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井下移动救生舱设计
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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）中期检查表指 导 教 师： 邓 乐 职 称： 教 授 所在院（系）：机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 机制教研室 题 目 12人井下移动救生舱结构设计学生姓名 赵 阳专业班级 08机设2班 学号 0828070149一、选题质量：1、论文选题“井下救生舱”符合专业培养目标，能够体现综合训练要求，能巩固和扩大专业知识领域，提高学生的综合能力，培养学生具有分析和解决实际问题的初步能力。比较贴近生产实际情况，比较具有代表性，具有非常大的发挥空间和巧活多样的设计思路。2、经由严谨的数学计算，具有较高的工作量，难易程度适中。开题报告已通过老师的审核，指导老师认为本选题既有一定的深度和学习意义。3、题目工作量大小符合毕业设计（论文）任务书的要求，需对与论文相关的国内外文献综述及其他的参考资料进行大量搜集，需进行严谨的计算,并绘制设计所需图纸。4、本选题密切结合我国经济社会的现状，煤炭人员的安全，具有科学发展观，可持续发展观。所选研究方法科学合理，论文写作规划合理，操作性强。二、开题报告完成情况：已按期提交开题报告，指导老师同意开题。经查阅大量相关井下救生舱的资料和文献，并到网上看有关井下救生舱的视频，经过指导老师的审查和指导下，已经对井下救生舱的设计方案及具体结构有了初步的认识，现在已经进入了计算设计过程，正在进行设计内容、方法和步骤的具体确定工作，我将在以后工作中继续努力，认真完成本次毕业设计。三、阶段性成果：1、单位实习，熟悉课题内容，搜集查阅相关资料；2、具体问题具体分析，向老师同学和单位有关人士请教；3、完成了实习报告，开题报告；4、完成毕业设计初稿；5、完成中期检查报告。四、存在主要问题：1、对计算过程中可能出现的问题、原因分析及解决的方案有待进一步完善；2、现阶段所进行的具体井下救生舱结构设计以及内部环境循环是设计过程中的困难环节, 其中出现的问题主要原因是相关文献资料不多，需要进一步查阅资料和请教指导老师；3、论文初稿的内容还不丰富，思考问题还不够全面，对材料缺少认真度量。五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日2井下移动救生舱设计摘 要多数矿难表明，矿井事故发生后形成的高温，有毒有害气体环境是造成矿工伤亡的主要原因。为井下矿工提供安全可靠的救生舱、避难硐室是降低伤亡的主要手段，是目前国际矿山应急救援的发展趋势和方向，煤矿井下移动式救生舱的设计可以为外部救援争取救援时间，保障矿工朋友们的安全。本文通过对救生舱的研究，完成了一整套救生设备的结构设计，首先主要介绍国家的相关规定。接着依据国家规定，确定设计目标。之后计算出救生舱的容量要求，进而确定的救生舱的整体结构。除此之外，本文还通过了一些技术参数验证，对井下救生舱内部环境做了更好的安全措施，确保矿工能够有足够的时间等待救援。本文还介绍了有关救生舱的维护及保养内容。在最后说明了以后需要改进的方向。关键词： 救生舱 避难硐室 结构设计AbstractMost ore difficult to show that mine after the accident of the formation of the high temperature, toxic or harmful gases environment is the main reason for the casualties caused miners. To provide the safety of the miners escape capsule, shelter cavern is the main means to reduce casualties, is the present international mine rescue development tendency and the direction, the design of the underground coal mine escape capsule mobile for external aid for relief time, ensure the safety of the miners friends.This article through to escape capsule research, completed a set of survival equipment structure design, first mainly introduces the relevant provisions of the state. Then according to state regulations, to determine the design goal. After escape capsule capacity requirements calculated, and determine the overall structure of the escape capsule. In addition, this paper also through some technical parameter validation, underground escape capsule internal environment to do better safety measures, to ensure that miners can have enough time to wait for rescue. This paper also introduces the escape capsule maintenance and maintenance content. In the final shows the need to improve after the direction.Key words: escape capsule shelter cavern structure design80目 录前 言11 绪论21.1 研究意义21.2 相关领域国内外技术研究现状41.2.1 国外紧急避险系统现状41.2.2 国内紧急避险系统现状61.2.3 国外可移动式救生舱的基本情况及特点81.2.4 国内可移动式救生舱的基本情况及特点141.2.5 国外应用现状及国际知名应急避难室生产企业及产品151.3 本文可移动救生舱设计任务172 煤矿井下移动式救生舱技术要求182.1 适用范围182.2 编制依据182.3 基本要求182.3.1 矿井救生舱设置地点和数量182.3.2 救生舱安放硐室的要求192.4 通风设施202.5 供水设施202.6 供电设施202.7 通讯设施212.8 功能及配置212.9 管理与维护253 救生舱结构设计273.1 保护壳壳材料的选择273.1.1 选用材料的一般原则273.1.2 选材的方法与步骤283.1.3 保护壳材料的确定303.1.4 产品的结构设计303.1.5 产品的安全防护设计323.1.6 使用环境343.2 保护壳壳体的设计343.2.1 焊接结构的设计原则343.2.2 保护壳体焊接结构设计373.3 观察孔的设计373.3.1 观察孔应满足的条件及其结构373.4 其他结构的设计394 救生舱的移动装置424.1 绞车424.1.1 绞车的主要类型424.2 滑靴434.3 救生舱移动装置工作原理435 救生舱模型的建立445.1 Pro/E软件介绍445.1.1 Pro/E的概述445.1.2 Pro/E的特点和优势445.2 矿用救生舱各个零件模型的建立465.2.1 保护壳模型的建立475.2.2 带观察孔保护壳模型的建立475.2.3 紧急舱门模型486 技术参数验证方法496.1 基本参数的测量和计算496.1.1 参数测量496.1.2 参数计算与合理性的验证方法506.2 主要技术参数验证方法526.2.1 气密性的验证方法526.2.2 耐高温的验证方法536.3 救生舱各系统防护试验方法566.4 氧气供给保障系统586.4.1 压风能力、噪声测定596.4.2 压缩氧供氧606.4.3 氧气自救器数量计算606.4.4 化学产氧616.5 空气净化与温湿度调节系统616.5.1 压缩空气626.5.2 CO2的净化626.5.3 CO的净化646.5.4 温度控制系统646.6 动力保障系统666.7 生存保障系统677 井下可移动救生舱管理及维护保养697.1 队伍组织697.2 日常维护管理697.3 舱内各设备的保养707.4 培训与应急演练758 全文总结76致谢78参考文献79前 言根据世界各国对矿井事故的调查，在火灾、爆炸等事故发生现场瞬间受到伤害死亡的矿工只占事故伤亡人数的一部分，有相当一部分矿工都是因为在矿井透水或火灾、爆炸后不能及时升井或逃离高温、有毒有害气体现场，导致溺水、窒息或中毒死亡的。因此，各国都在大力建设矿井避难硐室和研制矿用救生舱。矿用救生舱可以为发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内能为被困矿工提供氧气、食物和水，去除有毒有害气体，赢得较长的生存时间。同时，被困人员还能通过舱内通讯监测设备，引导外界救援。每年世界上矿难频发，如何预防事故发生和减少人员伤亡一直是世界矿产安全工作的重点，救生舱的研制使煤矿救援进入了一个崭新的阶段，一出现便成为了研究热点。目前，最大限度预防矿山事故，减少人员伤亡依然为一项世界性难题。为此，在继续深入研究事故防范措施的同时，国家投入大量人力财力到矿山重大灾害应急救援技术方面。1 绪论1.1 研究意义 我国作为能源消费大国，煤炭在我国能源生产的大格局中占有绝对的比重，达到近70%。我国的煤炭产量虽然只占世界煤炭产量的1/3，但煤矿矿难死亡人数占世界煤矿事故死亡人数的4/5。世界每发生20起导致死亡人数最多的煤矿灾难中，就有8起发生在中国，频繁的矿难不仅造成了许多家庭的破裂，同时也严重影响了中国的国际形象。国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发【2010】23号）明确要求“煤矿和非煤矿山要制定和实施生产技术装备校准，安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备，并于3年之内完成”，即监测监控系统，实现对煤矿井下CO浓度、瓦斯、风速、温度的动态监测；人员定位系统，掌握各个区域的作业人员分布情况；压风自救系统，确保发生灾害时现场工作人员有充分的氧气供应；避难硐室、可移动式救生舱等紧急避险系统，实现井下灾害突发时的安全避险；通信联络系统，实现矿井井上下和各个作业地点通信畅通；供水施救系统，在灾害突发后为井下作业人员提供清洁水源或必要的营养液。其中监测监控、人员定位、压风自救、供水施救和通讯联络在煤矿日常建设中已经基本完善，只有紧急避险系统没有完善的理论及实践研究，事故发生的瞬间，因坍塌、爆炸、冲击波等伤害而遇难的人员，仅占事故伤亡总人数的10%左右；而90%的煤矿工作人员遇难。是由于事故发生后附近区域氧气耗尽，同时含有高浓度的有毒有害气体，而逃生路线被阻断，无法及时撤离到安全区域所造成的，因此，建设一个使现场人员能够及时避开危险的安全场所，是减少人员伤亡的最可靠的措施。为进一步提高煤矿安全防护和应急救援水平，保障矿工生命安全，促使煤矿安全生产，借鉴美国、澳大利亚、南非等国家成功经验和做法，国家把建设煤矿井下避难所（就生硐室）应用试点已列入2010年煤矿安全改造项目的重点支持方向。煤矿井下紧急避险系统是在井下发生紧急情况时，为遇险人员安全避险提供生命生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体，紧急避险系统建设包括为井下人员提供自救器建设井下紧急避险设施，合理设置避灾路线，科学制定应急预案及进行自救培训等，紧急避险系统是煤矿井下安全避险六大系统的核心部分。2010年五月19日，国家安监总局在山西潞安矿业集团常村煤矿召开全国井下救生舱等避险设施建设现场会，该矿当时已建成1个永久避难硐室和2个救生舱，据常村煤矿估算，采用永久避难硐室+救生舱模式，全矿井约需费用一亿元。紧急避险系统能够在保障矿工生命中发挥重要作用。美国矿山安全健康监察局（MSHA）分析了19002006年的煤矿井下事故，发现264名矿工在事故发生后依然幸存，但最终只逃生和等待救援中丧生。针对类似情况下的矿工安全，MSHA认为，通过实施新的标准可挽救其中43名矿工的生命，余下的221名可通过建立紧急避险系统为其提供生命保障，MSHA估计，如果使用救生舱等避险设施，可使井下发生事故后矿工生命挽救率提高25%75%。有关专家对国外36起典型事故进行分析，发现发生在工作面区域的人员死亡大部分发生在逃生途中；火灾和窒息事故的人员死亡主要发生在人员逃生或逃生受阻的过程中。因此，建立井下紧急避险系统对提高遇险人员的生存概率十分重要。1.2 相关领域国内外技术研究现状1.2.1 国外紧急避险系统现状一直以来，欧美各发达国家对矿井事故的应急救援工作十分重视，将应急避难空间作为地下矿山应急救援工作的重要部分进行了大量的研究。其中，对于加拿大、美国、澳大利亚采矿业发达等国家，在地下矿山中设置和使用矿井应急避难室，已经是矿井应急救援中的一项成熟而有效的技术，并且已经有了多次成功营救的经验。目前，国外矿井中使用的应急避难室主要有以下三种类型：（1）永久性固定避难室（Permanent Chamber）。在矿井巷道两侧地层中直接挖掘而成，主要布置在主巷或逃生路线上。利用贯穿岩层到达地面的管道为避难室内持续地输送氧气、实现通讯。（2）临时性固定避难室（Temporary Chamber）。在矿井工作区域附近的巷道岩层中挖掘而成，依靠氧气瓶等设备为避难室提供一定时间的氧气。当此处采掘工作完成后，临时性避难室即被废弃，室内密封门、氧气瓶、通讯、监测仪器等重复性使用设备将拆除并转移到新建设的临时避难室中。（3）便携式避难室（Portable Chamber）。多数为车体式结构，具有行进装置或者吊装、拖曳部件，能在巷道中移动，随工程进度不断改变架设位置。氧气瓶、通讯、监测仪器等设备均安装在车体中。南非自20世纪70年代就出现避难所。1986年Kinross金矿矿难（死亡177人）后，法律强制井工矿必须设立避难所。澳大利亚金矿自2000年一直使用可移动式救生舱，目前已是法律的基本要求。美国煤矿井下避险设施的应用起源于2006年，西弗吉尼亚州萨戈煤矿发生的爆炸事故（死亡12人），引起社会的高度重视，美国国会通过了2006年矿工法。其后，MSHA和有关政府出台了新的矿山安全管理规定，规定井下必须设置气密性避难所。印度、英国、德国、法国等也在研究和应用避难所。从使用情况来看，早期主要用于金属矿山，煤矿应用研究较少，认为煤矿在灾变时期容易发生火灾或爆炸等次生灾害，突发紧急情况下人员尽可能撤离。目前，越来越多的国家规定煤矿井下必须设立避难所。国外煤矿井下紧急避险系统的建设和使用，有以下几个方面好的经验：（1）世界各主要采煤国对井下紧急避险系统的建设和使用维护管理均有明确的法律法规，美国、南非等还建立了救生舱标准，使煤矿安全保障能力具备必要的法制基础。（2）有紧急避险系统的整体设计，并于其他安全保障系统有机结合，美国职业安全健康研究院在有关报告中指出：避难所挽救生命的可能性只有在煤矿经营者结合救生舱制定全面的逃生救援计划的情况下才会实现。（3）井下紧急避险设施应实现对矿井的全覆盖，所有井下人员，包括生产人员、管理人员及可能临时出现的人员应有避难空间，澳大利亚西澳矿山安全检查规章推荐避难所容量应为服务区作业人员数量的2倍以上。（4）避难所的设置应考虑多方面因素：所服务区域的特点（空间结构、危险源分布、作业类型等）；灾变时期人员抵达难易程度、所需时间；随身佩戴自救器的防护时间；岩体稳定性和支护有效性。（5）避难所类型的选择应考虑所服务区域的特点及可能发生的灾害类型。一般规定，避难所的类型由煤矿根据自身的特点自主选择，以满足矿工避险需要的原则。目前，南非煤矿以避难硐室为主；美国煤矿井下配备避难所1193台，其中软体式救生舱1000台、硬体式救生舱123台，避难硐室70个；加拿大煤矿采用避难硐室与救生舱相结合方式，二者的数量比约为1:5，救生舱以硬体式为主。（6）避难所的有效防护时间主要根据灾变时期应急救援时间确定，南非规定避难所的有效防护时间为824h，澳大利亚规定至少36 h，美国规定不低于96h。（7）避难所采用两道门结构，以便形成风障，防止有毒有害气体侵入，必须有供氧、有毒有害气体处理、温湿度控制、通信、指示等设施及自救器、饮水机、急救设备等。（8）建立规章专人管理，确保始终完好，时刻能用。南非矿产法规定：避难所和其他安全设施需要定期检查，检查的时间间隔由矿主咨询矿井督察后决定，或由矿主制定专人调查后上交的报告决定。澳大利亚规定：避难所在井下首次安装时应进行试验测试，包括真空测试，电源支持测试等，以后一个合理周期（6或12个月）也应检测，应按照制造商的要求对避难所进行经常性的检查和维护，并作为日常工作的重点。（9）将安全使用避险设施作为员工培训和应急演练的重要内容，确保人皆会用。1.2.2 国内紧急避险系统现状2007年10月，澳大利亚巴瑞克矿区的一座金矿发生井下车辆火灾，54人被困，躲入救生舱后全部成功获救。2006年1月29日凌晨3时，加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）一座钾盐矿井发生火灾事故，72名矿工被困井下，转移至矿井应急避难室（澳大利亚Minearc Systems公司生产）中，经过26h全力营救，72名矿工全部成功获救。2003年和2004年，南非的两个特大先后发生停，电和火灾事故，其中一个矿井下有3400多人，结果只死亡9人，有280人是救护队在井下各个避难所里就出来的；另一个矿在2600人返回地面后，发现有52人失踪，2天后在井下的避难所和救生舱里找到，全部被救。2008年8月1日，河南平禹煤电公司发生突出事故，2名矿工及时躲进220米外的硐室避难成功获救。因此，可以看出紧急避难系统的建立，对提高煤矿井下紧急避险能力，减少事故伤亡，促进煤矿安全生产具有十分重要的意义。目前我国井工煤矿井下工作人员避难步骤一般为：灾害发生后，在灾区范围内的井下工人应马上佩戴自救器，选择不需穿越火区且距新鲜风流最近最安全的避灾路线迅速进进入安全区域，并尽快升井避灾。着不仅需要井下逃生人员清楚灾害位置，熟悉通风系统、避灾方法和逃生路线，还需要有能够提供足够氧气的自救器来保证工人安全升井。因此有很大的局限性主要表现在：（1）在发生灾害后，由于工人在井下分布较为分散，所以不能够及时了解灾害位置和洞察发展趋势如火灾发生时，井下逃生人员无法获悉地面应急抢险指挥部是否实施了反风风流短路等控风避灾措施，因此无法了解实施控风避灾措施后的避灾路线，尤其在灾害产生风压和主风机风压综合作用引起的巷道风流漩涡或紊乱情况下，致使灾变期间风流情况千变万化。（2）灾害发生时井下工人一般会产生极大的心理压力，不能选择正确的避灾路线，因而产生流动混乱，并且地面应急抢险指挥部因井下逃生人员流动混乱无法确定逃生人员位置，特别是无法通过一些必要的控风措施来控制灾害扩展和蔓延。（3）避灾时流动混乱，使得已经佩戴了过滤式自救器的井下工人，可能会误入烟雾浓度较高区域，破坏过滤式自救器过滤一氧化碳等有害气体的作用，造成逃生人员中毒或窒息死亡。目前我国井工煤矿工人所使用的隔离式自救器最大供氧时间约为45min，而在45min之内，无论在大型煤矿还是小煤矿，要在事故发生后逃离危险区域都是非常困难的。（4）狭小的井下空间，关系复杂的矿井通风及巷道联通，以及巷道类型和逆流风速等环境因素灾后都会限制人员逃生。基于上述，2008年2月被科技部批准立项的国家“十一五”科技支撑计划“矿井重大灾害应急救援关键技术研究”项目（编号：2006BAK25B00）的专题“遇险人员快速救护关键技术与装备的研究”（编号：2006BAK25B00-4）中，提出了“可移动式救生舱”子专题（由北京科技大学和潞安矿业集团公司承担），研制出的救生舱应具有能抵御矿井内瓦斯煤尘爆炸、火灾、水灾等灾害，并能够在压风、电力等线路中断的条件下8人存活4天以上的特点，该救生舱具有密闭舱体、密闭空间气体与人体参数监控系统、空调系统、供电系统、通讯系统等，可以达到国际先进水平。1.2.3 国外可移动式救生舱的基本情况及特点目前可移动式救生舱按其材质可以分为钢制救生舱（硬体式救生舱）和可充气式救生舱（软体式救生舱）。钢制救生舱：外壳是钢制的，能承受一定强度的压力，一般入口处占有近1m的空间用以设置双层门或其他阻止外界气体进入生存舱室的装置。中段大部分空间为有双排座椅的人员生存室，有少部分仪器设备在此处。避难室另一端为主要设备隔间，动力系统等大部分设备均在此处。如图1-1、1-2。图11 Draeger Safety DSSI RS24-15型避难室布局示意图图1-2 硬体式救生舱可充气式救生舱：救生舱采用阻燃、耐高温帆布等软质材料制造而成。工作时张开一个气囊，矿工将在张开的气囊中得到庇护。未工作时，气囊和氧气瓶、空气瓶、二氧化碳洗涤装备、降温设备、食物、水、急救用品等存在一个防爆的拖撬之中。如图1-3。图1-3 可充气式软体救生舱救生舱具备基本功能包括气密性、隔热性、供氧、空气调节、动力系统、CO2处理、气体监测、通讯指标、附属设施，但具体指标不同。（1） 气密性：目前气密性问题主要是靠双层门、空气帘配合以正压空气得以解决的。一般情况下，避难室双层门结构是在进门端设置两道气密门，而且两道门通过连锁装置控制，不能同时处于开启状态，以免外界气体直接进入主舱。单层门则会设置厚重的塑料空气帘（如图1-4）阻挡空气。 图1 4 Shairzal避难室空气帘 图15 MineArc避难室正压空气装置以上单纯使用气密门的设计并非阻止空气进入的可靠方式，MineArc、Systems等公司在双层门之间使用的正压空气阻隔系统（图1-5）能够利用增加舱室内部气压很好的阻止有害气体进入。当人员开启第一道气密门时，内部第二道门处于关闭状态。此时排气系统通过外接矿用正压空气管道或者高压空气瓶中的空气释放，使避难室入口处空气压力高于外界气压，向外排气防止有害气体涌入，随后关闭第一道气密门，再进入生存舱。（2）隔热性：国外一般采用在舱体内壁涂抹隔热材料，厚度一般为20mm左右,实际使用中填充隔热材料形成隔热层,能够有效的减少舱内外热量的传递。（3）供氧装置：目前，国外矿用应急避难室的正常氧气供应主要靠矿用压缩空气和压缩O2两种方式。压缩O2一般储存在高压钢瓶中而压缩空气可以通过矿用压缩空气管道和钢瓶储存来提供。通常在应急救援中意外时常会发生，避难室的正常O2供应也可能在救援过程中出现短时间中断的情况，因此，避难室中还应设置应急用的方便O2发生源。国外避难室中配备的应急氧源一般为自含氧发生器（Self-Contained Oxygen Generator），又称为氧烛。（4）空气调节装置：国外的避难室绝大多数使用空调来控制温度。空调主机可置于避难室内部，而压缩机必须外置，因此，在爆炸事故频发的煤矿中，避难室空调压缩机的防爆是不得不面对的问题。此外，在20多m3的空间中要保持让人舒适的温度，需要有足够的电力运行空调，而矿难时外部电力切断，只能靠电池维持。所以，避难室生存时间的长短很大程度上要决定于空调和备用电池的功率之间的相互协调。（5）动力系统：避难室中的空调、照明、电子控制设备等都要依靠电力来维持，尤其是大功率的空调压缩机，要消耗大量的电力资源。目前，国外矿用避难室的动力供应系统一般分为两部分：矿山电源和UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）。避难室在正常情况下接入矿山用电源，经变压转换设备、调整电压电流适应舱内设备的规格。而在矿难发生时，会出现矿山用电源可能由于线路遭到破坏，或者因救援工作需要人为切断的情况，此时，就需要自动切换到避难室内部备用的UPS、来维持相应设备运行。一般情况下，UPS主要由蓄电池供电。矿井用蓄电池要求本质安全，并且由于要长时间维持大功率的空调设备运行，需要大量的串、并连蓄电池以提高电池电压及容量，根据上述特性、国外多数避难室选用的应该为铅酸蓄电池。（6）CO2处理：目前，国外避难室的标准要求将CO2的浓度控制在0.5%以下，一般不允许超过0.8%。北美RANA-Medical公司生产的Refuge One空气净化器是目前国际上较先进的空气处理装置，它按照使用的吸收CO2剂的药板数量分为单床和双床两种，呼吸过的气体进入处理器后，CO2以及其他的有毒气体被吸收，同时净化器连接的O2钢瓶经调节装置控制向空气中加如与CO2体积相等的O2，使净化后的气体达到可呼吸的标准。单床Refuge One空气净化器能够47h使容纳10人的避难室保持CO2浓度低于0.18%。国外避难室中一般选用碱石灰（NaOH与CaO组成的混合物）作为CO2的吸收剂，主要是因其价格低廉、性能可靠，保质期长。（7）气体监测：避难室中的监测系统主要监测的对象一般包括O2、CO2、CO、H2S、CH4、压力、温度、湿度以及各种设备的运行状况。监测仪器在避难室内分为固定式和便携式两种。固定式的仪器一般主要用于避难室生存空间内的各种环境参数以及各类电子设备、动力的监测。此外，避难室内还配备有一部分便携式气体检测设备，由被困人员中有经验的矿工操作，每隔一段时间对密闭空间内气体循环较差的角落进行检测，防止有毒有害气体局部积累。（8）通讯系统：国外一般采用有线通讯、无线通讯、应急通讯及各通讯方式失效情况下的信息交流方法，形成多级通讯保障体系。各通讯设备应技术先进、安全可靠。救生舱的设计制造应为在各通讯方式失效情况下的信息交流创造条件，具体方法应在救生舱内明确告知。（9）附属系统：应急避难室中除了主要的设备仪器外，还有设计有一系列附属设施以满足被困矿工的生存需要、协助完成救援工作。化学厕所：国外避难室中设置的厕所一般采用化学方法对排泄物进行消毒和处理，同时，厕所的设置位置会与人的生存舱隔离开，多数在避难室入口处的排气间，能够将臭味随气体排到外界空间。照明装置：由于应急救援中电力资源宝贵，避难室中的照明装置除了要求本质安全外，还要尽可能的节省电力。因此，避难室中一般使用能耗低、维持时间长、维护简便的LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)灯。自救器：避难室中必须配备有一定数量的隔绝式O2自救器，以便于避难室内人员短时间外出进行检测、营救或自行撤离。逃生窗：矿难发生后，矿井内部情况复杂，爆炸、塌方等各种原因都有可能导致避难室入口被堵住或损坏而无法开启舱门，因此，避难室需要有应急逃生的窗口，在需要紧急出舱时，被困人员能够从内部不太费力地徒手（也可借助避难室内部工具包）打开逃生窗离开避难室。逃生窗内外两侧结构不同，外侧在正常情况下能够达到气密性，同时具有与外壁其他部分相同的防爆能力；内侧紧固件拆卸后逃生窗就能整体向外推出露出逃生孔。逃生窗主要材料为防爆玻璃，所以平时也可作为观察窗观察外界状况。急救包：国外避难室中通常还配备有急救包，里面有一般情况所需要的急救药物、器材等，能够用于对受伤的矿工及时进行简单的包扎、消毒、治疗，防止受伤部位伤情恶化。工具包：等待救援期间，避难室的各种设备可能会出现运行上的小问题，需要及时排除。所以避难室里还应配备一个工具包，里面包括检查、维修室内各种设备的工具、说明书、维修材料以及供被困人员撤离用的逃生手册、逃生路线图等。外部标识：矿难发生时，由于烟雾、粉尘弥漫等各种原因，矿井中的能见度可能大大降低，为了引导无法撤离的矿工及时确定最近的避难室的位置，避难室舱体外壁以及周边的一定范围内都应设置有声、光提示的标识。这些标识包括巷道墙壁上的反射带方向标志、避难室上安装的警示灯和外壁上粉刷的荧光带等。（10）硬体舱和软体藏均采用过度藏结构。过渡舱设气幕和压气喷淋装置，以阻断和冲洗人员进舱时可能带入的有毒有害气体。1.2.4 国内可移动式救生舱的基本情况及特点国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局将救生舱技术列入“十一五国家科技”支撑计划，并取得了开创性成果。2009年12月，国家煤矿安全监察局发布了煤矿井下避难所试点建设基本要求（试行），提出了可移动式救生舱的基本功能要求。目前全国有超过30家单位从事救生舱及避难硐室配套设备的研发，其中有10多家单位已制造出产品，相关企业还与澳大利亚、美国等公司开展了有效的国际合作。我国救生舱产学研紧密结合，具备高起点。在充分借鉴国外成功经验和做法的基础上，将潜艇、船舶、高楼逃生等领域的一些高新技术用于救生舱研发，提高了技术含量，具备航空潜艇等研发背景的机构进入救生舱的开发领域，有力的推进了研发进程，从已研制的产品看，我国产品的功能要求和环境适应性高于国外产品。但从总体上来看，我国救生舱的研发尚处于探索初期，技术引进和相关领域技术尚处于组装、仿造、借用阶段；研制出的救生舱基本未经过实践检验，需通过使用后再不断调整优化；也尚需通过试点试用的总结。1.2.5 国外应用现状及国际知名应急避难室生产企业及产品（1）政策、法规的支持2006年1月29日凌晨3时，加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）一座钾盐矿井发生火灾事故，72名矿工被困井下，转移至矿井应急避难室（澳大利亚Minearc Systems公司生产）中，经过26h全力营救，72名矿工全部成功获救，在世界范围内引起轰动效应。上述应急避难室成功应用的前提在于政策、法规对应急救援工作的明确规定，加拿大萨斯喀彻温省的矿山应急响应规程（Saskatchewan Mine Emergency Response Program）要求，地下矿山（包括煤矿）要设置长期的和临时的矿工应急避难室，这些避难室内存放一定量的氧气、水和食物，通讯设施要直达地面。美国、澳大利亚等国家的矿山安全法规和标准也对推广、使用矿井应急避难室有着硬性的规定。（2）经济、技术、市场基础在相关政策法规的支持下，欧美各国十分重视矿山应急救援工作及相关研究，投入了大量的资金，使得大量的具有较强科研实力的企业单位参与其中。矿井应急避难室是一种需要集成多种高新技术的科技产品，因此，MineArc Systems、Shairzal、德尔格等综合性安全设备公司具有相当的技术优势。这些企业从事工业安全领域研究多年，生产矿用安全设备、监测、通讯仪器等一系列的应急救援设备，能够在本公司内部完成整个应急避难室系统所需的全部设计研究。相比之下，国内缺乏具有类似完成大型设备研发能力的企业，只能依靠多个部门共同合作完成，带来诸多协调上的问题。国外安全生产的氛围浓厚，同时经济实力强大，应急避难室等设备具有广阔的市场。同时，由于采矿行业水平较高，各类矿井的条件相当，管理水平高，工艺简单，具备了推广、使用应急避难室的条件。（3）国际知名应急避难室生产企业及产品目前，国际上得到美国矿业安全健康管理局（MSHA）技术认证的生产应急避难室的主要公司及其部分产品如下：大洋洲地区澳大利亚MineARC系统公司（MineARC Systems）生产的MineARC Systems 15人避难室；澳大利亚Shairzal安全工程公司（Shairzal Safety Engineering）生产的Shairzal 快速移动救生站；澳大利亚Cowan制造有限责任公司（Cowan Mfg, Pty, Ltd.）生产的Cowan低位应急避难室。北美地区美国杰克肯尼迪金属制品公司（Jack Kennedy Metal Products）生产的Kennedy应急避难室；北美Rimer Alco医疗设备公司（RANA-Medical）生产的RANA-Medical Tommyknocker矿用避难室；现代矿业安全支持有限责任公司（Modern Mine Safety Supply, LLC）生产的Modern Mine Safety Supply避难室。另外还有：美国Strata公司（Strata Products USA）国际空气系统有限责任公司（Air Systems International Inc.）美国生化避难室有限责任公司（ChemBio Shelter, Inc.）国际微克服务公司（Gamma Services, International）欧洲地区德国德尔格安全设备有限责任公司（Draeger Safety Inc.）生产的Draeger隧道用应急避难室1.3 本文可移动救生舱设计任务本文可移动救生舱设计任务参数见表1-1表1-1 可移动救生舱设计任务参数项 目参数额定人数 人12额定防护时间 h96抗冲击力 MPa1.5抗爆炸冲击力 MPa2瞬间耐高温能力 1200持续耐高温能力 55最大耐水压能力 MPa0.1规格尺寸（LWH）mm772019002118空载质量 t12.8空间安全系数= 1.52 煤矿井下移动式救生舱技术要求2.1 适用范围本要求规定了煤矿井下移动式救生舱（以下简称救生舱）井下的安装、维护和管理等要求。2.2 编制依据煤炭工业矿井设计规范GB502152005煤矿安全规程2010年版防治煤与瓦斯突出规定2009年版国家煤矿安全监察局煤矿井下避难所试点建设基本要求（煤安监司办2010第9号）国家安全监管总局国家煤矿安监局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）2.3 基本要求2.3.1 矿井救生舱设置地点和数量矿井应根据井下作业人员和巷道断面等情况，结合矿井避灾路线，合理选择和布置移动式救生舱。有突出煤层的采区应设置采区避难硐室或救生舱，设置位置应当根据实际情况确定，但必须设置在防逆流风门外的进风流中。煤与瓦斯突出矿井以外的其他矿井，从采掘工作面步行，凡在自救器所能提供的额定防护时间内不能安全撤到地面的，必须在距离采掘工作面1000米范围内设置。突出煤层的掘进巷道长度及采煤工作面走向长度超过500米时，必须在距离工作面500米范围内设置避难硐室或救生舱。救生舱规格和数量应满足所服务区域内同时工作的最多人员的避难需要。2.3.2 救生舱安放硐室的要求A：救生舱安放硐室的设置应避开地质构造带、应力异常区以及透水威胁区，并要求尽量布置于岩层中，且顶板完整、支护完好（采用混凝土，厚度200300mm），前后20m范围内应采用不燃性材料支护，符合安全出口的相关要求。应保证道路畅通，安全间距、风速等符合煤矿安全规程及相关标准的规定。B：救生舱安放硐室的形状宜采用半圆拱形，高度大于2.6m，救生舱安放硐室的尺寸，应根据选用的救生舱的规格和通风要求确定。C：救生舱安放硐室内地面应高于巷道底板0.2m，水泥铺底厚150200mm，倾斜度不大于3，以保证救生舱水平放置时保持平稳。D：救生舱安放硐室顶板应安装防水设施，不得有滴水现象。E：救生舱安放硐室外20米范围内不应堆放易燃物品。F：压风、供水及信号传输管线在进入避难硐室前应埋设于巷底或巷壁，或采取其他措施保护，确保在灾变发生时不被破坏。埋设或保护距离至少不得低于200米。G：救生舱安放硐室应根据不同岩性采用锚喷、砌碹等方式支护，支护材料应阻燃、抗静电、耐高温、耐腐蚀。H：救生舱安放硐室标识矿井避灾路线图应包含井下所有避难硐室设置情况。救生舱安放硐室应有清晰、醒目的标识牌，并悬挂于救生舱安放硐室外。标识牌中应明确标注救生舱位置和规格、种类，井巷中应有救生舱方位的明显标示，以便灾变时遇险人员能够迅速到达救生舱。在井下通往救生舱安放硐室的入口处应有“救生舱”的反光显示标志,标志应符合AQ1017-2005标准要求。2.4 通风设施救生舱安放硐室应设立在进风风流中。突出煤层的掘进巷道长度超过500米时，不能设立在进风风流中。压风供气系统应专门配置，发生灾害时自动投入运行、供给压气。必须保证风源稳定可靠，灾害应急时随时可用。按救生舱额定人数计算，每人每分钟供给风量不得少于0.1m3。2.5 供水设施与煤矿供水管道相联接，管路保持畅通。2.6 供电设施供电安全、可靠。用于煤矿井下的救生舱用电部分应当充分考虑煤矿的供电条件，需要使用井下交流1140V/660V和380V的电。电源安装要求：a)供电系统供电设备应具有短路、过载和漏电（含漏电闭锁）保护。低压控制设备应具有短路、过载、断相、漏电闭锁等保护及远程控制装置。b)电源供电电缆应为煤矿用阻燃电缆，一般采用重型橡套铜芯多股电缆，并应带有一芯接地芯线，内接地芯线应与接线盒内的接地端子可靠连接。电缆应设有防护装置，应防止电缆被意外砸伤、拉伤或刮伤，并应将电缆躲开淋水、积水地点。2.7 通讯设施煤矿救生舱与其相关点的通讯连接，使用有线程控电话，通讯电话应防爆，符合“煤矿安全规程”和GB3836.2-2000要求；通讯电缆应为煤矿用阻燃电缆，电缆应设有防护装置，应防止电缆被意外砸伤、拉伤或刮伤，并应将电缆躲开淋水、积水地点；救生舱的通讯应与矿井主通讯联网。2.8 功能及配置1、救生舱基本参数见表2-1。表2-1 救生舱基本参数项 目参数额定人数，人12额定防护时间，h96抗冲击力，MPa1.5抗爆炸冲击力，MPa2瞬间耐高温能力，1200持续耐高温能力，55最大耐水压能力，MPa0.1规格尺寸（长宽高）772019002118空载质量（t）13t人员舱容积（m3）9.7过渡舱容积（m3）4.8设备舱容积（m3）7.22、救生舱正常使用时能保持正压状态（舱内气压大于舱外气压），生存舱内压力在100Pa1000Pa内；过渡舱内压力不小于200Pa，防止有毒有害气体渗入。3、额定防护时间不小于96h，并且有不小于1.2倍的安全系数。4、 救生舱外部颜色在煤矿井下照明条件下应醒目，宜采用黄色或红色。同时，应设置明显的安全荧光条码、安全标志标识、安全使用须知、扳手启动符号等标识。5、救生舱及内部设备具有防腐蚀、防虫鼠啃咬等性能。6、救生舱的有效容积（包括过渡舱和生存舱），保证人均占有容积不小于0.8m3，其中过渡舱净容积应不小于1.6m3。观察窗宜设置在生存舱的适当位置，材质应具有与整舱相匹配的耐高温、抗冲击等性能。急逃生口，在救生舱舱门无法正常开启的紧急情况下，遇险人员能够借此逃生。7、瞬间耐高温能力，舱体在瞬间（0.2S）环境温度1200条件下，无开裂、变形等影响使用的缺陷。8、持续耐高温能力，额定防护时间内持续环境温度55条件下，舱内温度不大于332。9、抗冲击力不小于1.5MPa。10、抗爆炸冲击力不小于2MPa。11、救生舱具备快速起动能力，起动时间应不大于20s。12、救生舱具备可移动性，明确安全、可靠移动的方式、方法及所需设备。13、氧气供给保障系统、救生舱应具备压风供氧、压缩氧供氧二级供氧保障体系以及自救器逃生保障系统。救生舱具有与矿井压风系统的接口和压风系统供氧装置，可以在矿井压风系统未被破坏的情况下对舱内供氧。保证压风供氧速率应不小于每人2.5L/min（标准状态下），连续噪声应不大于70dB(A),出口压力应不大于0.2MPa。压缩氧供氧，以人均耗氧量0.5L/min计算，能够单独保证救生舱的额定保护时间。自救器救生舱应配备隔绝式氧气自救器，使用时间应不小于45min。配备量应不小于额定人数的1.5倍。14、空气净化救生舱应具有有效的空气净化与温湿度调节系统，在额定防护时间内保证舱内空气及有毒有害气体浓度满足表2-2的规定。表2-2 舱内空气及有毒、有害气体浓度项目O2COCO2CH4温度湿度指标18.5%23.0%24X10-61.0%1.0%330C20C85%15、温湿度调节在外界电力供应中断或空调机组意外停转情况下能够满足舱内制冷除湿的需要。16、环境监测舱内环境参数包括CO、CO2、O2、CH4、温度和湿度，应进行实时监测、显示和超限报警，若超出表2的规定值时应自动声光报警，声级强度不宜大于85dB（A）；舱外环境监测的参数包括CO、CO2、O2、CH4，应进行实时监测、显示。17、通讯救生舱具备与井下通讯网连接的接口及通讯方式失效情况下的信息交流方法,保证灾变期间通讯可靠。18、舱内照明及指示救生舱采用一体式矿灯照明。舱内储备逃生用一体式矿灯，数量不少于额定人数的25%。救生舱外部应有反光标志，便于黑暗环境中辨识。19、动力保障救生舱内具有动力供应系统，在失去外部供电的情况下，内部电源能维持额定工况下的电力消耗需要。具备外部电源接入接口，在救生舱处于备用状态下能利用外部电源对救生舱内部电源充电。外部电源及电源接口应有完善的安全保护，保证在意外情况下的供电安全及灾变条件下外部电源中断时救生舱内部的供电安全。救生舱内部采用集中供电方式，矿用隔爆兼本质安全型防爆型式，具备自动充电、充电状态显示、均衡充电、均衡放电等电源管理和过充、过放等安全保护功能。动力保障系统的备用电池采用大容量的镍氢蓄电池。救生舱内、外部供电应能自动转换，转换时间不大于0.1S。20、生存保障救生舱应配备在额定防护时间内额定人员生存所需要的食品和饮用水，并有足够的安全余量。其中，食品配备不少于2000kJ/人.天，饮用水不少于0.5L/人.天。救生舱配备急救箱、苏生器、工具箱、人体排泄物收集处理装置等设施设备。21、救生舱用电气设备、高压容器、仪器仪表、化学药剂等，应符合相关产品标准的规定和国家有关管理要求，纳入安全标志管理的设备应取得矿用产品安全标志。22、救生舱主要配置表见表2-3。表2-3 救生舱主要配置表序 号型号产品名称备注1舱体2KDD1200矿用隔爆型备用电池箱3KDW1140/12矿用隔爆兼本安直流稳压电源4FBFN01.4/12矿用隔爆型直流电动风扇5ZSK-4.0/380煤矿救生舱用防爆空调装置6GTG100H（B）红外甲烷传感器7GH3多气体传感器8GRG5H红外二氧化碳传感器2.9 管理与维护1、救生舱及安装硐室应专门设计并编制施工措施，报矿井总工程师审批后施工；竣工后由安全副矿长组织通风、安全及生产部门相关人员进行验收，合格后才能投入使用。2、矿井建立救生舱管理制度，设专人管理，每周检查一次。按相关规定对其配套设施、设备进行维护、保养或调校，发现问题及时处理，确保设施完好可靠。3、救生舱配备的食品、水和急救药品，过期或失效的必须及时更换，且在有效期内。4、每天检查救生舱门是否开启灵活和密封可靠，检查橡胶是否老化。5、每天必须检查救生舱内压缩氧和压风供气性能。（1）压缩氧供气： a)减压器应定期检验完好性，流量在0.415L/min范围内应可调。 b)定期检查氧气瓶压力，如压力小于13.5MPa，应及时充气。 c)医用氧气瓶钢瓶符合GB5099标准和气瓶安全监察规程。氧气瓶有效期15年，3年检验一次，检验合格后方可使用。充装后的气瓶，应有专人负责，逐只进行检查。检查内容包括：瓶阀开启灵活性，阀门关闭应可靠；瓶内压力是否在规定范围内；气瓶充装后，如出现缺陷，应立即停止使用。（2）压风供气检测压风供气装置完好性，压风压力和压风供气量符合压风自救供气系统要求。6、便携式自救器应按标准定期校验，并作好记录。隔绝式压缩氧自救器：每隔半年要检查氧气瓶压力。每隔3年要对氧气瓶做水压试验。每隔半年更换CO2吸收剂（未使用状态下）。7、每周需检查救生舱安放硐室内的联接牢固、可靠性。如螺丝联接是否松动等。8、每周需检查救生舱安放硐室的支护，保证支护牢固，可靠。9、每周需检查检查甲烷传感器的完好性，并定时监测通风瓦斯浓度。10、每周需检查电气设备（直变器、矿用真空馈电开关，照明电源装置）完好性，检查供电系统是否供电。应定期检查电气设备和仪器仪表完好性以及是否能正常运行。11、定期检验进入舱体内的空气流量，流量应满足要求，否则，应查明原因并及时排除。12、油水分离器过滤芯每月更换一次，如发现过滤后气体有异味，应提前更换。13、净化系统，一般每隔8小时就要对救生舱舱内的空气进行过滤清理，除去异味，同时检测室内气体浓度，以保证使用安全。净化系统中所使用的化学药剂，应封装保存。如未使用，CO2、CO吸收剂、活性炭、吸湿剂等化学药剂2年应更换，如果发生变色失效，应及时更换。14、降温系统应完好。15、矿井应对入井人员进行救生舱使用的培训，每年组织一次救生舱使用演练，确保每位入井员工都能正确使用救生舱及其配套设施。3 救生舱结构设计3.1 保护壳壳材料的选择合理地选择和使用材料是一项十分重要的工作，它不仅要考虑材料的性能应能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高机械零件的生产率，降低成本等。3.1.1 选用材料的一般原则1、使用性原则：指材料所提供的使用性能指标对零件功能和寿命的满足程度。零件在正常情况下，应完成设计规定的功能并达到预期的使用寿命。2、工艺性：指所选用的工程材料顺利地加工成合格的机械零件。（1）铸造工艺性：包括流动性、收缩性、热裂倾向性、偏折性及吸气性等。（2）锻造工艺性；包括可锻性、冷镦性、冲压性、锻后冷却要求等。（3）焊接工艺性：主要为焊接性，即焊接接头产生工艺缺陷的敏感性及其使用性能。（4）切削加工工艺性：是指材料接受切削加工的能力。如刀具耐用度、断屑能力等。（5）粘结固化工艺性：高分子材料、陶瓷材料、复合材料及粉末冶金制品，其粘结固化性是重要的工艺指标。（6）热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。3、经济性：应尽量选用价格比较便宜的材料。从材料本身的价格、从材料加工费用考虑、从资源供应条件考虑、注意选用非金属材料。材料的经济性主要从以下几个方面考虑：（1）材料本身价格应低通常情况下材料的直接成本为产品价格的30% 70%。（2）材料加工费用应低非金属材料（如塑料）加工性能好于金属材料，有色金属的加工性能好于钢，钢的加工性能好于合金钢。材料的加工费用应从以下几个方面考虑：1) 成型方法在满足零件性能要求的前提下，能铸代锻，能焊代代锻。例汽车发动机曲轴，一直选用强韧性良好的钢制锻件，弯曲了的曲轴照样不能使用，改成铸造曲轴（球墨铸铁）使成本降低很多。从零件的生产的每一道工序都应尽量减少。2) 加工工艺路线选用最佳工艺路线。3) 现有生产条件应充分利用现有生产设备或进行技术改造。能自己生产的不要外协。（3）高材料利用率和再生利用率在加工中尽量采用少切屑（如精铸、冷拉、模锻等）和无切屑新工艺，有效利用材料。（4）使用过程的经济效益在选材时，不能片面强调材料费用及制造成本，还需对材料的使用寿命予以重视，我们生产是为了使用，生产出来的产品不能使用或不能安全使用，或达不到大型零件，如锅轮，大型齿轮的轮幅，轮毂用铸铁，齿圈用优质碳钢等。3.1.2 选材的方法与步骤1、选材的方法：应以零件最主要的性能要求作为选材的主要依据。同时兼顾其它性能要求，这是选材的基本要求。（1）以要求较高综合力学性能为主时的选材在机械制造中有相当多的结构零件，如轴、杆、套类零件等，在工作时均不同程度地承受着静、动载荷的作用，其失效形式可能为变形失效和断裂失效，所以这类零件要求具有较高的强度和较好的塑性与韧性，即良好的综合力学性能。（2）以疲劳强度为主时的选材疲劳破坏是零件在交变应力作用下最常见的破坏形式，如发动机曲轴、齿轮、弹簧及滚动轴承等零件的失效，大多数是因疲劳破坏引起的。（3）以抗磨损为主时的选材可分为两种情况：一是磨损较大、受力较小的零件，其主要失效形式是磨损，故要求材料具有高的耐磨性。如钻套、各种量具、刀具、顶尖等，选用高碳钢或高碳合金钢，进行淬火和低温回火处理，获得高硬度的回火马氏体和碳化物组织，即能满足耐磨的要求。二是同时受磨损及交变应力作用的零件，基主要失效形式是磨损，过量的变形与疲劳断裂（如传动齿轮、凸轮等）。2、选材的步骤（1）分析零件的工作条件及其失效形式，根据具体情况或用户要求确定零件的性能要求（包括使用性能和工艺性能）和最关键的性能指标。一般主要考虑力学性能，必要时还应考虑物理、化学性能。（2）对同类产品的用材情况进行调研（3）查手册（4）初步选择（5）审核（6）找关键性零件上述选材步骤只是一般过程，并非一成不变。如对于某些重要零件，如果有同类产品可供参考，则可不必试制而直接投产；对于某些不重要的零件或小批量生产的非标准设备及维修中所用的材料，若对材料选择与热处理方法有成熟的经验和资料，则可不进行试验和试制。3.1.3 保护壳材料的确定根据以上材料选择方法，救生舱壳体所选用的材料是Q345，弹性模量EX=206GPa，泊松比PRXY=0.28，屈服极限为345MPa，抗拉强度为490620MPa。化学成份：碳C：0.20硅Si：0.55锰Mn：1.001.60硫S：0.040磷P：0.040钒V：0.020.15铌Nb：0.0150.060钛Ti：0.020.20Q345是高强度结构钢，为一般结构用钢，强度、韧性高于Q295具有较好的塑性、焊接性能和冲击韧性，冷热加工性能及低、中温性能也很好，有良好的耐蚀性。可用于制造车辆、电站、建筑、矿井、船舶、桥梁和低压锅炉的冲压件、结构件和承重件及工作温度为-20450的容器及其焊接件。3.1.4 产品的结构设计（1）采用分体组合式结构，由过渡舱、生存舱、设备舱三部分组成，舱体之间通过法兰连接。三个完全独立的舱体制造，使用中连接在一起，有密闭通道实现两个舱体的相通，既保证了各个舱体功能的独立型，又有机的形成一体。（2）隔热设计特点：在舱体内壁涂抹隔热材料，厚度 20mm,实际使用中填充隔热材料形成隔热层,能够有效的减少舱内外热量的传递。（3）由钢板焊接制成，具有抗压砸、耐腐蚀、以及防潮密封等特点，特别适合井下恶劣条件下使用。（4）救生舱门救生舱由过渡舱、生存舱和设备舱三部分组成，三个舱体通过法兰连接在一起，过渡舱门采用向外开启的防护密闭舱门，过渡舱和生存舱之间采用密闭门隔开，生存舱和设备舱之间是互通的，中间无门，统称为生存舱。两个防护门的尺寸相同，高度1.2米，宽度0.7米。（5）过渡舱过渡舱容积5.5 m，舱门外设有压缩空气幕，来自煤矿压风管路的接管及舱内空气瓶连接到舱外的管路。舱内有压气喷淋装置，从空气瓶输出的管路，通过一个 DN6 的三通一路接到生存舱的面板内，一路输往舱外空气幕，另一路为空气喷淋管，通过一个 DN6 的球阀控制着喷淋装置。过渡舱内有两个1寸的单向排气阀。（6）生存舱生存舱包括生存舱和设备舱两部分，每节长3m，高1.8m ，宽1.5m，生存舱和设备舱容积 11.8 m3。在设备舱端设置 DN150 观察窗一个，距舱底高度 1500mm，观察窗是不锈钢和碳钢制成的，配有高温防火玻璃，能耐高温，抗冲击；生存舱有2个 1寸单向排气阀。（7）应急逃生口本舱将逃生口设置在与救生舱舱门相对的一侧（即设备舱末端），距离地面360mm，直径750mm，面积0.44 m2。（8）舱体强度、耐高温及气密性救生舱采用10mm钢板焊接制成，三个舱体通过25mm法兰和5mm石棉橡胶板连接在一起，内部采用20mm厚的保温材料，内加1mm厚不锈钢板，舱门采用密闭门。（9）防倾覆性能舱底为全平面，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。3.1.5 产品的安全防护设计（1）空气和氧气供给系统：救生舱舱内留有压风管路可与来自煤矿的压风管路连接，在压风管路未损坏情况下，可保障舱内气体的流通，及时供给舱内氧气。压风进气口处装有消音器，节流装置及球阀等设施。供氧方式优先采用压缩氧供氧，即气瓶供氧。舱内放置 7 瓶压缩氧气。气瓶内的氧气通过减压阀减压至0.3MPa以下压力后通过汇流排进入管路中。气瓶用气瓶架将上下两部分分别固定牢固，用扎带捆扎结实，供氧管路和阀门需进行脱脂处理。另外二氧化碳吸收药板可与人体呼出的水和二氧化碳反应产生氧气，可补充一定量氧气。舱内空气供给系统：在煤矿压风管路未损坏的情况下，可直接采用压风系统来供给空气和氧气。在压风系统损坏的情况下，采用压缩气瓶供气。舱内放置8瓶空气瓶，来满足舱内压风喷淋及气幕和舱内流通的需求量。救生舱内配隔绝式氧气自救器15个，每个可使用60min。（2）空气净化系统：过渡舱舱门外设有空气幕，当人员开启舱门时，挤压行程开关，释放来自煤矿的压风管路气体。舱内设有进气口和出气口，由 DN25 的接管，球阀和消音器组成的管路与煤矿压风系统连接，同时打开进气出气阀门，保障舱内空气的流通。过渡舱内有8个40L高压空气瓶，并与舱门外的行程开关连接，可以在压风管管路损坏的情况下，及时供气，保障空气幕的作用。另外可向舱内供气，保证舱内空气的流通。温度调节：本系统采用液态二氧化碳制冷。液态二氧化碳经过减压器从气瓶中释放出，通过铜管输送到空调盘管内，输送过程中二氧化碳气化吸热，可以起到降温的作用。同时气化的二氧化碳进入气动马达，带动马达转动，将冷风吹出，通过排气口将二氧化碳气体直接排到舱外。设计时将空调倒置,即吹风口位于下部,向上方吹风,.空调箱和药板箱通过风道连接在一起,节省了空间,同时由空调吹出的冷风穿过药板吹向舱内，可以加速药板的反应，并把产生的氧气及时向舱内扩散，避免氧浓度过高。考虑到药板时密封包装,拆开后就反应,设计时,药板箱可插入一箱药板。（3）环境监测系统过渡舱内用多功能气体测定器对舱内的O2、CO进行检测，生存舱内采用KDW17矿用隔爆兼本安电源、KJ70N-F1矿用分站和 GYH25氧气传感器、KGW5 数字式温度传感器、GTH1000一氧化碳传感器、GRG5H红外二氧化碳传感器、GJC4甲烷传感器各两个，分别监测舱内外各项参数，并能自动超限报警。启动电器后，传感器可直接测得舱内各项参数，并显示在传感器上，舱内人员可直接看到，同时将传感器的各项参数通过矿用分站及电源输送到矿井外，使营救人员可观察到避难人员的情况，以便及时营救。（4）通讯系统救生舱内有 KTT103.3电话一部，与外部通讯线路连接；救生舱内有TDJ-2400BKC12-Y板状天线及KT109R-F矿用隔爆兼本安型基站和 KDW660/54B 矿用隔爆型通信电源一套，可在有线通讯设施失效的情况下保证舱内人员与外部的联系。（5）舱内照明及指示系统为了有效的节省能源，故不用电照明。在保证额定工况下的照明需要情况下，舱内配有矿灯15个，荧光棒 A型10根，B型20根。外部有声光报警器一个。利用风门开关传感器控制声光报警器，风门开关 AB，装在舱内，避难人员进入舱内后，将风门开关 A 旋转到水平位置，固定。（6）动力保障系统救生舱留有外部电源接入口，接入口采用防爆式喇叭口。舱内部电器采用矿用隔爆兼本安电源，在外部电源可用的情况下，可用外部电源供电， 并对矿用隔爆电源进行充电，在外部电源损坏的情况下，矿用隔爆本安电源可立即进行供电，转换时间不大于 1s。配备的供电电源的容量为1698AH。（7）生存保障系统舱内配备550ml矿泉水120瓶，压缩饼干12kg，急救箱1个，MZS-30苏生器1台，工具箱1个，3L泡沫灭火器1个及ZDJ-30 1个脚踏式自动打包座便器一个。3.1.6 使用环境适用于火灾、煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸危险性的额定防护时间96小时，保持舱内温度35以下相对湿度：095%环境温度：552（6小时）， 25（106小时）海拔高度：不大于1000米3.2 保护壳壳体的设计3.2.1 焊接结构的设计原则1 合理选择和利用材料1）所选用的金属材料必须同时能满足使用性能和加工性能要求。使用性能包括强度、塑性、韧性、耐磨、抗腐蚀、抗蠕变等。加工性能主要是保证材料的焊接性，其次是考虑其它冷、热加工的性能，如热切割、热弯、冷弯、金属切削和热处理等性能。2）有特殊性能要求部位，可采用特种金属，其余采用能满足一般要求的廉价金属。如有防腐要求的结构可以采用以普通碳钢为基体以不锈钢为工作面的复合钢板或者在基体表面上堆焊抗蚀层；有耐磨要求的结构，仅在工作面上堆焊耐磨合金或热喷涂耐磨层等。3）尽可能选用轧制的标准型材和异型材。通常轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠，不仅减少了许多备料工作量，还减少了焊缝数量。由于焊接量减少，焊接变形易控制。4）力求提高焊接材料的利用率。在划分结构的零、部件时，要考虑到备料过程中合理排料的可能性，以减少余料。2 合理设计结构形式1）不受铆接结构、铸造或锻造结构形式的影响，独立设计具有焊接结构特点的构造形式。根据强度或刚度要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。2）既重视结构的整体设计，也重视结构的细部处理。焊接结构属刚性连接的结构，结构的整体性意味着任何部位的构造都同等重要，许多焊接结构的破坏事故起源于局部构造不合理的薄弱环节处。对于应力复杂或有应力集中部位要慎重处理，如结构的结点、断面变化部位、焊接接头的形状变化处等。3）尽量采用减少短而不规则的焊缝；要有利于实现机械化和自动化焊接；要避免采用难以弯制或冲压的具有复杂空间曲面的结构。3 减少焊接量除了前述尽量多选用轧制型材以减少焊缝外，还可以利用冲压件代替一部分焊件；结构形状复杂、角焊缝多且密集的部位，可用铸钢件代替、必要时，宁可适当增加壁厚，以减少或取消加强筋板等。对于角焊缝，在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊角尺寸，因为焊缝面积于焊角高的平方成正比。对于对接焊缝，在保证焊透的前提下选用填充金属量简单、平直明快的构造形式。最少的坡口形式。4 合理布置焊缝有对称轴的焊接结构，焊缝宜对称的分布，或接近对称轴处，这有利于控制焊接变形；要避免焊缝汇交和密集；在结构上使重要焊缝连续，让次要焊缝中断，这有利于重要焊缝实现自动焊；尽可能使焊缝避开高工作应力处、有应力集中部位、机械加工面和需变质处理的表面等。5 施工方便必须使结构上每条焊缝都能方便的施焊和方便质量检查，焊缝周围要留有足够焊接和质量检查的操作空间；尽量使焊缝都能在工厂中焊接，减少工地焊接量；减少手工焊接量，扩大自动焊接量；双面对接焊时，操作较方便的一面用大坡口，施焊条件差的一面用小坡口。必要时改用单面焊双面成型的接头坡口形式和焊接工艺。6 有利于生产组织和管理大型焊接结构采用部件组装的生产方式有利于工厂的组织和管理。因此，设计大型焊接结构时，要进行分段。一般要综合考虑起重运输条件、焊接变形的控制、焊后处理、机械加工、质量检查和总装配等因素，力求合理划分。3.2.2 保护壳体焊接结构设计图3-1 焊接壳图3-2 带孔的焊接壳3.3 观察孔的设计3.3.1 观察孔应满足的条件及其结构观察孔应满足的条件1、力学条件2、密封条件3、视野条件4、可靠性条件根据以上要求可以设计出以下结构的观察孔。图3-3 窥视孔1-观察孔管 2-保护壳 3-内压片螺母 4-外压片螺母 5-内垫片 6-透镜 7-外垫片 8-外垫片图3-4 密封垫片结构建模3.4 其他结构的设计图3-5 滑靴结构的设计图3-6 密封垫片结构建模国家有关救生舱容积的规定：救生舱的有效容积（包括过渡舱和生存舱），保证人均占有容积不小于0.8m3，其中过渡舱净容积应不小于1.6m3。观察窗宜设置在生存舱的适当位置，材质应具有与整舱相匹配的耐高温、抗冲击等性能。根据设计目标和国家关于矿井可移动救生舱的有关规定，确定救生舱的有关数据如下结构要求救生舱分为三个部分A：过渡舱B：人员舱C：设备舱1、人员舱空间要求根据国家规定，人均净容积不得小于0.8m3，本救生舱设计人员容量为12人，所需总容积为0.812=9.6m3单保护壳的容积经过Proe计算是：3.04m3所需救生舱中人员舱的保护壳的节数是9.63.04=3.15取4节，舱体总容积为3.044=12.16m32、过渡舱空间要求根据国家关于可移动式救生舱的规定，过渡舱净容积应不小于1.6m3。则所需节数为1.63.04=0.53 节根据空间需要可取1节3、安全系数校核根据规定，救生舱中人员舱和过渡舱净空间所取安全系数不低于1.5。则两舱总空间的大小最小应为：0.8121.5=14.4m3所需节数应为14.43.04=4.74 节取整为5节考虑到过渡舱取一节空间不足，并且在计算时没又考虑摆放物品的体积，将保护壳的节数调节为6节（人员舱和过渡舱）。4、设备舱空间的确定由于本设计没有充分考虑到设备的类型和摆放，暂取3节。4 救生舱的移动装置4.1 绞车4.1.1 绞车的主要类型绞车是借助于钢丝绳带动提升容器沿立并井简或倾斜并巷运行的提升机械，绞车在煤矿应用十分广泛，它是用来提升煤炭、酐石以及下放设备、材料的常用工具，另外还可以用于调度，拖拉等本设计使用绞车可用于救生舱的移动。煤矿常用的绞车主要有；在并下倾斜巷道和立井中用来提升煤炭、肝石等物料搬运设备的提升搬运绞车；在平巷或倾斜井巷用来调度车辆或进行辅助提升的调度绞车；在采煤工作面用来拆除和回收工作面设备或支柱的回柱绞车；在平巷和倾斜并巷用来运送物料的元级绳绞车等。绞车的分类方法有多种，一般采用下列几种分类方法：(1)按传动方式分为齿轮转动绞车和液压传动绞车。(2)按滚筒数目分为单滚筒绞车和双滚筒绞车。(3)按钢丝绳缠绕方式分为缠绕式绞车和摩核犬绞车。(4)按防爆性能分为防爆绞车和非防爆绞车。(5)按滚筒直径及使用情况分为2m及2m以下提升物料的。绞车和2m以上的主提升装置。4.2 滑靴图4-1 滑靴1中间肋板；236b工字钢4.3 救生舱移动装置工作原理当工作面向前推进时，使用矿用绞车拖拉图示的滑靴机构，实现救生舱的移动如图4-2。图4-2 救生舱移动装置5 救生舱模型的建立5.1 Pro/E软件介绍5.1.1 Pro/E的概述在中国也有很多用户直接称之为“破衣”。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。5.1.2 Pro/E的特点和优势经过20多年不断的创新和完善，它具有如下特点和优势：参数化设计和特征功能：Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。单一数据库：Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。5.2 矿用救生舱各个零件模型的建立图5-1 救生舱总装图1-把手 2-人员舱门 3-过渡舱 4-人员舱门 5-人员舱 6-设备舱门 7-设备舱 8-应急舱门 9-保护壳 10-观察孔 11-锁 12-带孔保护壳 13-螺栓 14-螺栓 15-螺栓 16-密封材料 17-隔热材料 18-U形槽图5-2 救生舱总装三维图5.2.1 保护壳模型的建立图5-3 保护壳（不带孔）5.2.2 带观察孔保护壳模型的建立图5-4 保护壳（带孔）5.2.3 紧急舱门模型图5-5 紧急舱门经过以上计算，救生舱装配体可建立如下图：图5-6 救生舱装配体6 技术参数验证方法矿用救生舱基于它的工作环境，应具有良好的封闭性、牢固性、隔热性、保温性、防水性、防腐蚀性、耐压性，通常为钢、合金等坚固材料制成。本章将对舱体的结构和安全保护方面的参数进行验证。6.1 基本参数的测量和计算6.1.1 参数测量使用有效的单位米尺测量拱形救生舱的测量舱体、舱内各设备、观察窗、应急逃生口尺寸。测量结果见表6-1。表6-1 救生舱基本参数项目技术参数外形尺寸（长宽高）（m）过渡舱尺寸（长宽高）（m）156019002118生存舱尺寸（长宽高）（m）315019002118设备舱尺寸（长宽高）（m）237019002118第一道防护门尺寸（长高）（m）1.20.7第二道防护门尺寸（长高）（m）1.20.7应急逃生口（距地面距离、直径）（m）0.36、0.75观察口尺寸（距地面距离、直径）（m）1.518个气体瓶体积（m3）0.96座位体积（m3）0.8空调箱的体积（m3）0.0810箱药板体积（m3）0.25座便器体积（m3）0.12垃圾筒体积（m3）0.04其他物品占用体积（m3）0.256.1.2 参数计算与合理性的验证方法1、救生舱门（1）标准要求救生舱应采用两道门结构（过渡舱结构） 。外侧第一道门采用向外开启的防护救生舱防护密闭门的高度不小于1.2米，宽度不小于0.6米。（2）产品设计由过渡舱、生存舱和设备舱三部分组成，三个舱体通过法兰连接在一起，过渡舱门采用向外开启的防护密闭舱门，过渡舱和生存舱之间采用密闭门隔开，生存舱和设备舱之间是互通的，中间无门。两个防护门的尺寸相同，高度1.2米，宽度0.7米。2、过渡舱（1）标准要求过渡舱的净容积不小于 1.8 m3。（2）产品设计及计算经过计算过渡舱容积5.5 m3。3、生存舱（1）标准要求生存舱应保证人均占有容积不小于1.0 m3，且整舱有效容积不小于8.0m3。每人有效容积应不小于0.8 m3，且总有效容积不小于5.0m3。应设有观察窗和不少于2个单向排气阀。观察窗宜设置在生存舱的适当位置，距离舱底高度不低于1m，直径宜在80mm180mm之间材质应具有与整舱相匹配的耐高温、抗冲击等性能。（2）产品设计及计算包括生存舱和设备舱，总容积为11.8 m3，18个气体瓶 0.96m3；座位的体积 0.8 m3，空调箱的体积 0.08 m3,10箱药板的体积0.25 m3,坐便器体积 0.12 m3,垃圾筒体积 0.04 m3,其他物品占用体积大约0.25m3。生存舱有效面积：11.8-0.96-0.8-0.08-0.25-0.12-0.04-0.25=9.3m3每人有效容积：9.310=0.93 m3人均占有容积：（5.5+9.3）10=1.48 m34个座位的体积1 m3，空调箱的体积 0.08 m3,储物箱体积 0.3 m3,垃圾桶体积0.15 m3,座便器 0.12 m3,其他物品占用体积大约 0.2 m3, 故生存舱有效容积为 9.7-0.8-1-0.08-0.3-0.15-0.12-0.2=7.05 m3 每个人的有效容积为7.058=0.88 m3 人均占有容积为（4.3+7.7）8=1.5 m3（3）验证结论生存舱尺寸符合要求；观察窗位置适当大小合适；观察窗的耐高温和抗冲击等性能会在下面进行验证。4、应急逃生口（1）标准要求应急逃生口应设置在与舱门相对的另一侧，面积应大于0.3m2，并确保人员逃生安全。（2）产品设计及计算本舱将逃生口设置在与救生舱舱门相对的一侧（即设备舱末端），离地面360mm，直径750mm。逃生口面积：3.14（0.752）2=0.44 m2 （3）验证结论应急逃生口设置位置和尺寸都符合标准要求。5、防倾覆性（1）标准要求救生舱应具备防倾覆等措施，保证在井下运输、安装后及使用时的舱体稳定性。（2） 产品设计及验证（3） 救生舱采用拱形设计，舱底为全平面，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。6.2 主要技术参数验证方法本节将对救生舱的气密性、耐高温性、阻燃性、强度、抗爆炸冲击性能等主要技术参数进行验证。救生舱采用10mm钢板焊接制成，三个舱体通过25mm法兰和5mm石棉橡胶板连接在一起，内部采用20mm厚的保温材料，内加1mm厚不锈钢板，舱门采用密闭门。6.2.1 气密性的验证方法（1）标准要求救生舱体应具有整体气密性，正常使用时舱内气力应能保持正压状态（舱内气压大于舱外气压），且能根据实际情况进行实时调节：正常情况下：硬体救生舱的内外正压差不低于100Pa；软体救生舱正压差不低于400Pa；施压情况下：硬体救生舱在+500Pa压力下，舱内压力下降速率不应大于300Pa/h；软体救生舱在500Pa压力下，舱内压力下降速率不应大于350Pa/h；过渡舱和生存舱，应保证过渡舱应保持正压，压力不低于200Pa，净容积不低于1.6m3。如果整舱压力大于400Pa，且舱门处设有空气幕时可以不设过渡舱。（2）验证方法验证设备：空气压缩机、压差表、秒表。验证条件：在稳定的大气环境下进行。验证过程：将救生舱水平放置在试验室的中央，架高救生舱，保持其底部与地面距离超过200mm，然后在救生舱的压风管路入口安装充气管，在泄压口安装U型压差计，做好接口密封措施。关闭救生舱的所有门窗等密封部件，且不得采用设计图纸以外的任何密封措施。调整空压机气缸内压强为0.60.8MPa，向舱内通入与舱内空气温差不超过1的清洁干燥空气，使舱内外压差达到救生舱标准所要求的规定值，然后调整进气活门，使舱内外压差稳定保持在救生舱标准多要求的规定数值20Pa范围内，将进气活门固定，保持30min，用U型压差计记录压差值不少于5次，重复做三次试验，其统计平均值不得超过生舱标准多要求的规定数的规定。（3）数据记录（4）试验结果分析6.2.2 耐高温的验证方法（1）标准要求瞬间耐高温能力，在瞬时（0.2s）环境温度1200条件下；持续耐高温能力，额定防护时间内持续环境温度60条件下，舱内温度不高于332。（2）验证方法验证设备：酒精灯、热偶、加热装置等。验证条件：验证过程：瞬间耐高温，在瞬时（0.2s）环境温度1200条件下，可以直接酒精灯喷烧2min后，然后检查各零部件是否变形、开裂、发粘、变脆、变硬情况；持续高温试验分为两次。一次不开启舱内空调装置及其它附属设备，待舱内外温度达到稳定状态后停止试验，计算救生舱的总传热系数。一次开启舱内空调装置、人体代谢模拟装置和舱内生命保障各系统，检验救生舱外温度为60时，救生舱在开启空气调节装置的情况下，维持舱内30以下的时间。试验一：将救生舱所有门窗关闭，置于救生舱检测用环境试验间内，救生舱任一表面距试验室内壁的距离不得小于600m。用10个热偶测量救生舱内外的环境温度，救生舱内6个，舱外4个。救生舱任一对角线两侧距舱壁150mm处各放两个，救生舱长度的1/2处两侧各放一个，三个距地板表面300mm，三个距舱顶表面300mm。外部4个热偶分别放在救生舱四壁的中心位置，距救生舱外壁230600mm，但距试验间内壁不得小于230mm。为保证救生舱内外试验温度均匀性而采用的强迫空气循环，在救生舱高温试验间内的空气流速不应超过2m/s。保持救生舱泄压阀半开启状态，以减少试验时救生舱内外的压力差。以不大于5/min的温度变化率将高温试验间的温度升高至60，并恒温。在30min内救生舱外任意两个测点及救生舱内任意两个测点间的温差不大于3，救生舱外电源总耗功率（包括电热器、风扇等）波动值不大于2.5%，即达到热稳定状态，可进行热变形检查及总传热系数的测量。总传热系数K2在达到热稳定状态时，每1min记录一组读数，包括各测点温度，救生舱内部电器的总功耗等（此时时间记录为t0），直至救生舱内部温度趋于稳定值，此时的时间记为t1，然后按照下式计算救生舱的总传热系数K2。 （6-1）式中： t0至t1时间内的总耗功率，W； T1 t1时救生舱内的温度，； T0 t0时救生舱内的温度，； A 救生舱内表面名义面积，m2。试验二：将救生舱置于救生舱检测用环境试验间内，开启待检验救生舱内空气调节装置、人体代谢模拟装置及生命保障各系统（每人散热量按80w计算），关闭舱门。舱体热偶布置及试验方法同试验一。在舱外环境达到热稳定状态时，每1min记录一组读数，包括各测点温度，救生舱内部电器的总功耗等，检验救生舱外温度为60时，救生舱在开启空气调节装置的情况下，维持舱内33以下的时间（3）数据记录（4）验证结论：救生舱的瞬时耐高温性和持续耐高温性，都能达到标准的要求。6.3 救生舱各系统防护试验方法试验设备：待检救生舱自备氧供氧系统、空气净化及温湿度调节系统、环境监测系统、通讯系统、舱内照明系统、动力保障系统等生命保障系统及检验舱人体代谢模拟装置、测控系统、计算机。试验方法：将待检设备放入检验舱内，按待检设备的开启要求及设置，开启待检救生舱各生命保障系统，按待检救生舱额定承载人数设置并开启人体代谢模拟装置（见图6-1），关闭救生舱所有门窗，实时监控舱内各环境参数，模拟试验时间12h，试验期间舱内各环境参数应符合表6-1的规定试验结束后记录表6-2规定试验数据。表6-2 环境参数项目O2COCO2H2SCH4温度湿度指标18.5%23%2410-63960L/min（5）试验结论救生舱的压风系统都符合标准要求。6.4.2 压缩氧供氧（1）标准要求人均供氧量不低于 0.5L/min；压缩氧供氧时氧气浓度不低于99.8%。（2）需氧量计算：40L 压缩氧气瓶，内部压力为 13.5-15mp（取 13mp 计算），储存氧量（按 0.1mp）,根据公式 P1V1=P2V2 计算,一瓶氧气的气体体积=40L*(13-1)=4800 升(考虑到氧气瓶中有一定余压,以 1mp 计算)12人96小时耗氧量（1.1 倍余量）=121.196600.5 = 38016 L所需氧气瓶数量=38016/4800=6.67（3）结论救生舱配备了7瓶压缩氧气，满足需求。6.4.3 氧气自救器数量计算（1）标准要求救生舱应配备隔绝式氧气自救器，自救器使用时间不低于45min，配备量不低于额定人数的1.5倍。（2）所需计算救生舱所需隔绝式氧气自救器数量：121.5=18（3）计算结论能够满足标准要求。6.4.4 化学产氧（1）标准要求采用化学氧供氧方式时，起动时间不超过1min，且供氧浓度符合要求。（2）试验方法利用化学药剂吸收二氧化碳产生氧气的呼吸保护系统。 生氧剂是超氧化钾（KO2）。由人呼出的二氧化碳和水汽发生作用生成氧气。其化学反应式如下： 2KO2+H2O=2KOH+1.5O2+39.3KJ 2KOH+CO2=K2CO3+H2O+140.9KJ2KO2+CO2=K2CO3+1.5O2 （3）试验结论从化学药板的反应原理可以看出,由人体呼出的 CO2 已经与生氧剂反应生成氧气,既可以补充舱内氧气,又可以有效的控制舱内CO2的浓度。6.5 空气净化与温湿度调节系统由于避险人员在救生舱第一道门开启的过程中会带入一定量的灾变有毒有害气体，极易对人体造成二次伤害。系统将压缩空气通过喷气气幕释放大量的气流将有毒有害气体驱之门外，不会随着避险人员的进入而带入救生舱。同时，由于避险人员在密闭的救生舱长时间呼吸所产生的少量的CO、CO2等气体，会对舱内空气造成污染。所以，救生舱必须具有空气净化系统和温湿度调节系统。6.5.1 压缩空气（1）标准要求舱内空气中的有害气体 CH41.0%；CO21.0% ；CO24X10-6（2）需空气量计算在舱门入口处有 50 个出风口，对进入的人员吹出压缩空气，保证舱内正压并清除有害气体（洗气），每人约 10s，出风压力 0.2mp，每个出风口流量为 2.5L/min。用外接压风系统洗气：舱门外侧安有洗气开关，开启舱门时，阀门开启，风管中吹出空气，进入舱内后，阀门关闭，洗气完毕。 舱内压缩空气洗气：选用容积 40L，内部压力 14.5mp 的压缩空气瓶，压缩空气容量为 5400L（0.1mp）。洗气用压缩空气=121.12.5601050=275 L升压气喷淋装置用空气:500L/min2min=1000L 后备保证舱内大于 100p500p 。（3）计算结论救生舱配 40L 压缩空气钢瓶 8 个用于后备正压气体保护及清洗有害气体并可用于补充空气中的氧气。6.5.2 CO2的净化井下突发事故后，外界存在大量的有毒有害气体，一方面由于人员进入救生舱时会带来大量的二氧化碳，另一方面由于避难的紧张心理以及快速的运动会产生大量的二氧化碳，这就要求二氧化碳净化装置在紧急情况下具有高的吸附能力。（1）标准要求救生舱对CO2的最大吸收能力应不低于10L/min；二氧化碳吸收药剂要具有高效、稳定、不得产生二次污染的吸附能力。（2）试验方法关闭两道舱门和密闭门，确认单项排气阀、压风供氧和自备氧气阀门处于关闭状态。向生存舱连续定量释放二氧化碳气体，利用二氧化碳传感器监测生存室内二氧化碳浓度，当生存舱浓度达到（1.50.1）%时，停止通气。开启净化系统，开始计时。记录二氧化碳浓度由（1.50.1）%降至1%以下时所用的时间。二氧化碳处理能力用下式计算：式中：M1-二氧化碳初始浓度值，% M2-计时停止时的浓度值，%V-生存舱的容积，Lt-二氧化碳浓度由（1.50.1）%降至1%以下时所用的时间，minN-额定人数（3）CO2量的确定设计有害气体去除设施处理CO2的能力不低于0.5 L/min.人。救生舱：避险人数12人，避险时间96小时，共需处理CO2量28800 L。利用化学药剂吸收二氧化碳产生氧气的呼吸保护系统。 生氧剂是超氧化钾（KO2）。由人呼出的二氧化碳和水汽发生作用生成氧气。其化学反应式如下： 2KO2+H2O=2KOH+1.5O2+39.3KJ 2KOH+CO2=K2CO3+H2O+140.9KJ2KO2+CO2=K2CO3+1.5O2 从化学药板的反应原理可以看出。（4）试验结论应用化学板由人体呼出的 CO2 已经与生氧剂反应生成氧气,既可以补充舱内氧气,又可以有效的控制舱内CO2的浓度在要求范围之内。6.5.3 CO的净化（1）标准要求舱内CO的含量必须保小于0.0024%以下。（2）试验方法关闭两道舱门和密闭门，确认单项排气阀、压风供氧和自备氧气阀门处于关闭状态。向生存舱连续定量释放一氧化碳气体，利用一氧化碳传感器监测生存室内一氧化碳浓度，当生存舱浓度达到（0.040.002）%时，停止通气。开启净化系统，开始计时。记录一氧化碳浓度由0.04%降到0.0024%所用的时间。（3）试验结果一氧化碳浓度由0.04%降到0.0024%所用的时间为20分钟。符合标准要求。6.5.4 温度控制系统（1）标准要求舱体瞬间（0.2S）环境温度 1200条件下，壳体无开裂、变形等；持续环境温度 60条件下，舱内人员体感温度不大于 35。（2）热量计算避难人员一小时人体所散发出来的热量为:根据资料介绍,人体平静休息时所散发的平均热量 R=2.73KJ/(m2min),按人体身高 170cm,体重 70kg 考虑,据资料,人体表面积为:S=0.0061身高(cm)+0.0128*体重(kg)-0.1529=1.7801 m2 按避难人员 12 人计算,每小时人体产生的热量为: QR=RSN=2.731.78011260=3357KJ 由于人体吸收的热量其中 70%用于维持基础代谢,30%通过体表散热.所以 12 人在一小时内向舱内释放热量为 QR1=QR30%=874.74KJ 在高温情况下,设舱体内部环境温度为 t1,舱外温度为 t2,每小时向舱内传递热量为:QC=KFt ( 6-9 )式中:K-传热系数,W/( m2) F-舱壁面积, m2K=1/(/), W/( m2) ( 2 ) 式中：1:钢板厚度, =10mm 1:钢的导热系数, =46.4 W/( m2) 2:隔热层厚度, =20mm 2:隔热层的导热系数, =0.05 W/( m2) 3:钢板厚度, =1mm3:钢的导热系数, =15 W/( m2) 计算 K=1/(/)=1/(0.01/46.4+0.02/0.05+0.001/15)=2.5 t:舱内外环境温差t1舱外温度 60,t2舱内湿度85%-90%,舱内人员体感温度35时,舱内环境温度28。环境温度t=t1-t2=305K Q=2.540.35305=30527J 所以一小时舱内增加的总热量为QS=30262.5+874741=905268J905KJ 二氧化碳的物理性质:汽化热 580KJ/KG ；液体二氧化碳气瓶的充装系数 0.68KG/L ；一瓶 CO2 的汽化热=5800.6840=15776KJ需要的气瓶总数=905961.2/15776=6.1 瓶 （3）计算结论救生舱实际配有 CO2 气瓶 18 瓶完全能满足制冷的需要。6.6 动力保障系统（1）标准要求救生舱内应具有动力供应系统，在失去外部供电的情况下救生舱内部电源能维持救生舱额定工况下的能源需要;救生舱应具备外部电源接入接口;外部电源及电源接口应有完善的安全保护; 救生舱内、外部供电应能自动转换，转换时间不大于1.0s;救生舱内部用电设备电压不高于24V。（2）试验方法根据空气净化系统耗电量、空气调节系统耗电量，环境监测各仪表耗电量，动力系统总耗电量，计算救生舱额定保护时间所需电量，检查动力保障系统供电时间。目测手触法检查动力保障系统的接口、供电方式、防爆型式、蓄电池、电量显示、自动转换。（3） 蓄电池容量计算见表6-4表6-4 蓄电池容量计算1KDW17矿用隔爆兼本安电源2台25W50W2KJ70N-F1矿用分站2台3.6W7.2W3KGW5数字式温度传感器2台0.9W1.8W4GYH25氧气传感器2台9W18W5GTH1000一氧化碳传感器2台1.8W3.6W6GRG5H二氧化碳传感器2台2.7W5.4W7GJC4甲烷传感器2台1.44W2.88W8KDW660/54B矿用隔爆型通信电源1台18.9W18.9W9KT109R-F矿用隔爆兼本安型基站1台30W30W10TDJ-2400BKC12-Y板状天线1台50W50W11KTT103.3电话1部4.32W4.32W12声光报警器1台0.9W合计192.92w蓄电池容量计算:192.92（12961.1）=1698AH（3） 结论：外部电源接入口，接入口采用防爆式喇叭口，可安全有效的保护电源接口。救生舱内部电器采用矿用隔爆兼本安电源，在外部电源可用的情况下， 可用外部电源供电， 并对矿用隔爆电源进行充电， 在外部电源损坏的情况下，矿用隔爆本安电源可立即进行供电，转换时间不大于 1s。经计算，配备的供电电源的容量为1698AH。符合标准要求。6.7 生存保障系统（1）标准要求：生舱应配备在额定防护时间内额定人员生存所需要的食品和饮用水，食品配备量不少于每人每天5000kJ，饮用水不少于每人每天1.5l。救生舱应配备应急救助所需要医疗设备，包括急救箱、苏生器等。救生舱应配备必要的应急维修所需工具箱、灭火工具等。生舱应配备人体排泄物处理装置，并应具有密封功能。（2）设计计算：食品选用军用压缩饼干：1912 0kJ/kg压缩饼干总需求量=121.14500019120=13.5kg14kg饮用水数量=121.141.5=79 升需要 550ml 瓶装矿泉水的数量=79/0.55=140 瓶实际:配备90式军用压缩饼干14kg,550ml 矿泉水 140 瓶急救箱 1 个、MZS-30 自动苏生器 1 个、工具箱一个, ZDJ-30 脚踏自动式打包座便器1个,垃圾箱1个,维修工具箱1个,3L泡沫灭火器一个。（4）结论救生舱配备550ml矿泉水140瓶，压缩饼干14kg，急救箱1个，MZS-30苏生器1台，工具箱1个，3L泡沫灭火器1个及ZDJ-30 1个脚踏式自动打包座便器一个。7 井下可移动救生舱管理及维护保养7.1 队伍组织在可移动救生舱组装完成后，需进行维护和日常检测，必须设立专门队伍，以便确保系统运行正常，设备保持完好。7.2 日常维护管理为加强可移动救生舱的日常维护管理，切实做好可移动救生舱内部各种设备的检修维护，急救物资的更新补充，确保可移动救生舱始终处于完好备用状态，须遵守如下规定：一、明确管理责任，确定一个部门作为避险设施管理的牵头部门，总体负责可移动救生舱的日常维护管理工作，必须安排专人管理。二、加强对可移动救生舱具体操作人员的技术培训，培训内容为可移动救生舱结构、操作规程等，必须经过专门的培训，考试合格后，持证上岗，做到专业化维护管理。三、各种设备、设施的检查维护及物质更新1、压风（供氧）、供电、通讯、监测监控等系统，由分管的专业科室进行监管。相关业务科室要制定具体的管理办法，明确管理程序、办法和责任人。2、必须按规定及时校验、更换可移动救生舱内各种仪器、仪表，确保其正常运行。3、可移动救生舱内急救药品每月进行一次检查，发现药品失效、短缺，立即更换、补充。4、发现氧气（空气瓶）内压力低于额定压力的95%时，应及时更换。更换完毕后，要对氧气瓶（空气瓶）供氧、供气系统进行全面测试，保证完好可靠。5、相关部门对避难可移动救生舱供电所使用电缆、开关及变压器每月进行一次防爆完好检验，发现问题及时处理。6、各职责单位应建立日常仪器调校、设备维护及药品、食品检查制度。四、可移动救生舱的检修维护1、可移动救生舱内的氧气供给、监测监控、通讯、及其他系统必须始终保持完备状态，因检修需要，必须办理有计划停电、停风申请，按照程序审批后方可作业。检修完毕后，应立即恢复各系统，并保证正常运行。2、日常检修维护过程中，发现设备、设施故障无法排除时，应及时进行维修。五、除专业维护、专项检查（参观）人员外，其他人员不行随意进入可移动救生舱。六、企管、财务等部门要明确可移动救生舱内各种材料、设备、物质的供应程序，确定可移动救生舱日常管理的维修保障。七、可移动救生舱纳入应急救援系统。八、可移动救生舱出口前后20米范围内不得放置杂物，确保畅通。7.3 舱内各设备的保养一、舱体系统可移动救生舱应放置在温度040，相对湿度不大于95%，无腐蚀性物质,空气中不含有腐蚀性有害气体，通风良好的巷道中。对于短期露天存放和运输时应加盖雨布，且设备不应与地面直接接触。二、压风系统1、确保井下压风系统良好，严格按照煤矿安全规程进行检查。2、过滤器每周检查一次排污阀有无堵塞。3、压风减压器确保完好保证出口压力在0.1-0.3兆帕之间，供风量不低于0.3米3/分钟人。三、空气系统1、每月对配备的空气气瓶进行1次余量检
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