(jìn)行供氧以持續(xù)保證 8 人 96 小時(shí)的耗 氧量。艙內(nèi)供氧過程中會(huì)不斷的提升艙內(nèi)氣體壓力，同時(shí)還為保證艙內(nèi)氣體壓力在 200~1000Pa 范圍內(nèi)，在救生艙不同位置設(shè)置了手動(dòng)及自動(dòng)泄壓裝置，以便控制艙內(nèi)的壓力。 系統(tǒng)組成及功能 救生艙供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終解決的是救生艙內(nèi)避險(xiǎn)人員呼吸用氧的保障。整個(gè)供氧系統(tǒng)分為 3級(jí)獨(dú)立工作的供氧裝置，如下圖。 第一級(jí)供氧裝置，是通過原礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)向艙內(nèi)供氧，為此，救生艙設(shè)計(jì)專用的礦井壓風(fēng)自救的引入裝置，并對(duì)引入氣體經(jīng)過減壓、節(jié)流、消噪音、過濾處理輸送至救生艙避難人員生存終端，以達(dá)到適宜人 呼吸的狀態(tài)。 第二級(jí)自備供氧裝置，是為了防止礦井壓風(fēng)供氧裝置遭到事故破壞后救生艙內(nèi)儲(chǔ)備的繼續(xù)給艙內(nèi)避險(xiǎn)人員提供呼吸的氧源。 第三級(jí)緊急供氧預(yù)案則是在前兩級(jí)供氧系統(tǒng)失效時(shí)采用救生艙內(nèi)過渡艙空氣幕壓縮空氣向艙內(nèi)供氣以達(dá)到應(yīng)急供氧，再則采取艙內(nèi)自備壓縮氧氣自救器 圖 供氧系統(tǒng) 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 作為短時(shí)間應(yīng)急供氧功能，用以延長(zhǎng)等待救援時(shí)間。 空氣凈化系統(tǒng) 空氣凈化概述 可移動(dòng)式救生艙（以下簡(jiǎn)稱救生艙）需要在與外界環(huán)境完全隔離的條件下額定 8 人生存 96h 以上，避難人員在艙內(nèi)時(shí)，呼吸會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w， 并且人體自身代謝也會(huì)產(chǎn)生微量的一氧化碳。此外，在避難人員進(jìn)入艙內(nèi)時(shí)，不可避免的會(huì)帶入一些艙外的空氣，這時(shí)艙外一些可能存在的有毒有害氣體就有可能進(jìn)入艙內(nèi)。為解決上述問題，救生艙內(nèi)必須設(shè)置空氣凈化系統(tǒng)，保持艙內(nèi)空氣成分適合生存，保障避難人員在艙內(nèi)的正常呼吸需要。因此 在空氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了空氣幕、壓氣噴淋裝置、 非再生式二氧化碳凈化技術(shù)和微量污染控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。 系統(tǒng)組成及功能 空氣凈化系統(tǒng)用來維持艙內(nèi)空氣質(zhì)量，吸收有毒有害氣體，須包含以下幾種功能： 1）鎖氣及洗氣功能。 避難人員進(jìn)入艙內(nèi)時(shí)， 艙外的有毒有害氣體可能會(huì)在打開艙門時(shí)進(jìn)入艙內(nèi)，或者附著在人體衣物上被帶入艙內(nèi)。因此鎖氣的功能是能夠使艙門打開時(shí)，艙外空氣不會(huì)進(jìn)入艙內(nèi)，并且對(duì)人體附著的有害氣體有一定的清洗作用。洗氣的功能是能夠在艙內(nèi)有害氣體含量過高時(shí)，有效的凈化艙內(nèi)空氣，使艙內(nèi)空氣指標(biāo)適宜人體生存。 2）二氧化碳吸收功能。 避難人員在艙內(nèi)生存，最基礎(chǔ)的條件之一就是要保障正常呼吸。供氧系統(tǒng)提供了人體所需吸入的氧氣，相應(yīng)地，空氣凈化系統(tǒng)就要處理人體呼出的二氧化碳。因此，供氧系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)是相輔相成的，共同構(gòu)建了艙內(nèi)的呼吸系統(tǒng)，在與外界完全隔 絕的狀況下，保障救生艙在額定防護(hù)時(shí)間內(nèi)的空氣質(zhì)量。 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 二氧化碳吸收功能要求在救生艙與外界隔離的狀態(tài)下，能吸收 10 人 96 小時(shí)以上呼出的二氧化碳?xì)怏w，并且不能產(chǎn)生其他對(duì)人體有害的物質(zhì)。吸收裝置對(duì)二氧化碳的吸收能力應(yīng)不低于 （ min人），艙內(nèi)二氧化碳濃度要求不超過1%。 3）一氧化碳吸收功能。 在密閉環(huán)境中人員生存最重要的問題是氧氣的供應(yīng)與二氧化碳的去除（《航天環(huán)境控制與生命保障工程基礎(chǔ)》），但是經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明，人體在密閉空間會(huì)自身代謝出一氧化碳。一氧化碳（ CO）是一種 常見 的 有害氣體 ， 無色、無味、無臭 ， 可燃燒，當(dāng)含量在 13％～ 75％時(shí)，遇火能引起爆炸 。一氧化碳被人體吸入后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合，進(jìn)而使血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合，從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡（《低濃度一氧化碳對(duì)人體生理功能的影響》）。 一氧化碳極毒，當(dāng)其含量達(dá) ％時(shí)，人在短時(shí)間內(nèi)就可中毒死亡。 《 煤礦安全 規(guī)程》規(guī)定其最高容許濃度為 ％ （ 24ppm） 。 在常見有害氣體中，一氧化碳毒性大，易導(dǎo)致死亡，因此在艙內(nèi)設(shè)置一氧化碳吸收裝置，應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)將空氣中一氧化碳濃度降低到 24ppm 以下。 一氧化碳吸收功能要求在救生艙與外界隔離 的狀態(tài)下，能在 20min 內(nèi)將一氧化碳濃度從 400ppm降低到24ppm。 動(dòng)力保障系統(tǒng) 動(dòng)力保障系統(tǒng)的概述 救生艙的動(dòng)力保障系統(tǒng)，是在失去外部供電的情況下，救生艙內(nèi)部電源能夠提供維持救生艙額定工況下的能源需要。為救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)等所有用電設(shè)備供電。當(dāng)外界交流電源供電中斷時(shí)，電源將自動(dòng)轉(zhuǎn)化為備用蓄電池為救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)等所有用電設(shè)備供電。 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 系統(tǒng)組成及功能 系統(tǒng)組成 動(dòng)力保障系統(tǒng)采用 KDW660/12B 礦用隔爆兼本安不間斷電源裝置，它有裝置由主控箱、電池組組成。 系統(tǒng)功能 主控箱 是完成整機(jī)功能控制 驅(qū)動(dòng) 的核心， 對(duì)備用電池充電 ,同時(shí) 經(jīng)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)得到穩(wěn)定的電壓輸出 ,采用高速微控制器作為控制核心器件，實(shí)現(xiàn)交、直流的切換投入 ,電池充電自動(dòng)控制 ,并 提供檢測(cè)、保護(hù)、同步以及各種開關(guān)和顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào) 。 充電器 : AC/DC 轉(zhuǎn)換 ,經(jīng)整流濾波后輸出直流電，分別作為本安板、控制板及電池充電的電源。 生存保障系統(tǒng) 生存保障系統(tǒng)概述 救生艙生存 保障系統(tǒng)， 就是在礦 難發(fā)生時(shí)，為躲避 在密封艙內(nèi) 的礦工 創(chuàng)造一個(gè)接近地面大氣的生存環(huán)境。 避難人員 在艙內(nèi)工作、生活時(shí)消耗氧氣，排出二氧化碳產(chǎn)熱產(chǎn)濕，環(huán)境控制和生 存 保障系統(tǒng)通過 供氧系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、其余設(shè) 圖 動(dòng)力保障系統(tǒng) 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 施 等子系統(tǒng)的設(shè)備 達(dá)到 供氣調(diào)壓、通風(fēng)凈化、溫濕度控制、測(cè)量控制 等必備功能 ，將密封艙內(nèi)的大氣總壓、氧分壓、二氧化碳分壓、溫度和濕度等關(guān)系 礦工 生存的大氣環(huán)境指標(biāo)，控制在與地面基本一致的水平。對(duì)外能夠抵御爆炸沖擊、高溫?zé)煔狻⒚绊斕?、隔絕有毒有害氣體，對(duì)內(nèi)能為被困礦工提供氧氣、食物、水，去除有毒有害氣體，贏得較長(zhǎng)的生存時(shí)間，同時(shí)通過艙內(nèi)通訊 監(jiān)測(cè)設(shè)備，引導(dǎo)外界救援。 系統(tǒng)功能 為避險(xiǎn)人員提供可滿足 96 小時(shí)生存的食物； 為避險(xiǎn)人員提供可滿足 96 小時(shí)生存的飲用水； 可收集處理避險(xiǎn)人員生理排泄的廢物； 提供艙內(nèi)滅火設(shè)施，可撲滅艙內(nèi)火災(zāi)事故； 可為避險(xiǎn)人員提供基本的急救設(shè)施及藥品，滿足現(xiàn)場(chǎng)急救需要； 提供艙內(nèi)照明、逃生應(yīng)急照明、艙外警示照明。 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述 為了保障救生艙內(nèi)避險(xiǎn)人員的生命安