王家岭矿钻孔逃生救援系统研究与应用

发布时间：2017-08-05 06:17

  本文关键词：王家岭矿钻孔逃生救援系统研究与应用

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【摘要】：本文针对我国井下紧急避险系统应用过程中存在的投入大等问题,在现有紧急避险技术和垂直钻孔救援技术的研究基础上,探讨了钻孔逃生救援系统的基础理论,研究了逃生钻孔、救援提升装置等技术,并结合王家岭矿实际情况进行了钻孔逃生救援系统的现场构建及试验。通过理论分析,研究了现有的井下紧急避险系统相关理论及其局限性,探讨了矿井钻孔逃生救援系统基础理论,确定了钻孔逃生救援系统的组成结构,系统由自救器、过渡站、避难硐室等避险设施及逃生钻孔、提升车、救援提升舱、移动供给站等救援设施组成,为矿井应急救援提供了新的思路。通过理论分析与数值模拟,对逃生钻孔的基础参数、稳定性等问题进行了研究,分析了逃生钻孔孔径、孔位等参数的影响因素,理论推导了逃生钻孔孔壁应力应变计算方法及钻孔套管许用强度、厚度等参数的确定方法,计算分析了孔壁应力应变分布规律,探讨了孔径、孔深、岩体剪胀角等因素对孔壁应力应变的影响,利用Flac3D软件对逃生钻孔结构稳定性进行了数值模拟研究,提出了王家岭矿逃生钻孔实施方案。通过理论研究与实验,研究了提升车、救援提升舱、提升用铠装电缆等救援提升装备的非标设计及配置,确定了提升车的提升方式、功能及额定提升速度,分析研究了救援提升舱的结构、主体材料及内部功能,实验测试了钢丝直径、镀锌工艺对提升电缆铠装结构力学性能的影响,确定了提升用铠装电缆的功能和结构。运用实验测试与数值模拟相结合的方法,研究了避险空间及逃生钻孔内风流分布规律,分析了不同工况、孔径、提升速度对孔内风流分布的影响；通过在王家岭矿钻孔逃生救援系统进行的现场试验,得到了系统无供给保障时间、最低供风量、响应时间、提升速度等工艺参数,验证了系统的可靠性。本文研究成果对同领域有借鉴和参考意义,同时为相关标准规范的制定提供了科学依据和理论参考。
【关键词】：矿山安全 应急救援 紧急避险 逃生钻孔 救援装备
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD774
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1 引言15-19
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意义16
• 1.2 主要研究内容及方法16-19
• 1.2.1 研究内容16-17
• 1.2.2 研究方法及技术路线17-19
• 2 文献综述19-32
• 2.1 矿井应急救援理论国内外研究现状19-24
• 2.1.1 国外研究现状19-21
• 2.1.2 国内研究现状21-24
• 2.2 矿井紧急避险技术国内外研究现状24-27
• 2.2.1 国外研究现状24-25
• 2.2.2 国内研究现状25-27
• 2.3 钻孔逃生救援技术研究现状27-31
• 2.3.1 国外研究现状27-28
• 2.3.2 国内研究现状28-29
• 2.3.3 国内外矿井救援典型案例29-31
• 2.4 现有研究的不足及本文的研究目标31-32
• 3 矿井钻孔逃生救援系统基础理论研究32-49
• 3.1 矿井紧急避险系统基础理论32-36
• 3.1.1 矿井紧急避险系统的内涵及意义32-33
• 3.1.2 矿井紧急避险设施的分类及关键技术33-35
• 3.1.3 矿井紧急避险避险系统的局限性35-36
• 3.2 矿井钻孔逃生救援系统理论研究36-47
• 3.2.1 矿井钻孔逃生救援系统的框架及建设意义36-38
• 3.2.2 矿井钻孔逃生救援系统的建设原则及适用条件38-41
• 3.2.3 矿井钻孔逃生救援系统构建方法41
• 3.2.4 基于矿井钻孔逃生救援系统的应急救援模式41-42
• 3.2.5 钻孔逃生救援系统井下设施的布置原则42-47
• 3.3 本章小结47-49
• 4 王家岭矿逃生钻孔基础参数确定及稳定性研究49-74
• 4.1 钻孔参数及其影响因素研究49-52
• 4.2 钻孔孔壁稳定性力学分析52-59
• 4.2.1 开挖过程孔壁弹塑性状态52-53
• 4.2.2 钻孔孔壁应力应变计算方法53-56
• 4.2.3 应力应变计算结果分析与讨论56-59
• 4.3 钻孔套管强度的确定方法研究59-64
• 4.3.1 套管屈服挤毁强度59-61
• 4.3.2 套管弹性失稳挤毁强度61-63
• 4.3.3 套管抗拉强度63
• 4.3.4 钻孔套管参数的确定方法63-64
• 4.4 王家岭矿逃生钻孔稳定性数值模拟64-69
• 4.4.1 钻孔物理模型的建立64-65
• 4.4.2 孔壁应力应变模拟结果分析65-69
• 4.5 王家岭矿逃生钻孔的构建69-73
• 4.5.1 钻孔参数的确定69-70
• 4.5.2 钻孔施工工艺70-72
• 4.5.3 钻孔套管强度的确定72-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 钻孔逃生救援提升装备研究74-98
• 5.1 救援提升装置的研究74-80
• 5.1.1 救援提升方式的论证74-76
• 5.1.2 提升车结构组成76-78
• 5.1.3 救援提升速度的确定78-80
• 5.2 救援提升舱的研制80-84
• 5.2.1 钻孔救援系统中救援提升舱需实现的功能80-81
• 5.2.2 救援提升舱结构及关键参数研究81-84
• 5.3 钻孔救援提升用铠装电缆84-97
• 5.3.1 铠装钢丝机械性能影响因素研究85-90
• 5.3.2 电缆屏蔽材料的分析与选择90-93
• 5.3.3 铠装电缆功能及结构研究93-97
• 5.4 本章小结97-98
• 6 避险空间及逃生钻孔内空气流场研究98-112
• 6.1 避险空间回风口及逃生钻孔风流实验测试98-99
• 6.2 避险空间内空气流场数值模拟99-103
• 6.3 逃生钻孔内空气流场数值模拟103-110
• 6.3.1 不同工况下逃生钻孔内空气流场分布规律103-106
• 6.3.2 逃生钻孔孔径对孔内空气流场的影响106-108
• 6.3.3 提升速度对钻孔内空气流场的影响108-110
• 6.4 本章小结110-112
• 7 钻孔逃生救援系统现场应用及实验研究112-121
• 7.1 王家岭矿钻孔逃生救援系统现场实施112-113
• 7.2 钻孔逃生救援系统现场试验113-119
• 7.3 本章小结119-121
• 8 结论121-125
• 8.1 主要结论121-122
• 8.2 主要创新点122
• 8.3 展望122-125
• 参考文献125-135
• 附录A 避险空间及逃生钻孔风速测试试验数据表135-138
• 作者简历及在学研究成果138-143
• 学位论文数据集143

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本文编号：623481