12人舱设计计算书

1、JYC（S）-100/12型矿用可移动式救生舱设计计算书2011年4月30日说明：本设计计算书依据国家安监总局（2010）34号文件和国家安标中心编制的矿用可移动式救生舱通用技术要求9月草案稿、煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定、煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005、煤矿安全规程201弭版、防治煤与瓦斯突出规定2009年版、矿山救护规程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）。参照和借鉴其他厂家的先进经验、国家相关标准以及本人自2

2、006年以来跟随矿用救生舱产品开发研制的众多设计技术积累。设计指导思想；设计一个完善的、技术领先的、符合煤矿需求的产品，指导投产企业的产品规模化生产。本设计计算书主要针对12人100h（120h）矿用移动式救生舱产品。本设计计算书起草人：韩奇系统组成与工作原理:1%过渡舱嗝门20过渡舱隔板2i.ro22舱外检测传感器23.400L冷藏设餐28慵物柜2g-氧化喋处理装置30二玩化碳处理装置3t.雷氮15L*1432食品储藏柜1设备新10.前舱门2生存船11手柄3过渡舱12.前舱端板4.逃生舱门13.矿用照明灯5.后舱端板14.设备舱隔板6.制冷设餐15.传感器7,散热普16.矿用通讯设备8.警示

3、灯17.通用监控分站务理察门楮一可折凿吊铺（说明：本图为8人舱示意图,相同。）24.250L冷藏设备33.但领汽笛25400L冷藏设备34蓄空气I5L*3筮干式坐便器及集污箱甑风幕27.蓄电瓶磷酸铁键36一手提式干帔灭火雅12人舱前后部为拱形，长度89节8.5m9.5m,宽高从上图可见：救生舱是由多个功能系统构成的高技术产品项目。总体设计指标及说明： 设计容纳人数：12人；满足煤矿井下掘进班组白班常规人数与辅助人员数量要求。具有积木式组合形式，可以形成16人、24人的使用条件。根据新的规范要求，救生舱只是满足井下掘进工作面矿工的避险需求，因此，失去了制作大型救生舱的意义，由临时避灾碉室或永久避

4、灾碉室承担容纳较多人数的避灾需求。 设计保护时间：100h（小时）、设计保护系数1.2倍即最大保护时间120h;国家标准为96h保护系数1.2,设计企标为100h保护系数1.2倍，即120h（小时）。 设计外形尺寸：8500mm（9500mm）x1700mmx1700mm、占用空间24.565m3（立方米）；在救生舱的外形设计中，充分考虑了煤矿井下巷道断面尺寸对舱体宽高的制约影响，以及下井运输设备提升罐笼的空间约束影响。 舱体结构形式：舱体结构设计是救生舱一项重要的综合设计，它要满足救生舱的额定人员空间要求、舱内安装设备的空间要求、结构强度、密闭能力、隔热能力、抗压与抗爆炸冲击能力等承受灾害能

5、力（或对人员的保护能力）的综合要求。所以，救生舱生产企业都非常重视舱体结构设计，从而表现出企业对煤矿和产品的理解。我们经过大量调研和吸取其他厂家的经验教训，采用如下设计方案： 多舱段法兰联接形式；采用多段联接技术，重点是应对煤矿下井提升罐笼的空间约束、煤矿井下巷道的空间约束以及重庆煤科院爆炸碉室门的空间约束。 方拱形断面；该形状使舱顶可以承受较大的压力（优越于矩形）、正面可以承受一定的冲击破坏力、截面空间较大、空间利用效果比较理想（优越于圆形）。I目1700 拱形端面板；可以消除端面板焊接应力，增大端面板的抗冲击、抗变形能力，确保舱门的密闭性能。 龙骨式承载结构；采用由内法兰、加强圈、加强筋构

6、成舱体完整的龙骨承载结构，使整个舱体蒙板建立在这个承载结构上。内法兰技术；法兰在舱内连接，避免了由于外部空间不足舱体连接中的困难和麻烦，采用平法兰与凹口法兰含O型密封圈的密封连接结构，保障了连接强度和密封效果。舱体结构强度：设计强度计算书本舱体结构断面图如下：内法兰图;加强圈图；1680加强筋图；舱体前后拱形端面板图;本救生舱采用多段内法兰连接而成，由前后舱段和6个-7个中间舱段组成，中间段厚度960mm如下图；前后拱形端板段图(D16)本舱体结构强度设计计算参照GB150-1998钢制压力容器标准中附录D非圆形截面容器相关规定中的；(1)D3、带圆角的矩形截面容器+D/其薄膜应力CD=P(R

7、其弯曲应力C=C/21义2M+pcLs(L+2rL-2r1)(D17)D=C/21x2M+PcLs(L2+2rL-2r1Ti2)(D18式中；Ma=pcKjLs,Nx”mKb=-l2i3%(2a3+2)-60(1-央)+a2363+3+1.5兀州-2/3(2a3+兀6+2,mm2.应力校验：omcotj)omDW(TbC=6C+cBC1.5t电orD=cmD+6Dw1.5t由圆角区的薄膜应力(D22)计算；例=pcM(，L2+I12+r)圆角区的弯曲应力(D23)计算；6=C/2I1(2Ma+FCLs2rL-l1(1-+L2)式中；(见图D3),(0).应力校验；cmotj)cr=m+的w1.

8、5(Tt(2)D5ffi圆形截面容器11血丁1川-0小蛰日日0日z-M小圆弧区薄膜应力按式（D31）、式（D32）计算；（GB150-P152）Aom=FCa/1D31onc=FC/a（R2+r2）-D32小圆弧区弯曲应力按式（D33）、式（D34）计算；应力校核；大圆弧区薄膜应力按式（D35）、式（D36）计算;大圆弧区弯曲应力按式（D37）、式（D38）计算;应力校核；本救生舱舱体断面是带圆角的矩形截面容器和椭圆形截面容器得计算的科学性，计划将此截面和形状的设计图纸带到北京国家特种装备检测研究院进行计算方法的确认，并进行该设计图纸的有限元模拟运算复核、承载压力有限元模拟运算、抗爆炸冲击波能

9、力的有限元模拟运算，求得相应的计算数据来验证本设计数值。同时将样机带到重庆煤科院爆炸实验室做爆炸模拟实验，获得抗冲击检验报告。目前国内救生舱外形与截面由多种式样，其中以仿效潞安（陕西重生）梯方型外法兰样机最多，仿澳大利亚产品外形的也有一些，它们的缺点在于整体承压结构不够好、平端面的抗冲击能力弱、外法兰在连接中对巷道空间的适应性过差、平法兰对接缺乏必要的密封保障等等。这里就不再对图形进行比较了。本救生舱舱体强度设计及数值如下； 舱体设计强度：三0.5MPa;可承受50吨/平方米煤岩体的压砸（国家规定救生舱结构强度n0.3MPa）。 舱体抗瞬间冲击能力：三1.0MPa;（重庆煤科院爆炸实验室进行过

10、的200m3瓦斯气体加180kg煤尘的混合爆炸冲击波压力为三2.5MPa,同时，爆炸瞬间高温1200C,外舱体温升至3c左右）。结构抗瞬间爆炸冲击力数值在理论上大于舱体设计结构的强度数值。曾在重庆爆炸碉室做爆炸实验，设计实验物体结构强度1.0MPa,实际承受爆炸冲击波2.5MPa。 舱体抗爆瞬间高温能力：三1200C； 舱体密闭隔绝能力：50Pa/h; 舱体抗拉强度：三20000N;舱体材料：结构钢材 舱体壳板：10mmQ235盖冈板； 舱体端板（舱门板）10mmQ235BI冈板； 舱段联接法兰45mmx65mm截面Q235BI冈条卷制； 舱体加强圈35mmx35mm方钢圈； 舱体加强筋35m

11、mx35mm后壁方钢管； 前后舱门加强法兰35mmx35mm截面方钢； 联接螺栓M20X100国标螺丝组； 密封胶圈炉8阻燃密封圈、7字形舱门外压密封圈；舱体运行温度环境：至56C;国家规定A55C。设计舱体隔热材料：85mm阻燃聚氨酯泡沫，舱体隔热材料隔热系数为0.038w/mXC。总传热系数是一个需要验证的数值，这方面需要得到实验验证，希望达到w200MJ/120h的总传热效果。舱体总表面积为；7.5m（长）x5.71m（中线圆周长）+4.77m2（端面积）=47.595m2因1千瓦/h=3600KJ/h所以1670KJ=464w/h。总传热系数：464w/47.6m2/56C=0.174

12、w/m2C（最大）若达至Uw150MJ/120h,则有1250KJ=347w总传热系数有；347w/47.6m2/56C=0.130w/m2C若小于100MJ/120h,则有833KJ=231w总传热系数有；231w/47.6m2*56C=0.087w/m2C这个数值是最理想的。救生舱供电设计：设计采用380V/12A6kw;使用3X6m2+1x4m矿用防爆电缆供电。主要为舱体日常制冷和对蓄电池的浮充电的耗能。舱体制冷采用5p44.93m3。舱内设计CQ二氧化碳总吸收能力：48m3 舱内最大二氧化碳产生量44.93m3;0.52L*12人*60min*120h=44.93m3;按照人体生命科学

13、知识，人员吸入氧气呼出吸入氧气总量的95%-97%勺二氧化碳，由此，人员呼出二氧化碳气体总量应w43.6m3. 设计二氧化碳吸收量48m3设计采用青岛产氢氧化钠/氢氧化钙复合型医用二氧化碳吸收剂，单位吸收能力n120L/kg,总设计使用量400kg。则有；120L/kgX400kg=48m2,体积约等于0.5m2。设计在舱内人员座椅下循环通风入口安放一氧化碳/二氧化碳处理箱，根据二氧化碳吸收剂颜色变化及时更换。 预留0.5m3C8-氧化碳常温催化转化成二氧化碳CQ量。舱内设计CO-氧化碳常温催化转化二氧化碳能力：0.5m3依据国家标准的要求和实验数据反映，为保障舱内CO一氧化碳三24ppm,舱

14、内采用国内烟台大学或邯郸718所成熟的常温一氧化碳催化转化剂1000g。其常温CO崔化转化能力为：7.92mlCO/m催化剂xmin,空气处理能力：265ml气体/ml催化剂xmin。该催化剂比重为0.8。*舱内设计正压蓄空气量：9m3;设计舱内采用6个15L压力为15MPa的空气蓄气瓶，蓄存压缩空气13.2m3.用于舱门开启时排气增加舱内气压减少或阻止舱外有害气体进入。设计排气量600L/min,累计排气时间22min（分钟），按照每次开闭舱门时间为3min,则可以满足舱体多次开门（7次）。按照过渡舱2.5m3有效空间计算则可以增加过渡舱动态气压14KPa舱内设计降温除湿能力： 设计降温能力

15、：662MJ（相当于52冷吨的制冷量）设计计算依据；舱内设计使用1.8m3蓄冰箱，待运行条件下冰水比例保持85%,计算比例为85%,则有：1800X85%X334KJ+180CK4.2KJX24（C）=692MJ 可能产生的温度总量：660MJ人员产生温度热总量；414.7MJ510MJ选取510MJ设计采用人均80w/h-100w/h作为计算依据，则有；80w/h-100w/hx12X120=115.2kw-144kw=414.7MJ-510MJ井下环境温度通过舱体传递温度热量：设计选取150MJ在这方面的设计中留有2个预留项目作为补充；其一、将蓄冰箱中的1800块添加少量的乙二醇5%-10

16、%降低箱中水的冰点至-10C,则可tf加冷量75.6MJ。其二、储备100kg化学制冷剂，在冷量不足时添加到蓄冰箱的水中搅拌，可增加冷量15MJ。 设计除湿能力设计单次循环通风周期中舱内温度33C/蓄冰梢风管温度16c降温结霜除湿5%,在保障舱内温度35c的规定指标下，设计循环通风系统风流量为：1.2m2/min,舱内空气循环周期8min/次风机为1#离心风机、转速2900r/min、流量n10m2/min、风压n200Pa;动力为60w24v直流防爆电机。辅助动力为人力脚踏变速机构带动风机实现空气循环和处理，这方面有待进一步进行设计与生产。降温风道/110mmx2400mm,风道壁交换面积0

17、.83m2,实验证明可以保障舱内环境湿度w85%。在新的设计中，计划采用换热设备，在通风循环换热中利用乙二醇冷媒的冷热自流动性实现无动力的制冷交换及制冷吸潮功能。 蓄冰箱设计技术指标：箱体外形尺寸：750mmx1800mmx1300mm容积1800L（1.8m3）,采用201型2.5mm不锈钢板、1110mmx2400mm通风道，间距100mm/10mm制冷铜盘管。单箱或2箱体串并使用，形体满足位置空间要求。（新的设计中拟取消制冷风道） 舱内压风供氧系统设计：利用煤矿井下现有的压风供氧系统来保障救生舱的人员呼吸环境，是救生舱实现最小的救援成本和最可靠的人员呼吸保障条件。按照标准的相关规定和技术

18、要求，本救生舱压风供氧系统设计如下：压风供氧接口口径/50mm厚壁无缝管（2口寸）接口采用3m（米）承压n1.5MPa2口寸软管及接头与井下压风管线冗余连接，近距离压风管采用隐蔽埋藏敷设防破坏。压风风压w1.0MPa;舱内设2口寸闸阀，实现高压密闭；舱内管线上设置减压阀、油水分离过滤器、0.5m3/min流量计、消噪器和送出管线，实现压风供氧的减压、过滤、消噪、流量控制等功能。舱内设压力逆止排气管线，管线为2口寸直径进入人员舱通过逆止阀、截止闸阀和舱外管口的垂向防尘处理，逆止压力2MPa。舱内正压供气压力w0.15MPa;供气流量n180L/min、人均15L/min;逆止排气压力0.2MPa

19、流量180L/min舱内通过进出管口位置的设计，实现舱内合理的空气流，满足舱内人员呼吸位置能够得到新鲜空气的需求.排气管口设置在低位，充分考虑二氧化碳气体的比重特点. 舱内外气体环境监测系统设计：舱内外气体环境监测对于救生舱是一项必备的重要功能，本系统依据标准规定作如下设计： 采用矿用本安电源统一供电15v-18v/1A两路. 舱内采用025%矿用氧气传感器；0500ppm矿用一氧化碳传感器；05%矿用红外二氧化碳传感器050C矿用温度传感器0-100%常规湿度计舱内传感器使用18v电源，安装在舱内隔断门板上，便于观察，同时，氧气传感器与压缩氧供氧装置的电磁阀链接，实现供氧量的18.5%23%

20、间范围开关控制。 过渡舱采用04%矿用甲烷传感器； 舱内设置密闭气体检测箱，通过透明观察窗观察箱内传感器检测数值。箱内设置040%矿用甲烷传感器；0500ppm矿用一氧化碳传感器；05%矿用二氧化碳传感器；0-100C矿用温度传感器；箱内设置两个与舱外相连接的1口寸管线，进入管线经过一个闸阀开闭箱内与舱外的气体联通、经过一个防爆阻燃（皮老虎）抽气装置，负压抽进舱体检测管口舱外的环境气体，压力送进检测箱供各传感器检测，同时，箱内高压气体经排出管逆止排出舱外。经（皮老虎）的连续抽气压入，实现对舱外环境气体的检测，并保护了传感器避免舱外灾害环境的冲击力、高温等破坏失去检测功能。电力供应采用防爆检测电

21、缆隔离孔进入，保障传感器的电力供应。箱体的密闭隔绝指标+2000Pa气压24h降低率10%;箱体容积500mmXI00mmX300mm=0.015m3;装填后气体容积6L,箱内气压O.25MPa;（皮老虎）抽气装置抽气量500m1/次；工作12次可将箱内气体全部更新并检测完毕。舱内通讯系统设计：舱内避灾人员与地面的通讯，对于安定舱内矿工的精神情绪、及时汇报灾害情况支持地面救援、加快获救安全升井都具有重要的作用，依据国内目前的技术情况与国家标准的要求，本救生舱设置两套通讯方案供使用。 矿用本安语音通讯系统一一有线电话，与井下常规通讯电缆连接，在没有遭到灾害破坏的情况下，支持有线语音和地面救援及地

22、面站通讯。 安装救灾无线通讯机，在井下无线通讯系统遭遇灾害破坏的情况下，通过在舱体外安装的天线500米以内距离的救援队员进行无线通讯。在井下本区域无线通讯系统未遭破坏情况下，可通过本系统与地面进行无线通讯。 其它通讯技术如岩体通讯技术、穿地低频无线通讯技术视产品技术成熟情况设计采用，目前不具备使用条件。可能采用低频汽笛作为呼救信号，利用舱内的增压蓄空气（15MPa压缩空气）和低频声音在岩体中传递距离较远的特性，可以成为一个小的技术突破。舱内维护工具箱设计：根据国家标准要求以及本救生舱的使用说明书和维护手册的要求,本救生舱维护专用工具箱属于出厂必备附件,瓶架下方。工具箱内装配如下专用工具： 联接

23、法兰紧固专用扳手M20 压缩氧气体管路专用扳手 维护传感器专用扳手 专用螺丝批 LED（明手电筒一支 舱内救护医药箱设计；工具箱放置在过渡舱氧气箱内采用矿用救护通用医外伤用绷带、夹板和通舱内救护医药箱放置在人员舱座椅下方，药配置并配置苏生器、广谱抗生素、烧伤药膏、用外伤消炎粉。医药箱具体尺寸和装箱药物清单单独设计。 舱内照明设计： 舱内照明采用15V供电，电流0.3A,总功率5w。 人员舱内采用本安兼防爆LED中亮度1w白光照明条两条，正常情况下点亮1条，需要情况下点亮2条，由两个防爆开关控制，舱内照度可以达到15201m。 设备舱采用1w高亮度LE时爆矿灯，使用一个防爆控制开关控制，开关设置

24、在设备舱门边外侧。 过渡舱采用1w高亮度LEEKT爆矿灯，使用一个防爆行程开关、一个防爆延时控制器和一个防爆控制开关组成控制系统。实现舱门开启照明灯点亮，舱门关闭照明灯延时3min自动关闭，同时舱内控制开关单独实现开闭该照明灯。舱内集污系统设计：舱内集污只要承担舱内救护人员在救护时间内的大小便集污及降温除湿中的一部分结露水。这方面重点进行如下设计：方法设计；舱内集污目前社会上有多种技术可以借鉴，如动车和飞机的真空集污技术、城市公共场所的临时干式卫生间集污技术等。依据救生舱体的空间约束，设计采用一种简约式袋/桶装密闭集污方式。容积设计；容积需求12人X5天x1000ml=60L（升）集污箱外形尺

25、寸500mmX400mmX（350mm） 舱门设计；采用600mmx1200mm圆角长方形舱门加强门口，满足人员快速进出的空间尺寸要求和舱门抗冲击结构压力要求，外开/外压式、双层7字形密封圈的外压气密技术、涡旋式自锁锁紧技术、悬挂钱链连接、聚氨酯填充隔热等技术，使舱门具有较好的密封能力、锁紧能力和内外自由灵活开启的条 观察窗设计；采用/120mm厚19mm的钢化玻璃，压力容器观察孔技术设计的双层（层间隔60mm）钢制结构，实现了炉100mm观察口径、视角30的高强度抗冲击破坏安全观察功能，可承受2.5MPa?中击压力破坏。整体装在舱门门板上方，在舱门的观察高度为1米左右。 逃生门设计；采用/6

26、00mm口径的圆形加强舱门门口和单悬挂钱链链接的外舱门结构技术，门口与舱门间采用平滑变径加O型密封圈措施，使舱门在锁紧过程中增大了逃生口密闭抗冲击性能，逃生舱门也采用涡旋多点自锁紧装置，仅设置内部开启/关闭手柄，满足内部逃生的需要。 抗灾遮挡保护板设计；采用加强板与联接结构，保护逃生舱口外部不受灾害重物封堵，确保逃生口的有效利用。设计的接近1平方米面积的保护板上方可以承受30吨以上的重物压砸。同时也是对下方电气设备/制冷设备的防水/防尘保护。 舱内过渡舱及舱门设计；舱内根据标准要求，设置过渡舱及密闭过渡舱门，过渡舱有效空间）2.8m3,舱内安装蓄氧箱、专用维修工具箱、外部环境监测箱、压缩空气喷

27、嘴、照明灯具以及随舱门开闭的随开延时关闭照明开关等设备，占用空间1m3。人员进舱过渡空间）1.5m3,可以满足6名矿工进舱过渡，设计保护人数可以分两次全部进舱。过渡舱门设计为外开密闭型，过渡舱隔板与舱内密闭隔绝安装，隔绝压力500Pa。 舱内设备舱及舱门设计；设置设备舱隔断和设备舱舱门，设备舱舱门设计采用非密闭式折叠式舱门，一方面减少空间占用，另一方面发挥两个舱体空间的隔离作用。在设备舱中设置蓄冰箱、集污箱、蓄能箱、食品和饮用水储藏箱等专用设备，占用空间1.6m3,集污箱兼具逃生踏步平台功能。 舱内座椅与卧具设计；设计采用12个玻璃钢座椅构成两侧座椅，同时安装了2个吊装卧具，放开可满足12个人的卧式休息（舱内运行条件下，规定必须有2人值班，10人休息）。 舱内柔性化设计；设计救生舱内舱体采用201不锈钢薄板装配，为提高舱内的柔性化和人性化，设计采用汽车装饰用地板革和墙面革经过粘贴处理和201不锈钢板防水紧密粘接，一方面提高内舱体的美观效果、另一方面也从根本上解决内舱体钢板过冷色调、过硬的表面、过浓的油漆甲醛味道以及不利的传热效应。 舱外电力与制冷设备箱设计；设计采用连接外挂式设备舱段,将救生舱防爆电源控制、制冷防爆压缩机组等设备安装在舱外外挂设备舱内，外挂设备舱段采用透孔加强结构，满足该部件的抗灾保护设