【正文】 物和水，加上井內(nèi)不斷積聚的有毒有 害氣體和粉塵，生命受到極大的威脅。綜合以上分析來(lái)看，我國(guó)當(dāng)前礦山的安全設(shè)施狀況和井下礦工自救的能力都急需改善和提高，而這其中提高井下人員在發(fā)生井下事故后的自救能力，是一條可以大大減少事故造成的人員傷亡的途徑。從各類(lèi)井下事故發(fā)生的特點(diǎn)和那些在井下事故中幸存的人們的講述來(lái)看，被困井下的人中其實(shí)只有很少 —部分是 死于事故發(fā)生的瞬間，大部分人是由于長(zhǎng)時(shí)間被困井下而被悶死、餓死、凍死、渴死的。這樣，當(dāng)井下事故發(fā)生后，無(wú)法逃出或河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 者不適宜立即逃出礦井的作業(yè)人員可以就近進(jìn)入井下救生艙，在最短時(shí)間能將并下人員與危險(xiǎn)隔離開(kāi)來(lái)。在救援人員實(shí)施救援行動(dòng)期間，救生艙內(nèi)的人員只需靜心等待。如果由于井下條件太復(fù)雜，估計(jì)救援活動(dòng)要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，可以應(yīng)救生艙內(nèi)人員的要求，通過(guò)救生艙上的專(zhuān)用管道向艙內(nèi)人員提供水和食物，直到救援行動(dòng)結(jié)束。井下救生艙應(yīng)該可以適應(yīng)各類(lèi)井下事故的特點(diǎn)，具有抗擠壓、抗沖 擊、耐高溫、防水浸、密封性能好等特點(diǎn)，并具備通風(fēng)排氣、通信供電、供水供食、溫度調(diào)節(jié)等設(shè)施和功能。 (2) 井下救生艙的特點(diǎn) 井下救生艙是針對(duì)各類(lèi)礦山井下事故的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，因而能夠適應(yīng)各類(lèi)井下事故發(fā)生后人員的救生。由于井下救生艙本身具有抗擠壓、抗沖擊、耐高溫 、防水浸、密封性能好等特點(diǎn)，因而使其成為一座堅(jiān)固的“堡壘”。總之，井 下救生艙可以在井下事故發(fā)生后在井下?tīng)I(yíng)造一個(gè)安全的 環(huán)境。井下事故的救援一直是一項(xiàng)非常艱難的工作，因?yàn)楹幽侠砉ご髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 人們必須在最短的時(shí)間內(nèi)將被困 井下的人員救出，否則救援工作就將變得沒(méi)有太大意義。井下救生艙正好可以解決這一問(wèn)題。由于救生艙有足夠的安全性，可以使被困人員不受艙外各種危險(xiǎn)的侵襲，加上有井外不斷供應(yīng)的空氣、水和食物，在這種條件下，井下被困人員可以生存十幾天，甚至一個(gè)月以上，這就為救援活動(dòng)贏(yíng)得了足夠充分的時(shí)間。從以往井下事故造成的人員死亡情況來(lái)看，像瓦斯、粉塵爆炸、透水、火災(zāi)等事故，由于突發(fā)性強(qiáng)，短時(shí)間內(nèi)破壞性大，因而絕大多數(shù)井下被困人員的死亡都發(fā)生在事故發(fā)生后的十幾分鐘之內(nèi)：而像坍塌等事故造成的被困井下人員的死亡大多發(fā)生在事故以后的幾天內(nèi)。井下救生艙可以給被困井下的人員提供這樣一個(gè)前提。 綜上所述，并下救生艙的設(shè)計(jì)有著充分的設(shè)計(jì)依據(jù)，其自身所具 有的特點(diǎn)也能夠適應(yīng)各類(lèi)井下事故的特點(diǎn)，因而在減少井下事故造成的人員傷亡方面具有光明的應(yīng)用前景。 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50215— 2020，《煤礦安全規(guī)程》 2020年版，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》 2020年版 嗎，《礦山救助規(guī)程》 2020年版，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局《煤礦井下避難所試點(diǎn)建設(shè)基本要求》（煤安監(jiān)司辦 2020年第 9號(hào)），國(guó)家安全監(jiān)管總局國(guó)家煤礦安監(jiān)局關(guān)于《建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知》，（安監(jiān)總煤裝（ 2020） 146號(hào)）等相關(guān)文獻(xiàn)資料規(guī)定，對(duì)井下救生艙提出以下技術(shù)要求： 項(xiàng)目 參數(shù)要求 額定人數(shù)，人 12 額定防護(hù)時(shí)間， h 96? 抗沖擊力， MPa ? 抗爆炸沖擊力， MPa 2? 瞬時(shí)耐高溫能力（ ? ）， C? 1200 艙外持續(xù)耐高溫能力， C? 55? 艙內(nèi)持續(xù)溫度， C? 32 2?? 艙內(nèi)持續(xù)濕度 85%? 最大耐水壓力， MPa 人均占有容積， 3m 艙內(nèi)正壓力， Pa 200— 300 供電電壓， V 380/660/1140 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 艙內(nèi)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間， s 20? 艙內(nèi) 2O 含量， % ~ 艙內(nèi) 2CO 含量， % ? 艙內(nèi) CO含量， % 624 10??? 艙內(nèi) 4CH 含量， % ? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 第三章 救生艙整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 、外觀(guān)形狀設(shè)計(jì) 救生艙用于發(fā)生礦難后礦工們的緊急避難場(chǎng)所，需要固定在井下巷道內(nèi)的某個(gè)位置，因此其外形應(yīng)該與巷道整體外形相匹配，根據(jù)查閱資料，類(lèi)比市場(chǎng)上各廠(chǎng)商所生產(chǎn)的救生艙，得出兩種方案可供選擇： 方案一： 救生艙結(jié)構(gòu)形狀如下： 該方案 中 艙體采用長(zhǎng)方形， 底部裝有滑靴或滾輪，以便于在巷道內(nèi)移動(dòng)， 上端 由 兩個(gè)傾斜成 45度的側(cè)板與頂板連接，其優(yōu)點(diǎn)是加工方便，可直接用型鋼焊接成型，減少加工成本 ，缺點(diǎn)是頂端焊接的位置，在受到爆炸沖擊波時(shí)，可能發(fā)生強(qiáng)度不足的現(xiàn)象。 總體比較上述兩種方案，由于救生艙是安全設(shè)備，其安全性能是決定其使用性能的主要因素，因此其強(qiáng)度、剛度必須滿(mǎn)足要求，為在里面避難的礦工提供一個(gè)更加安全可靠的避難場(chǎng)所，所以選用方案二作為救生艙的最終外形方案，可以在一定范圍內(nèi)提高救生艙的安全系數(shù)。如下圖所示，救生艙外廓最大寬度 mm1700? ， 高度 mm2600? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 緩沖艙：體積不小于 主艙：人均凈容積 不小于 ，主艙容納 12 人，總凈容積 不小于 m?? ，考慮到 %10 的余量，設(shè)計(jì)凈容積不小于 m 應(yīng)急艙門(mén)面積不小于 儲(chǔ)存每天每人食物飲用水所占容積： 飲用水： LL 72124/ ???? 人天天人 食物： KJKJ 24 00 00124/50 00 ???? 人天天人 （需換算成相應(yīng)體積的壓縮河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 餅干） 救生艙結(jié)構(gòu)布局： （ 1）艙體結(jié)構(gòu)采用分段組合式模塊化設(shè)計(jì)。 （ 3）救生艙包含主艙門(mén)、過(guò)渡艙門(mén)和應(yīng)急艙門(mén)。要求操作方便，性能可靠，具有良好的氣密和水密功能，能夠抵御 1200度的瞬時(shí)（ )高溫和 60度的持續(xù)高溫。要求具有良好的氣密功能，且開(kāi)閉方便。要求具有良好的氣密功能，且開(kāi)閉方便。該結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于各種不同型號(hào)的救生艙。 （ 4）人員艙與設(shè)備艙由長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)相同的通用段組合而成。 外部輪廓尺寸為寬度 mm1500 ，高度 mm1900 ，總長(zhǎng)（緩沖艙 +生存艙 +裝備艙） = （ 2） 每人座椅寬度 ，一邊坐 6個(gè)人，座椅總長(zhǎng)度為m3 。 6段 = （ 2） 方案二：每段長(zhǎng)度 800mm。 5段 = 方案比較 : mm700 方案 優(yōu)點(diǎn) :每段長(zhǎng)度較小，有利于提高艙體剛度和強(qiáng)度， 并且運(yùn)輸方便 ，對(duì)巷道的適應(yīng)性強(qiáng)（小巷道通過(guò)能力強(qiáng)），模塊化擴(kuò)展方便 ，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化 。 結(jié)論 ：選用 mm700 方案 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 艙體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （ 艙體外廓設(shè)計(jì)圖 ） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 （艙體內(nèi)部輪廓設(shè)計(jì)） 單元組合式結(jié)構(gòu)： 1）便于根據(jù)需要增減單元； 2）可拆分運(yùn)輸，滿(mǎn)足井下運(yùn)輸要求； 3）模塊化設(shè)計(jì)，便于標(biāo)準(zhǔn)化； 殼體：基板內(nèi)外側(cè)分別焊接加強(qiáng)元素，強(qiáng)度和剛度可以得到有效加強(qiáng)； 逃生門(mén)：艙體兩端分別設(shè)計(jì) 安裝防爆防水閣氣門(mén)，其中一端為緊急逃生門(mén)； 緩沖艙：設(shè)在主門(mén)與人員艙之間，與人員艙經(jīng)隔氣門(mén)隔開(kāi)，內(nèi)設(shè)干式座便及氣幕系統(tǒng)； 人員艙：圖列為可容納十二人結(jié)構(gòu)，由六節(jié) 700mm、長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)單元艙連接而成，內(nèi)寬 1400mm，高 1780mm，六瓶供氧氧氣瓶置于人員艙遠(yuǎn)離主艙門(mén)端，個(gè)檢測(cè)裝備固定于艙體內(nèi)壁； 設(shè)備艙：兩個(gè)分體制冷控溫水柜分別立于艙內(nèi)兩層中間保留 500mm寬的人員逃生通道，廢氣吸附過(guò)濾系統(tǒng)也置于該艙；艙內(nèi)供電蓄電池裝在聯(lián)通外部的緊急逃生門(mén)下，設(shè)備艙與人員艙之間直接連通，由 三節(jié) 700mm標(biāo)準(zhǔn)艙構(gòu)成。應(yīng)急艙門(mén)一般不開(kāi)啟，當(dāng)主艙門(mén)無(wú)法開(kāi)啟時(shí)，或在水淹一定高度情況下供人員進(jìn)出。其中緩沖艙和設(shè)備艙單獨(dú)設(shè)計(jì)，生存艙分節(jié)設(shè)計(jì)， 然后用 螺栓將各段艙體連接起來(lái)，這樣便于不同型號(hào)的救生艙進(jìn)行裝配， 又有利于各部件的 運(yùn)輸和提升 ,并且對(duì)救生艙的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化有重大意義。生存艙內(nèi)部?jī)舫叽鐬?凈寬度 mm1400 ，凈高度 mm1800 。其 結(jié)構(gòu) 示意圖如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 艙體四周用 mm12 的 45 鋼鋼板沖壓而成，每?jī)晒?jié)艙體之間由法蘭盤(pán)相連接，為達(dá)到密封性要求，法蘭盤(pán)之間鑲嵌密封材料，通過(guò)螺栓將將兩節(jié)艙體連接在一起。為了提高艙體的剛度，在艙體的四周布置加強(qiáng)肋板。 校核其橫向剛度 救生艙橫向同縱向一樣，也受到均勻載荷的作用，為了增加救生艙的剛度，在艙體橫向也需布置加強(qiáng)肋板，同樣選取 10 號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如上表所述。受力情況如下圖 ： 圖 45 艙體橫向受力模型 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 在受載的一側(cè)面的平面部分均勻布置 10 號(hào)槽鋼加強(qiáng)肋板，其截面形狀圖如下圖所示，每?jī)蓚€(gè)肋板之間距離相隔為 20cm，布置 4 塊加強(qiáng)肋板。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 第五 章 救生艙艙門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 救生艙艙門(mén)方案確 定 ： 根據(jù)救生艙艙體的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,整個(gè)艙體分為三個(gè)部分即 :緩沖艙 ,人員艙和設(shè)備艙 .相應(yīng)的救生艙應(yīng)包含主艙門(mén) ,緩沖門(mén)和應(yīng)急艙門(mén) 。要求操作方便，性能可靠，具有良好的氣密和水密功能，能夠抵御 1200度的瞬時(shí)（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。 1) 、 旋轉(zhuǎn)十字型 (四點(diǎn)鎖緊 ) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。接觸點(diǎn)少，密封性較差。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 2) 聯(lián)動(dòng)滑動(dòng)型（四點(diǎn)鎖緊） 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛度好，工作可靠性高。采用了齒輪傳動(dòng) 和螺旋傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有力的放大作用， 但效率很低。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于零件太多，可靠性降低，可能由于一個(gè)鎖緊點(diǎn)進(jìn)入不了嚙合而使開(kāi)關(guān)困難。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 c:主艙門(mén)方案確定 : 鑒于以上分析，應(yīng)在滿(mǎn)足密封性要求的前提下，盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，這樣也可以有效地控制成本。 缺點(diǎn)：鎖緊點(diǎn)較少，密封效果可能受到影響。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度較高，否則 可靠性較差。 、 過(guò)渡艙門(mén)結(jié)構(gòu)方案： a：緩沖門(mén)的基本要求： 考慮到 要 減少熱源、噪音源和整潔，我們?cè)O(shè)計(jì)了設(shè)備艙門(mén)將主要設(shè)備與人員艙隔開(kāi)，但結(jié)構(gòu)與過(guò)渡艙完全相同。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 b：艙門(mén)結(jié)構(gòu)方案比較： 現(xiàn)有的過(guò)渡艙門(mén)大都沒(méi)有考慮密封性要求，大部分采用了單點(diǎn)鎖緊。 缺點(diǎn)：密封性差。 c：艙門(mén)結(jié)構(gòu)方案確定 對(duì)兩種方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)第二種方案采用雙點(diǎn)鎖緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，并且能夠滿(mǎn)足其中等密封要求，因而最終選用方案二作為緩沖門(mén)的結(jié)構(gòu)方案。620)。 （ 我們?cè)O(shè)計(jì)兩種方案進(jìn)行比較選取 （ 1）旋轉(zhuǎn)式連桿機(jī)構(gòu) 特點(diǎn) ：動(dòng)作靈活可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能好。 （ 2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，四點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，工作效率高。 c、應(yīng)急艙門(mén)方案確定： 通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)方案的比較 ，根據(jù)密封性和運(yùn)動(dòng)性要求，選擇 曲柄滑塊 作為應(yīng)急艙門(mén)的最終結(jié)構(gòu)方案。 結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)強(qiáng)度要求，門(mén)應(yīng)該設(shè)計(jì)的尺寸小一點(diǎn)，但為了方便進(jìn)出，門(mén)的上緣高度選擇盡量高一點(diǎn)（ 1500mm，該尺寸受總高度的限制），下緣離艙體底部 25mm，防止透水早期開(kāi)門(mén)時(shí)進(jìn)水。 手輪高度：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，人在屈曲或彎腰時(shí)比直立時(shí)輸出的扭力大，因此外部艙門(mén)位置可適當(dāng)偏低點(diǎn)好。 人在此高度所能提供的 扭力：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識(shí) 雙臂做扭轉(zhuǎn)操作時(shí)一般可分為身體直立雙臂扭轉(zhuǎn)、身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)和彎腰雙手扭轉(zhuǎn)三種不同的姿勢(shì)。有些把手很短時(shí)需要彎腰操作據(jù)測(cè)量彎腰雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男人的扭力為 N335943? ，女子 的扭力為 N196416? 。 （ 2）救生艙門(mén)板設(shè)計(jì) 救生艙門(mén)與艙體結(jié)合出示意圖如下： 救生艙形狀設(shè)計(jì)為矩形，為了便于人在發(fā)生礦難時(shí)能夠迅速打開(kāi)艙門(mén)，進(jìn)入救生艙，艙門(mén)面積因該大一點(diǎn)好。在門(mén)的四周沖壓出截面尺寸為mmmm 2020 ? 凸緣，用以安放密封材料。 艙門(mén)的鎖緊原理為：當(dāng)人員進(jìn)入救生艙后，扭動(dòng)艙門(mén)上的手輪，驅(qū)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)上的傳動(dòng)裝置，使壓緊桿向上運(yùn)動(dòng)，頂在艙體壁上的壓緊楔塊上，隨著壓緊桿的繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于在靠近門(mén)邊緣處安裝的軸承座對(duì)壓緊桿的約束作用，為壓緊桿提供一個(gè)向下的壓力，迫使壓緊桿壓緊楔塊，從而造成艙體的變形，使艙體的凸緣壓緊艙門(mén)的凸緣，從而達(dá)到密封效果。 （ 2） 、為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算： 根據(jù)艙體 尺寸選擇們的基本尺寸為： 高度 1250mm，寬度 650mm，門(mén)框?qū)挾?50mm。為達(dá)到密封要求 ， 密封圈壓縮量 mmL 3?? 。 ???? （ 3） 、 計(jì)算驅(qū)動(dòng)特性 在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 600N。 則 mmL a n50 ????? 。 主艙門(mén)在即將開(kāi)啟位置時(shí)的示意圖。 根據(jù)對(duì)該 機(jī)構(gòu)進(jìn)行 Pro/E 方針演示在機(jī)構(gòu)剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過(guò)手輪所能提供的 驅(qū)動(dòng)力足以克服壓緊時(shí)所需的阻力，因此，該機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能良河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定角度時(shí)，壓縮量逐漸增大，所需克服的阻力也隨之增大，因此需要手輪提供更大的驅(qū)動(dòng)力才能鎖緊門(mén)框，以達(dá)到密封要求，根據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真，以??? 65A 時(shí)開(kāi)始為啟動(dòng)時(shí)校核驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需壓緊力