为了加快完善矿山应急救援体系的建设，zui大限度地减少事故损失和人员伤亡，我国正在大力推广井下紧急避险系统，并且强制要求 3 年之内覆盖所有的矿山企业。作为井下紧急避险设施之一的避难硐室，可为逃生人员提供一个保障生命安全的密闭空间，对外能够抵抗baozha冲击、抵御高温烟气、隔绝有毒有害气体，对内可以提供 O2、食物、水，以及去除有毒有害气体，创造生存的基本条件，为应急救援赢得时间。

避难硐室防护密闭门作为生命保障工程的第 1 道关键防线———避难硐室的防护密闭门，对于避难硐室实现上述功能，起着至关重要的作用。现有的防护密闭门多用于防水闸门及人防工程，还没有专门用于矿山紧急避险系统的，其普遍存在以下不足: 整体抗冲击性能较差; 开启和闭锁费力费时，不够灵活、快速; 开关门的锁紧机构容易松动; 没有设计隔热结构和观察窗等。为此，中煤科工集团重庆研究院研制了一种新型的具备集抗压、密闭、隔热 3 种功能于一体，适用于井下避难硐室的钢制式快速防护密闭门。

避难硐室防护密闭门总体设计

防护密闭门的总体设计依据为《井下避难硐室设计标准》、《煤矿井下紧急避险系统建设管理规定》、《煤矿井下避难所试点建设基本要求》及《煤矿井下避难硐室建设管理暂行规定》等标准规范。避难硐室主要功能是在井下发生灾害事故时，为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障。因此，避难硐室防护密闭门设计时采用向外开启的两道门结构。考虑到观察方便及安全因素，两道门都设有观察窗。外侧第 1 道门采用能抵挡不低于 1． 0 MPa 的冲击压力，且能阻挡有毒有害气体的防护密闭门; 内侧第 2 道门采用能抵挡不低于 0． 3 MPa 的冲击压力，且能阻挡有毒有害气体的密闭门，应确保在整个额定防护时间内，避难硐室内部的空气压力始终高于外部环境空气压力 100 Pa 以上。同时为了抵御高温烟气，在两道门夹层中充填绝热性能好的隔热材料。

该新型钢制防护密闭门总体结构主要由门扇、门框、闭锁机构、密封机构、铰链等构成门扇与门框由铰链连接，门扇与门框之间的密封是通过闭锁装置的可调节锁紧力压紧橡胶胶条变形来实现的。门的开闭是通过手轮带动齿轮传动组，齿轮传动组再带动六连杆机构运动，并通过限位装置调节六连杆运动行程来实现。

2 关键结构设计

为实现防护密闭门抵抗冲击、开关灵活、密闭可靠的功能，抗冲击结构、隔热结构、闭锁机构以及密封结构的设计成为设计的关键。

2． 1 抗冲击结构设计

外侧防护密闭门对抗冲击性能要求较高，门扇设计为钢制式梁板结构，采用*的具有一定弧度的低合金高强度钢 16Mn 材质的弧形壳板与弧形加强支撑板、固定板组合焊接的方式加工而成。弧形门扇俯视剖面结构如图 2 所示。

1—弧形壳板; 2—固定板; 3—加强支撑板; 4—隔热棉。

图 2 弧形门扇俯视剖面结构图

与传统的平面形状壳板相比，弧形壳板抵抗baozha冲击的能力更强。其力学原理: 作用在弧形壳板上的任意方向上的baozha冲击力可以分解为 2 个分力，一个是垂直于弧形壳板的分力，另一个是平行于弧形壳板切线的分力。平行于弧形切线的分力由于对称，互相抵消，zui终作用于弧形壳板的力就分解为垂直作用于门体的力，其小于原来的作用力，该弧形结构削弱了baozha冲击力。在门扇内部设计横向支撑板与纵向支撑板形成梁格与固定板组合焊接的结构，内外板面材料均选用低合金高强度钢，起到支撑加固的作用，保证有较高的强度，整体结构刚性好，具有较强的抵抗baozha冲击的能力。

针对防护密闭门抗冲击结构的设计，用专业有限元分析软件对该防护密闭门简化三维模型进行了有限元模拟分析。通过对防护密闭门的正面加载 1 MPa 的静压冲击载荷、对门扇四周施加简化约束、划分网格及局部应力集中处细化网格、求解器求解等步骤，得到弧形门扇的静态位移、应变、应力分析结果

从以上节点静态位移、应变、应力分析图可以看出: 应用有限元分析软件进行模拟分析时，对防护密闭门加载的是正面冲击的静压载荷，得到的结果是其应力、应变均较小，均在矿用产品要求的许用应变、应力安全范围之内。在煤矿井下baozha的环境下，防护门受到的是侧面瞬时冲击破坏，baozha冲击力远小于正面冲击，作用时间也极短。因此，有限元分析结果可以证明该防护密闭门的抗冲击结构设计是安全的

2 闭锁机构设计

该防护密闭门闭锁装置主要由手轮转轴组、齿轮传动组、多连杆机构、锲型垫块机构、限位机构等构成，见图 6。防护密闭门的两侧均设置手轮，可实现硐室内外开闭的功能。手轮转轴组由手轮、转轴、转轴座等组成; 齿轮传动组由一定传动比的主动小齿轮和从动大齿轮组成; 多连杆机构由短连杆、左右连杆焊接组、转动块依次铰接而成。

门的开闭方式: 门闭锁时，给手轮组施加顺时针方向外力矩，手轮组转轴带动小齿轮转动，小齿轮带动齿轮座上的大齿轮转动，大齿轮再带动与其铰接的2 个短连杆平面运动，2 个短连杆各自驱动从动的左、右连杆焊接组运动，左、右连杆焊接组牵引与其铰接的左、右各 3 个转动块围绕固定点转动，形成了一个联动的多连杆六点锁紧机构，6 个转动块一端的自润滑轴承同时沿着 6 个锲型垫块的斜面滚动，直至被锲型垫块的台阶限位，从而实现了整个闭锁的过程。开启门时，就是给手轮施加逆时针方向外力矩，过程同上。

闭锁机构的设计采用齿轮传动带动联动多连杆六点锁紧机构，即: 小齿轮带动大齿轮省力机构和六点锁紧机构的自润滑轴承沿锲型垫块斜面滚动，摩擦阻力小，使得该门开闭灵活。通过主动小齿轮与从动大齿轮传动比的合理匹配，省时省力。齿轮传动机构还起到了锁紧防松的作用: 门闭锁时，在有外力干扰，小齿轮小角度范围转动的情况下，不会带动从动大齿轮较大行程，从而对六连杆运动行程影响

·42· 较小，有效地保证了防护密闭门锁紧可靠。并通过限位销在大齿轮条形槽中滑动，控制大齿轮转动的行程，从而控制和调节整个闭锁机构的行程，避免多连杆机构平面运动的死点位置。

2． 3 密封、隔热结构设计

1)门扇上设有一观察窗，观察窗座内的钢化玻璃在压板的挤压作用下，通过密封圈与结合部位进行密封。手轮转轴与转轴座连接处通过密封圈进行密封。

2)门扇与门框的密封采用以下形式: 门框边缘焊接的矩形管与隔板形成密封槽，门扇对应的一侧用胶粘贴硅橡胶材质的矩形密封胶条，当门扇关闭时，门框上的金属压条挤压矩形密封胶条，胶条在门框与门扇结合的密闭槽部位被压缩变形，能起到理想的密封效果。

3)防护密闭门隔热结构设计如下: 门扇内部各支撑板夹层中间均匀地填充传热系数低的隔热棉材料，门框四周也用螺钉固定隔热块。对外界高温烟气起到了有效的隔绝作用。

3 样机试验

防护密闭门的样机试制完成后，在重庆奉节草坪煤矿井下进行了安装使用。在井下安装时，将门墙周边掏槽，门框边缘焊接了若干固定钩，门与墙体进行混凝土整体浇筑，以保证气密性样机在避难硐室安装后，对门的闭锁机构、密封性等功能要求进行了现场试验验证，并成功地通过了验收。结果表明，该门的结构设