8人舱设计指标 Microsoft Office Word 文档原版.docx

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8人舱设计指标MicrosoftOfficeWord文档原版

JYC-100/8型

矿用可移动式救生舱

设计计算书

2010年8月18日

说明:

本设计计算书依据国家安监总局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、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2006年始跟随矿用救生舱产品开发研制的多次设计技术积累。

本设计计算书主要针对8人100h（120h）矿用移动式救生舱产品。

本设计计算书起草人：

韩奇

一、总体设计指标及说明：

1、设计容纳人数：

8人；满足煤矿井下掘进班组常规人数要求。

具有积木式组合形式，形成16、24、32人的使用条件。

2、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）。

3、设计外形尺寸：

5500mm×1700mm×1700mm、占用空间13.525m3（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。

井下巷道空间安装的一定优势。

4、舱体结构形式：

1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硐室门的空间约束。

2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）。

5、舱体结构强度：

设计强度计算书

1舱体抗压强度：

≧1.0MPa；可承受500吨煤岩体压砸。

2舱体抗瞬间冲击能力：

≧2.5MPa；重庆煤科院爆炸实验室进行过的200m3瓦斯气体加180kg煤尘的混合爆炸冲击波压力为≦2.5MPa，同时，爆炸瞬间高温1200℃,外舱体温升≦5℃。

3舱体抗爆瞬间高温能力：

≧1200℃；

4舱体密闭隔绝能力：

≧1.0MPa；

5舱体抗拉强度：

≧200000N；

6、舱体材料：

结构钢材

1舱体壳板：

10mmQ235钢板;

2舱体端板（舱门板）12mmQ235钢板;

3舱段联接法兰45mm×65mm截面Q235钢材;

4舱体加强圈8#标准槽钢;

5舱体加强筋50mm标准角钢;

6前后舱门加强法兰40mm×50mm截面；

7联接螺栓M20×110半丝国标螺丝组；

8密封胶圈∮8阻燃密封圈、7字形舱门外压密封圈；

7、舱体运行温度环境：

≦60℃；设计舱体隔热材料：

85mm阻燃聚氨酯泡沫，舱体传热系数为0.038w/m×℃。

8、救生舱供电设计：

380v/8A4kw，3×6m2+1×4m2矿用防爆电缆供电。

9、适用井下灾害及灾害等级：

本救生舱适用井工作业井下灾害种类及其灾害等级：

井下瓦斯（煤尘）爆炸事故（爆炸冲击波≦2.5MPa）;

井下冒顶塌方事故（直接压砸≦200吨/m2）;

井下透水事故（浸没水深≦100m）;

井下火灾事故（舱体周边环境温度≦60℃）;

井下煤与瓦斯突出事故（距离突出点

10、舱体适用井下环境

1救生舱适用煤矿井下非灾害环境：

气压：

88KPa---106KPa；

湿度：

≦85%；

温度：

≦35℃；

有瓦斯、粉尘、震动、少量腐蚀性淋水；

能保证正常供电的井下环境。

2救生舱适用于煤矿井下灾害环境：

气压：

88KPa---106KPa；

≦2.5MPa爆炸瞬间冲击波及≧-1.0MPa爆炸负压;

水压：

≦100米深水浸没；

湿度：

100%，

温度：

≦60℃、瞬间爆炸温度≦1200℃；

冒顶压砸：

≦30m3（40吨）/m2;

有大量瓦斯等有害气体、粉尘、爆炸、冒顶危险；

缺乏电力、空气、水供给的事故后井下环境；

11、舱内人均空间：

≧0.9m3;

1.5m*1.5m*2.6m=5.5m2

5.5m2+2.2m2=7.7m2＞0.9m3×8=7.2m3

12、舱内设计人均供O2氧量与总蓄氧量:

1设计人均供氧量0.45L（升）/min（分钟）；

设计累计需氧量0.45L*8人*60min*120h=25.920m3

2舱体设计可用总蓄氧量26.640m3；

采用国标容积15L压缩压力15MPa的钢瓶蓄压缩医用氧气

总蓄气量15L*150kg*12瓶=27m3

总残余量15L*2kg*12瓶=360L

3总蓄气量-总残余量=总可用量=26.640m3

26.640m3＞25.920m3。

13、舱内设计CO2二氧化碳总吸收能力：

27m3

1舱内最大二氧化碳产生量26m3；

0.45L*8人*60min*120h=25.920m3

2设计二氧化碳吸收量27m3

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120L/kg，总设计使用量225kg。

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。

3预留0.5m3CO一氧化碳常温催化转化成二氧化碳CO2量。

14、舱内设计CO一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≦24ppm，舱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500g，其常温CO催化转化能力为：

7.92mlCO/ml催化剂×min

空气处理能力：

265ml气体/ml催化剂×min

15、舱内设计正压蓄空气量：

4.5m3；

设计舱内采用2个15L压力为15MPa的空气蓄气瓶，蓄存压缩空气4.5m3.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200L/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1.4m3有效空间计算则可以增加过渡舱动态气压14KPa。

16、舱内设计降温除湿能力：

1设计降温能力：

395MJ（相当于32冷吨的制冷量）

设计计算依据；舱内设计使用1.1m3蓄冰箱，待运行条件下冰水比例保持70%--85%，计算比例为80%，则有：

1100×80%×344KJ+1100×4.2KJ×20（℃）=395MJ

2可能产生的温度总量：

＜380MJ

人员产生温度热总量；＜346MJ

设计采用人均80w/h-100w/h作为计算依据，则有；

80w/h-100w/h×8×120=76.8kw-96kw=276MJ-346MJ

井下环境温度通过舱体传递温度热量:

＜30MJ

温差25℃（舱外环境温度60℃-舱内控制最高温度35℃）

舱体表面积（中线）24m2（平方米）,累计传热时间120h,

舱体传热系数≦0.035w/m2.℃.

则有:

0.035W/60℃*120h*24m2=6048w=30MJ

3设计除湿能力

设计单次循环通风周期中舱内温度33℃/蓄冰槽风管温度＜16℃降温结霜除湿5%，在保障舱内温度＜35℃的规定指标下，设计循环通风系统风流量为：

1m2/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≥10m2/min、风压≥200Pa；动力为50w24v直流防爆电机，辅助动力为人力脚踏变速机构。

降温风道∮110mm×2400mm，风道壁交换面积0.83m2，实验证明可以保障舱内环境湿度≤85%。

4蓄冰箱设计技术指标：

箱体外形尺寸：

700mm×450mm×1400mm×2+700mm×300mm

×1000mm，容积1100L（1.1m3）201型号2.5mm钢板、∮110mm×2400mm通风道，间距100mm∮10mm制冷铜盘管。

三箱体串并使用，形体满足设备舱门进出与位置空间要求。

17、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吋）

接口采用3m（米）承压≥1.5MPa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0.8MPa-1.0MPa;

舱内设2吋闸阀，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吋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≤0.15MPa；

供气流量≥160L/min、人均20L/min；

逆止排气压力＜0.2MPa,流量≥160L/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.

18、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:

1采用矿用本安电源统一供电15v-18v/1A两路.

2舱内采用０－２５％矿用氧气传感器；

　　　　０－５００ｐｐｍ矿用一氧化碳传感器；

　　　　０－５％矿用二氧化碳传感器

　　　　０－５０℃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％间范围开关控制。

3过渡舱采用０－４％矿用甲烷传感器；

4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０－４０％矿用甲烷传感器；

　　　　　０－５００ｐｐｍ矿用一氧化碳传感器；

　　　　　０－５％矿用二氧化碳传感器；

　　　　　０－１００℃矿用温度传感器；

箱内设置两个与舱外相连接的１吋管线，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５００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ＝０.０１５ｍ３；装填后气体容积６Ｌ，箱内气压≤０.２５ＭＰａ；（皮老虎）抽气装置抽气量５００ｍｌ／次；工作１２次可将箱内气体全部更新并检测完毕。

19、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。

1矿用本安语音通讯系统――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面站通讯。

2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。

3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。

20、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，工具箱放置在过渡舱氧气瓶架下方。

工具箱内装配如下专用工具：

1联接法兰紧固专用扳手Ｍ２０　　１对；

2压缩氧气体管路专用扳手　　　　１把；

3维护传感器专用扳手　　　　　　１把；

4专用螺丝批　　　　　　　　　　１把；

5

6１

7１

8１

9

10LED照明手电筒一支

21、舱内救护医药箱设计；

舱内救护医药箱放置在人员舱座椅下方，箱内采用矿用救护通用医药配置并配置苏生器、广谱抗生素、烧伤药膏、外伤用绷带、夹板和通用外伤消炎粉。

医药箱具体尺寸和装箱药物清单单独设计。

22、舱内照明设计：

1舱内照明采用15v供电，电流0.54A，总功率8w。

2人员舱内采用本安兼防爆ＬＥＤ中亮度３ｗ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１５－２０ｌｍ。

3设备舱采用1w高亮度LED防爆矿灯，使用一个防爆控制开关控制，开关设置在设备舱门边外侧。

4过渡舱采用1w高亮度LED防爆矿灯，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。

23、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：

1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。

2容积设计；容积需求8人×5天×1000ml=40L（升）

集污箱外形尺寸500mm×400mm×（350mm-180mm）

3

24、舱门设计；采用600mm×900mm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、悬挂铰链连接、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件。

25、观察窗设计；采用∮120mm厚18mm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∮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冲击压力破坏。

整体装在舱门门板上方，在舱门的观察高度为1米左右。

26、逃生门设计；采用∮600mm口径的圆形加强舱门门口和单悬挂铰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。

27、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＞100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。

28、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＞2m3，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＞1m3，可以满足4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＞300Pa。

29、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。

30、舱内座椅与卧具设计；设计采用6个玻璃钢座椅和4个折叠玻璃钢座椅，同时安装了3个吊装卧具，放开可满足8个人的卧式休息（舱内运行条件下，规定必须有2人值班，6人休息）。

31、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。

32、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备、通风散热并作为逃生出口台阶等设计功能作用。

33、舱内长效食品和饮用水储备设计；按照标准要求设计在制冰箱中间预留一个食品和饮用水低温储藏柜，容积50升，正常使用常规温度-5℃，可以延长储存食品和饮料的储藏时间。

设计储藏20升饮料和30升容积的长效食品（人均2000KJ/日的食物量），完全可以满足8人120h（5天）的食物与饮用水需求。

34、舱内电力能源储存技术方法与设计；舱内设计采用矿用防爆蓄电池组的电源箱，设计蓄能量为12v330Ah，以满足舱内外环境监测设备的正常用电和照明用电。

这方面可以试用

35、人力发电与通风技术设计；救生舱在井下长达120h以上的运行使用需要相当规模的电力供应来满足舱内照明、环境监测、通讯、空气循环处理的通风机械等电力消耗，初略计算总能量有效需求达30KW，蓄能量最少也要满足20KW。

同时煤矿安标对大功率蓄电池明确的排斥使用，就使得大功率的蓄电池和智能充放电技术受到很大的技术阻碍。

设计采用人力机构一方面解决舱内通风循环和空气处理的动力，另一方面希望能带动15瓦—20瓦的永磁防爆发电，以解决舱内照明和检测的电力需求，辅以3—5KW中功率的蓄能来保障供电。

设计人力系统为脚踏变速机构，能提供风机40w/1600r以上的运行条件和15w发电机工作条件，人员输出动力应和人员骑自行车的正常动力消耗相近，普通人可以骑行2-3小时。

最后、希望通过人员动力机构的运行，使舱内避灾矿工有一定的体力活动量和工作，用以分散或缓解避灾矿工的紧张、烦躁情绪，加强舱内避灾的组织作用。

36、舱内应急逃生装备箱设计；舱内设置应急逃生装备箱，箱内配置2个矿灯和12个矿用40min压缩氧自救器，矿灯一直处于浮充电状态，以及保存时间/更换记录，确保箱内用具具备规定的功能和满足人员逃生中的正常使用。

37、舱体消防灭火装备设计；设计在舱外舱门侧和舱内过渡舱内各安装一支小型干粉灭火器，以备在进舱时舱门口附近有影响人员进舱火源或在舱内运行设备意外火灾等特殊情况下安全灭火使用。

确保人员安全。

上述设计计算必须在设计图纸及安装施工规范中加以贯彻实施。

韩奇

2010年8月30日