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煤矿的安全生产一直以来受到瓦斯爆炸事故的极大威胁,矿井一次爆炸后经常会相继产生二爆炸甚至多次爆炸,大大增加了瓦斯爆炸事故的伤亡和危害,所以研究开发有效的瓦斯爆炸阻隔爆装置是十分必要的。 近年来,多孔泡沫陶瓷材料作为一种新型的缓冲吸能材料,具有开孔率大、耐高温、抗冲击力强的优点,其无数个孔隙结构可以大幅度的熄灭火焰、缓冲吸能、衰减冲击波,起到阻隔爆的作用。通过对泡沫陶瓷体不同厚度、孔径的实验比选中发现,中孔(20ppi)6cm厚度的泡沫陶瓷衰压及阻火效果最好。本论文在此实验结果基础上研究优选不同形状的泡沫陶瓷,由于不规则形状材料难于加工,实验室内难于实现,可采用有限元模拟的方法对其研究分析。通过模拟分析四种典型形状(厚度均匀形、正割圆形、上宽下窄形、上窄下宽形)发现,后两者阻隔爆效果最佳。 基于以上研究,对位于进回风巷间瓦斯爆炸阻隔爆装置进行优化设计研究,由于井下环境复杂且巷道断面大,通过实验研究暂时难于实现,本文采用有限元模拟的方法进行分析,基于分析进行初步优化设计。对装置的四种典型形状进行了ANSYS模拟分析,基于分析得知,四种形状装置的阻隔爆情况均呈现显著效果,有效阻止瓦斯爆炸传播,其中正割圆形可承受压力最大,约为其他的2.5倍。笔者认为,较小陶瓷体几何形状特征不够明显,当尺寸增大时,几何形状特征开始显现,圆形受力分布均匀,故承受压力值也更大,回风道阻隔爆装置优选正割圆形门体形状。 模拟分析得知,正割圆形回风巷瓦斯爆炸阻隔爆装置受力呈竖条状分布,单扇门体中间和整体装置中间受力最大,即门体中间部分和门体对接部分应力最大,门体中间部分为几何中心位置,容易产生应力集中现象,此部分材料可加固外板,或增大材料强度;门体对接部分为整体最厚部分,门体过厚在阻隔爆的同时也会增大阻塞率,使应力激增,此部分可以增大孔隙度,让过一部分冲击波,使冲击波应力不易激增,继而阻灭后续火焰及冲击波,能够发挥正割圆形回风巷瓦斯爆炸阻隔爆装置的最大阻隔爆作用。 对泡沫陶瓷体瓦斯爆炸阻隔爆装置进行优化研究,对于加强矿难救生系统具有重要意义,为今后工程应用打下基础。