為了加快完善礦山應急救援體系的建設，zui大限度地減少事故損失和人員傷亡，我國正在大力推廣井下緊急避險系統，并且強制要求 3 年之內覆蓋所有的礦山企業。作為井下緊急避險設施之一的避難硐室，可為逃生人員提供一個保障生命安全的密閉空間，對外能夠抵抗baozha沖擊、抵御高溫煙氣、隔絕有毒有害氣體，對內可以提供 O2、食物、水，以及去除有毒有害氣體，創造生存的基本條件，為應急救援贏得時間。
避難硐室防護密閉門作為生命保障工程的第 1 道關鍵防線———避難硐室的防護密閉門，對于避難硐室實現上述功能，起著至關重要的作用。現有的防護密閉門多用于防水閘門及人防工程，還沒有專門用于礦山緊急避險系統的，其普遍存在以下不足: 整體抗沖擊性能較差; 開啟和閉鎖費力費時，不夠靈活、快速; 開關門的鎖緊機構容易松動; 沒有設計隔熱結構和觀察窗等。為此，中煤科工集團重慶研究院研制了一種新型的具備集抗壓、密閉、隔熱 3 種功能于一體，適用于井下避難硐室的鋼制式快速防護密閉門。
避難硐室防護密閉門總體設計
防護密閉門的總體設計依據為《井下避難硐室設計標準》、《煤礦井下緊急避險系統建設管理規定》、《煤礦井下避難所試點建設基本要求》及《煤礦井下避難硐室建設管理暫行規定》等標準規范。避難硐室主要功能是在井下發生災害事故時，為無法及時撤離的遇險人員提供生命保障。因此，避難硐室防護密閉門設計時采用向外開啟的兩道門結構。考慮到觀察方便及安全因素，兩道門都設有觀察窗。外側第 1 道門采用能抵擋不低于 1． 0 MPa 的沖擊壓力，且能阻擋有毒有害氣體的防護密閉門; 內側第 2 道門采用能抵擋不低于 0． 3 MPa 的沖擊壓力，且能阻擋有毒有害氣體的密閉門，應確保在整個額定防護時間內，避難硐室內部的空氣壓力始終高于外部環境空氣壓力 100 Pa 以上。同時為了抵御高溫煙氣，在兩道門夾層中充填絕熱性能好的隔熱材料。
該新型鋼制防護密閉門總體結構主要由門扇、門框、閉鎖機構、密封機構、鉸鏈等構成門扇與門框由鉸鏈連接，門扇與門框之間的密封是通過閉鎖裝置的可調節鎖緊力壓緊橡膠膠條變形來實現的。門的開閉是通過手輪帶動齒輪傳動組，齒輪傳動組再帶動六連桿機構運動，并通過限位裝置調節六連桿運動行程來實現。
2 關鍵結構設計
為實現防護密閉門抵抗沖擊、開關靈活、密閉可靠的功能，抗沖擊結構、隔熱結構、閉鎖機構以及密封結構的設計成為設計的關鍵。
2． 1 抗沖擊結構設計
外側防護密閉門對抗沖擊性能要求較高，門扇設計為鋼制式梁板結構，采用*的具有一定弧度的低合金高強度鋼 16Mn 材質的弧形殼板與弧形加強支撐板、固定板組合焊接的方式加工而成。弧形門扇俯視剖面結構如圖 2 所示。
1—弧形殼板; 2—固定板; 3—加強支撐板; 4—隔熱棉。
圖 2 弧形門扇俯視剖面結構圖
與傳統的平面形狀殼板相比，弧形殼板抵抗baozha沖擊的能力更強。其力學原理: 作用在弧形殼板上的任意方向上的baozha沖擊力可以分解為 2 個分力，一個是垂直于弧形殼板的分力，另一個是平行于弧形殼板切線的分力。平行于弧形切線的分力由于對稱，互相抵消，zui終作用于弧形殼板的力就分解為垂直作用于門體的力，其小于原來的作用力，該弧形結構削弱了baozha沖擊力。在門扇內部設計橫向支撐板與縱向支撐板形成梁格與固定板組合焊接的結構，內外板面材料均選用低合金高強度鋼，起到支撐加固的作用，保證有較高的強度，整體結構剛性好，具有較強的抵抗baozha沖擊的能力。
針對防護密閉門抗沖擊結構的設計，用專業有限元分析軟件對該防護密閉門簡化三維模型進行了有限元模擬分析。通過對防護密閉門的正面加載 1 MPa 的靜壓沖擊載荷、對門扇四周施加簡化約束、劃分網格及局部應力集中處細化網格、求解器求解等步驟，得到弧形門扇的靜態位移、應變、應力分析結果
從以上節點靜態位移、應變、應力分析圖可以看出: 應用有限元分析軟件進行模擬分析時，對防護密閉門加載的是正面沖擊的靜壓載荷，得到的結果是其應力、應變均較小，均在礦用產品要求的許用應變、應力安全范圍之內。在煤礦井下baozha的環境下，防護門受到的是側面瞬時沖擊破壞，baozha沖擊力遠小于正面沖擊，作用時間也極短。因此，有限元分析結果可以證明該防護密閉門的抗沖擊結構設計是安全的
2 閉鎖機構設計
該防護密閉門閉鎖裝置主要由手輪轉軸組、齒輪傳動組、多連桿機構、鍥型墊塊機構、限位機構等構成，見圖 6。防護密閉門的兩側均設置手輪，可實現硐室內外開閉的功能。手輪轉軸組由手輪、轉軸、轉軸座等組成; 齒輪傳動組由一定傳動比的主動小齒輪和從動大齒輪組成; 多連桿機構由短連桿、左右連桿焊接組、轉動塊依次鉸接而成。
門的開閉方式: 門閉鎖時，給手輪組施加順時針方向外力矩，手輪組轉軸帶動小齒輪轉動，小齒輪帶動齒輪座上的大齒輪轉動，大齒輪再帶動與其鉸接的2 個短連桿平面運動，2 個短連桿各自驅動從動的左、右連桿焊接組運動，左、右連桿焊接組牽引與其鉸接的左、右各 3 個轉動塊圍繞固定點轉動，形成了一個聯動的多連桿六點鎖緊機構，6 個轉動塊一端的自潤滑軸承同時沿著 6 個鍥型墊塊的斜面滾動，直至被鍥型墊塊的臺階限位，從而實現了整個閉鎖的過程。開啟門時，就是給手輪施加逆時針方向外力矩，過程同上。
閉鎖機構的設計采用齒輪傳動帶動聯動多連桿六點鎖緊機構，即: 小齒輪帶動大齒輪省力機構和六點鎖緊機構的自潤滑軸承沿鍥型墊塊斜面滾動，摩擦阻力小，使得該門開閉靈活。通過主動小齒輪與從動大齒輪傳動比的合理匹配，省時省力。齒輪傳動機構還起到了鎖緊防松的作用: 門閉鎖時，在有外力干擾，小齒輪小角度范圍轉動的情況下，不會帶動從動大齒輪較大行程，從而對六連桿運動行程影響
·42· 較小，有效地保證了防護密閉門鎖緊可靠。并通過限位銷在大齒輪條形槽中滑動，控制大齒輪轉動的行程，從而控制和調節整個閉鎖機構的行程，避免多連桿機構平面運動的死點位置。
2． 3 密封、隔熱結構設計
1)門扇上設有一觀察窗，觀察窗座內的鋼化玻璃在壓板的擠壓作用下，通過密封圈與結合部位進行密封。手輪轉軸與轉軸座連接處通過密封圈進行密封。
2)門扇與門框的密封采用以下形式: 門框邊緣焊接的矩形管與隔板形成密封槽，門扇對應的一側用膠粘貼硅橡膠材質的矩形密封膠條，當門扇關閉時，門框上的金屬壓條擠壓矩形密封膠條，膠條在門框與門扇結合的密閉槽部位被壓縮變形，能起到理想的密封效果。
3)防護密閉門隔熱結構設計如下: 門扇內部各支撐板夾層中間均勻地填充傳熱系數低的隔熱棉材料，門框四周也用螺釘固定隔熱塊。對外界高溫煙氣起到了有效的隔絕作用。
3 樣機試驗
防護密閉門的樣機試制完成后，在重慶奉節草坪煤礦井下進行了安裝使用。在井下安裝時，將門墻周邊掏槽，門框邊緣焊接了若干固定鉤，門與墻體進行混凝土整體澆筑，以保證氣密性樣機在避難硐室安裝后，對門的閉鎖機構、密封性等功能要求進行了現場試驗驗證，并成功地通過了驗收。結果表明，該門的結構設
