CN105019938A - 一种高抗爆性矿井大跨度救生舱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高抗爆性矿井大跨度救生舱，包括：若干节舱体，每节舱体之间通过法兰依次连接，形成两端带有开口的救生舱舱室；两隔断门，分别间隔内接于舱体，将救生舱舱室沿长度方向依次分隔成过渡舱、生存舱及设备舱；一前舱门，设置于救生舱舱室过渡舱开口端，可向外开启；一逃生门，设置于救生舱舱室设备舱开口端，可向外开启；至少两观察窗，设置于所述舱体两侧壁上。所述救生舱解决现有救生舱跨度不能过大、保障人数不能增加的问题，在节约成本的基础上，保证救生舱保障额定人数的最大化。

Description

一种高抗爆性矿井大跨度救生舱

技术领域

本发明涉及一种高抗爆性矿井大跨度救生舱。

背景技术

目前，我国煤炭行业矿难频发，死亡人员较多。为减少矿井下人员伤亡，采用救生舱作为井下避难设备十分必要和有效。由于国内外针对矿用可移式救生舱的研究很少，尤其在大跨度的救生舱舱体制作上缺乏研究和依据。

对国内现有的可移式救生舱舱体外观、整体结构和强度进行理论分析，发现现有救生舱存在着舱体外形不合理、舱体模块过大、加强筋的选用不合理等缺点和不足，并且国内市场上大多出现的是8人、10人、12人保障额定人数较少的救生舱。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于，根据我国煤矿井下环境自身的特点和井下巷道宽度的限制，提供一种高抗爆性矿井大跨度救生舱，解决现有救生舱跨度不能过大、保障人数不能增加的问题，在节约成本的基础上，保证救生舱保障额定人数的最大化。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高抗爆性矿井大跨度救生舱，包括：若干节舱体，为箱体结构，长度方向两端开口，高度方向上端面断面为一梯形；每节舱体之间通过法兰依次连接，形成两端带有开口的救生舱舱室；舱体两侧壁内侧面、舱体底板内侧面及舱体梯形上端面内侧面处分别设有若干道用于加固的方钢管；每个舱体外侧沿舱体宽度方向间隔套设有至少3个固定环，所述固定环由若干方钢管闭合成环，固定环形状与舱体断面形状相配合；两隔断门，分别包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为方形，内接于面板开口并可开启；所述面板上设有若干用于加固的方钢管；两隔断门门框分别间隔内接于舱体，将所述救生舱舱室沿长度方向依次分隔成过渡舱、生存舱及设备舱；一前舱门，设置于所述救生舱舱室过渡舱开口端，包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为方形，内接于面板开口并可向外开启；所述面板上设有若干用于加固的方钢管，门扇上设有若干用于加固的加劲肋；一逃生门，设置于所述救生舱舱室设备舱开口端，包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为圆形，内接于面板开口并可向外开启；面板上设有若干用于加固的方钢管，门扇上设有若干用于加固的加劲肋；至少两观察窗，设置于所述舱体两侧壁上。

进一步，所述舱体数量为13节，每节舱体长度为1000~1050mm，每节舱体上固定环数量为3个，固定环之间间距为210~214mm，救生舱容纳人数上限为16人，观察窗数量为2个，分别对称设置于第六节舱体两侧壁上。

另，所述舱体每一侧壁上各6道方钢管，间距约210~214mm；舱体梯形上端面两斜边上各2道方钢管，间距约210~214mm，舱体梯形上端面顶板处设4道方钢管，间距175~179mm；舱体底板上设6道方钢管，间距215~219mm，所述方钢管尺寸为长50mm、宽50mm、厚度6mm。

另有，所述救生舱舱室过渡舱内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀。

再，所述救生舱舱室生存舱人均有效容积为0.8~1m³，总有效容积为12.8~16m³，生存舱内设有空气监测及通讯系统、空气净化系统、供氧系统、温湿度调节系统、自救器、急救箱、照明设施、工具箱、灭火器、食品及饮用水，所述食品发热量不少于5000KJ/天·人，饮用水不少于1.5L/天·人。

再有，所述救生舱舱室设备舱内设有液态CO₂气瓶组、管路控制系统、CO₂气体测定器和双金属温度计。

且，所述隔断门面板为厚度8mm、宽度1705mm、高度1862mm的钢板，面板采用若干长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强。

另，所述前舱门门扇及逃生门门扇采用卡紧锁栓和齿轮齿条传动的方式向外开启，每节舱体连接处、前舱门及逃生门与救生舱舱室之间的连接处以及观察窗与舱体侧壁连接处均采用阻燃抗静电耐高温的硅橡胶进行密封。

再，所述前舱门门扇为厚度14mm的钢板，门扇加劲肋为厚度14mm、高度50mm的钢板，前舱门面板为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强；所述逃生门门扇直径737mm，门扇加劲肋为厚度14mm、高度50mm的钢板，逃生门面板为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强。

再有，所述隔断门面板上的方钢管为垂直交叉排布；所述前舱门面板上方钢管及门扇上的加劲肋均为垂直交叉排布；所述逃生门面板上的方钢管为垂直交叉排布，门扇上的加劲肋呈正多边形排布。

本发明的有益效果在于：

能有效抗爆抗击，整体抗爆能力较高，舱体利用ANSYS 和LS-DYNA软件建立救生舱壳体三维有限元模型，模拟了等效三角波爆炸冲击荷载作用下，救生舱壳体动态响应，通过数值模拟救生舱壳体动态承载能力和变形模式，远远满足了安标国家矿用产品安全标志中心的指标要求。

舱体结构简单，使得生产工艺简单，生产效率提高；使用钢材量大大减少，有效的降低了产品成本，节约原材料，从而增加了舱内空间，提高了井下保障的人数，减少使用单位的安全生产投入，使得避难人员安全等待救援的时间和生存得到了极大的保障。

附图说明

图1为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱舱体两侧壁内侧面、舱体底板内侧面及舱体梯形上端面内侧面处方钢管的布置断面图。

图4为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱舱体两侧壁内侧面、舱体底板内侧面及舱体梯形上端面内侧面处方钢管的布置侧视图。

图5为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱前舱门门框、面板结构示及面板上的方钢管布置示意图。

图6为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱前舱门门扇结构及门扇上加劲肋布置示意图。

图7为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱逃生门门框、面板结构示及面板上的方钢管布置示意图。

图8为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱逃生门门扇结构及门扇上加劲肋布置示意图。

图9为本发明实施例所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱隔断门结构及隔断门面板上方钢管布置示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。

参见图1~图8，本发明所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，包括：若干节舱体1，为箱体结构，长度方向两端开口，高度方向上端面断面为一梯形；每节舱体1之间通过法兰依次连接，形成两端带有开口的救生舱舱室2；舱体1两侧壁11、舱体底板12及舱体梯形上端面13处分别设有若干道用于加固的方钢管3；每个舱体1外侧沿舱体1宽度方向间隔套设有至少3个固定环4，所述固定环4由若干方钢管3闭合成环，固定环4形状与舱体1断面形状相配合；两隔断门5、5’，分别包括门框51、面板52和门扇53，门框51形状与所述舱体1断面结构相配合，面板52内接于门框51、中部开口，门扇53为方形，内接于面板52开口并可开启；所述面板52上设有若干用于加固的方钢管3；两隔断门5、5’门框51分别间隔内接于舱体1，将所述救生舱舱室2沿长度方向依次分隔成过渡舱21、生存舱22及设备舱23；一前舱门6，设置于所述救生舱舱室2过渡舱21开口端，包括门框61、面板62和门扇63，门框61形状与所述舱体1断面结构相配合，面板62内接于门框61、中部开口，门扇63为方形，内接于面板62开口并可向外开启；所述面板62上设有若干用于加固的方钢管3，门扇63上设有若干用于加固的加劲肋631；一逃生门7，设置于所述救生舱舱室2设备舱23开口端，包括门框71、面板72和门扇73，门框71形状与所述舱体1断面结构相配合，面板72内接于门框71、中部开口，门扇73为圆形，内接于面板72开口并可向外开启；面板72上设有若干用于加固的方钢管3，门扇73上设有若干用于加固的加劲肋731；至少两观察窗8，设置于所述舱体1两侧壁11上。

所述法兰的宽度为100mm，厚度为35mm，法兰超出舱体1最外边缘40mm。在第六节舱体1的两侧壁处各设置一个观察窗8，观察窗8中心距离该节舱体最右端138mm，距离最低端1200mm。

所述隔断门5、5’面板52上的方钢管3为垂直交叉排布。所述前舱门6面板62上方钢管3及门扇63上的加劲肋631均为垂直交叉排布。所述逃生门7面板上的方钢管3为垂直交叉排布，门扇73上的加劲肋731呈正多边形排布。

进一步，所述舱体1数量为13节，每节舱体1长度为1000~1050mm，每节舱体1上固定环4数量为3个，固定环4之间间距为210~214mm，救生舱容纳人数上限为16人，观察窗8数量为2个，分别对称设置于第六节舱体1两侧壁11上。

另，所述舱体1每一侧壁11上各6道方钢管3，间距约210~214mm；舱体1梯形上端面13两斜边上各2道方钢管3，间距约210~214mm，舱体1梯形上端面13顶板处设4道方钢管3，间距175~179mm；舱体底板12上设6道方钢管3，间距215~219mm。

且，所述方钢管3尺寸为长50mm、宽50mm、厚度6mm。

另有，所述救生舱舱室2过渡舱21内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀。

再，所述救生舱舱室2生存舱22人均有效容积为0.8~1m³，总有效容积为12.8~16m³，生存舱内设有空气监测及通讯系统、空气净化系统、供氧系统、温湿度调节系统、自救器、急救箱、照明设施、工具箱、灭火器、食品及饮用水，所述食品发热量不少于5000KJ/天·人，饮用水不少于1.5L/天·人。

再有，所述救生舱舱室2设备舱23内设有液态CO₂气瓶组、管路控制系统、CO₂气体测定器和双金属温度计。

且，所述隔断门5面板52为厚度8mm、宽度1705mm、高度1862mm的钢板，面板52采用若干长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管3加强。

另，所述前舱门6门扇63及逃生门7门扇73采用卡紧锁栓和齿轮齿条传动的方式向外开启，每节舱体1连接处、前舱门6及逃生门7与救生舱舱室2之间的连接处以及观察窗8与舱体1侧壁11连接处均采用阻燃抗静电耐高温的硅橡胶进行密封。

再，所述前舱门6门扇63为厚度14mm的钢板，门扇63加劲肋631为厚度14mm、高度50mm的钢板，前舱门6面板62为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板62上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管3加强；所述逃生门7门扇73直径737mm，门扇73加劲肋731为厚度14mm、高度50mm的钢板，逃生门7面板72为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板72上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管3加强。

前舱门6采用向外开启的，通孔尺寸为1420mm×620mm；过渡舱21和生存舱22之间采用隔断门5隔开，生存舱22和设备舱23之间采用隔断门5’隔开，两只隔断门5、5’的通孔尺寸相同，均为1200mm×600mm；救生舱尾端部的逃生门7是外开式的，其结构和密封型式都与首端部的前舱门6相同，平时也可作为方便装卸液态CO₂气瓶的通道门。

过渡舱21内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀等。气幕系统与舱门开启同步工作，进入过渡舱后开启喷淋系统，阻止舱外有害气体进入生存舱，确保避险人员安全。

生存舱22人均有效容积为0.96m³，总有效容积为15.36m³，生存舱22还配有在额定时间内维持生命活动所必需的空气监测及通讯系统、空气净化系统、供氧系统、温湿度调节系统等，除此之外，还备有自救器及急救箱、照明设施、工具箱、灭火器等辅助设施。食品、饮用水可按标准配备，食品发热量不少于5000KJ/天·人，饮用水不少于1.5L/天·人。

设备舱23内主要布置有液态CO₂气瓶组、管路控制系统及CO₂气体测定器和双金属温度计等。

救生舱结构强度：

救生舱是一种应急救援产品，灾变发生时处于偶然性冲击载荷作用下，其许用应力可以取屈服强度。法兰按压力容器的设计计算方法进行设计。加强筋主要考虑剖面模数不能超过屈服强度，同时加强筋要具有一定的断面面积。

前舱门结构：

前舱门采用板架结构，向外启闭的舱门采用卡紧锁栓和齿轮齿条传动方式。

舱体气密性：

舱体各舱段连接处、首尾舱门及观察窗等的密封材料采用阻燃抗静电耐高温的硅橡胶。舱体各舱段连接处的密性设计，采用法兰、密封件和紧固件连接。通过气密试验检查，不泄漏方能满足密封要求。舱体开孔处的密封设计要求，舱体开孔处选用船用通舱管件与舱壁进行焊接，在焊接、密封方面能满足气密性要求。

采用“O”型硅橡胶抗静电阻燃密封圈密封效果好， 整舱都是模块化结构，用数控铣床精加工“O”型密封圈洗槽后并作磷化防锈处理，且本公司所有精加工面均作磷化防锈处理，组装成整体。搬运、安装法兰长期压紧不会造成密封条压死，确保正压维持和不产生泄漏。观察窗的密封设计，采用双视镜结构。每只视镜均采用压环、密封件和紧固件密封；装舱后通过气密试验检测，不泄漏为满足密封要求。

防倾覆措施：

舱体底板为全平面，具有牢固可靠性。吊装时通过舱体上方的吊耳进行吊装，可保证其稳定性，不破坏其结构。在救生舱外侧面底部的T型钢部位和两端面底部的扁钢部位焊接L型钢作为固定结构，并打膨胀螺栓到地面进行固定。

可移动性

采用模块化设计，在煤矿井下可进行灵活简便的拆解、运输、组合，使救生舱在煤矿井下狭小的空间条件下更具有广泛的适应性。

舱体加工工艺：

舱体的加工从下料到成品，每个工序都衔接得很紧密，特别是在舱体生产过程中，舱体焊接后会产生一定的焊接变形，若变形量超差，则在铣舱体法兰面时，会造成铣面后法兰厚薄不一，影响装备的质量，舱体的气密性就很难保证，而矫正焊接变形，不仅费工费时，而且矫正非常困难。此外，法兰孔加工的同轴度对整体组装非常重要，若同轴度超差，则可能导致各舱体无法组装。综上：舱体的加工要求从板件下料时就要严格控制好每一道工序的质量，才能保证整体组装的质量。

总体加工工艺流程：

板件预处理→下料→拼装→焊接→校形→铣侧面→钻孔→整体喷砂→喷底漆→组装各舱体→组装内脏件→整体喷漆→检验发货。

a) 板件下料加工工艺

板件下料前要求全部经过喷砂预处理，以清洁板件表面污物，改善机械性能，在后续舱体内部喷锌时，增加与漆层之间的附着力，延长涂膜的耐久性，增强舱体的抗腐蚀性。法兰面采用Q345高强板进行下料，弯弧板采用Q345进行下料。在板件下料时应考虑到舱体在拼接后会产生一定的焊接变形，所以下料时板件尺寸适当放量。弯弧板在压弯时采用成型专用胎具进行压弯，确保所有压弯件一次性全部合格，提高后续舱体拼装精度和质量。

b) 舱体拼装加工工艺

舱体拼装分成为2次拼装：一次拼装大弧板和外法兰，焊接后二次拼装加强肋（方钢）。

i.在专用胎具上进行拼装外法兰和大弧板（考虑到焊接变形，专用胎具在设计时应进行适当的尺寸放量），以保证外法兰的平面度和大弧板相对位置，使用此专用胎具拼装，在舱体组装时能保证舱体外形一致、美观；

ii. 加强肋（方钢）可使用简易胎具进行拼装，以保证其相对位置尺寸。否则舱体组装后，加强肋高低不齐，影响外观；

iii.防止焊接变性措施：为防止焊接变形，舱体内部采用鱼骨状撑肋，两端采用小方板作为支撑垫板，这样既节省撑肋又能有效控制焊接变形。

c) 舱体焊接加工工艺

i.焊接参数

CO₂气体保护焊生产效率高、成本低、焊接变形和应力小、焊缝质量高、操作简便。选择CO2气体保护焊。

ii. 焊接顺序的安排

舱体焊接后要保证焊接质量及气密性，同时要尽量减少焊接变形。根据舱体结构特点，采用两人对称施焊，使应变分布均衡，减少应变集中。具体焊接顺序安排：舱体内部先进行对称间断焊接，然后外部对称分中退焊焊接，最后补焊舱体内间断处的焊缝，这样既能保证焊接质量又能有效地防止焊接变形，而且保证了焊缝的外观质量。

d) 铣法兰加工工艺

因每一节舱体在整体组装时，需要保证各舱体间的密封性，所以对舱体结合面平面度及光洁度要求较高。由于舱体焊接后产生了一定的焊接变形，可能导致外法兰的平面度超差，所以在铣侧面前要求先测量舱体的最高点和最低点，以计算出两侧面具体的切削量，保证平面完全铣平。根据舱体尺寸大小及加工精度要求，选用加工设备为龙门铣床。

e) 钻孔加工工艺

舱体法兰面上孔数量较多，仅一个侧面上就需钻34个Φ17孔，而且要求每节舱体上的孔完全相对照，以保证在整体组装时孔的同轴度。若采用手工划线太浪费时间，尺寸也不易保证，考虑到此法兰面的上述情况，特设计了钻孔工装胎具，不但保证了孔精度要求又提高了效率，保证了舱体的顺利组装。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，包括：

若干节舱体，为箱体结构，长度方向两端开口，高度方向上端面断面为一梯形；每节舱体之间通过法兰依次连接，形成两端带有开口的救生舱舱室；舱体两侧壁内侧面、舱体底板内侧面及舱体梯形上端面内侧面处分别设有若干道用于加固的方钢管；每个舱体外侧沿舱体宽度方向间隔套设有至少3个固定环，所述固定环由若干方钢管闭合成环，固定环形状与舱体断面形状相配合；

两隔断门，分别包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为方形，内接于面板开口并可开启；所述面板上设有若干用于加固的方钢管；两隔断门门框分别间隔内接于舱体，将所述救生舱舱室沿长度方向依次分隔成过渡舱、生存舱及设备舱；

一前舱门，设置于所述救生舱舱室过渡舱开口端，包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为方形，内接于面板开口并可向外开启；所述面板上设有若干用于加固的方钢管，门扇上设有若干用于加固的加劲肋；

一逃生门，设置于所述救生舱舱室设备舱开口端，包括门框、面板和门扇，门框形状与所述舱体断面结构相配合，面板内接于门框、中部开口，门扇为圆形，内接于面板开口并可向外开启；面板上设有若干用于加固的方钢管，门扇上设有若干用于加固的加劲肋；

至少两观察窗，设置于所述舱体两侧壁上。

2.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述舱体数量为13节，每节舱体长度为1000~1050mm，每节舱体上固定环数量为3个，固定环之间间距为210~214mm，救生舱容纳人数上限为16人，观察窗数量为2个，分别对称设置于第六节舱体两侧壁上。

3.根据权利要求1或2所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述舱体每一侧壁上各6道方钢管，间距约210~214mm；舱体梯形上端面两斜边上各2道方钢管，间距约210~214mm，舱体梯形上端面顶板处设4道方钢管，间距175~179mm；舱体底板上设6道方钢管，间距215~219mm，所述方钢管尺寸为长50mm、宽50mm、厚度6mm。

4.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述救生舱舱室过渡舱内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀。

5.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述救生舱舱室生存舱人均有效容积为0.8~1m³，总有效容积为12.8~16m³，生存舱内设有空气监测及通讯系统、空气净化系统、供氧系统、温湿度调节系统、自救器、急救箱、照明设施、工具箱、灭火器、食品及饮用水，所述食品发热量不少于5000KJ/天·人，饮用水不少于1.5L/天·人。

6.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述救生舱舱室设备舱内设有液态CO₂气瓶组、管路控制系统、CO₂气体测定器和双金属温度计。

7.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述隔断门面板为厚度8mm、宽度1705mm、高度1862mm的钢板，面板采用若干长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强。

8.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述前舱门门扇及逃生门门扇采用卡紧锁栓和齿轮齿条传动的方式向外开启，每节舱体连接处、前舱门及逃生门与救生舱舱室之间的连接处以及观察窗与舱体侧壁连接处均采用阻燃抗静电耐高温的硅橡胶进行密封。

9.根据权利要求1或8所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，

所述前舱门门扇为厚度14mm的钢板，门扇加劲肋为厚度14mm、高度50mm的钢板，前舱门面板为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强；

所述逃生门门扇直径737mm，门扇加劲肋为厚度14mm、高度50mm的钢板，逃生门面板为厚度14mm、宽度1905mm、高度2062mm的钢板，面板上采用长50mm、宽50mm、厚度6mm的方钢管加强。

10.根据权利要求1所述的高抗爆性矿井大跨度救生舱，其特征在于，所述隔断门面板上的方钢管为垂直交叉排布；所述前舱门面板上方钢管及门扇上的加劲肋均为垂直交叉排布；所述逃生门面板上的方钢管为垂直交叉排布，门扇上的加劲肋呈正多边形排布。