湖北三环锻压设备有限公司kjyf-968矿用可移动式救生舱黄石市科技攻关计划项目可行性研究报告.doc
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1、黄石市科技攻关计划项目申报书 项目名称: KJYF-96/8矿用可移动式救生舱 申报单位(盖章): 湖北三环锻压设备有限公司 联 系 人: 联系电话: 申报时间: 2012年6月28日 黄石市科学技术局制基本信息表项目基本信息项目名称KJYF-96/8矿用可移动式救生舱申报单位湖北三环锻压设备有限公司组织机构代码79875866-1所在地区西塞山区县(市、区)是否进入高新区国家级 省级 未进区联系人沈争尉联系电话6330991手机13872075158项目领域电子信息 新材料 先进制造 能源与交通种植 养殖 农产品加工 农业生产资料生物医药 资源环境 人口与健康 其它项目主要内容(200字以内
2、) 以市场为导向,通过产学研合作,对矿用可移动式救生舱进行技术研究,攻克掌握相关核心技术和关键工艺,研制出具有自主知识产权的KJYF-96/8矿用可移动式救生舱重大装备,各项性能指标总体达到国际先进水平,形成2项专利技术、1项企业技术标准,建立矿用可移动式救生舱技术开发体系和生产制造体系,为实现产业化奠定良好的基础。预期技术经济指标(150字以内)救生舱额定人数8人、额定防护时间96h、可承受最高爆炸冲击压0.3MPa、瞬时耐高温能力900、持续耐高温能力55、4h、舱内温度35、舱内湿度85%、氧气浓度18.5%23.0%、舱内维持正压(100500)Pa。预计项目完成并实现产业化后,可形成
3、年产100台KJYF-96/8矿用可移动式救生舱的生产能力,实现销售收入12000万元,利润1500万元,税收1000万元,新增就业300人。项目起止年限项目总投入总计其中:市拨经费自筹其他2011.102013.4 300万元 60万元 240万元 万元企业基本信息申报单位类别企业 大专院校 研究院所 其他企业注册时间年注册资金12250万元其中外资(含港澳台)比例30%股份结构国有占57.3%股份,外资占30%股份,个人占12.7%股份。是否省级高新技术企业是 否是否高新技术企业后备企业是 否密切合作的高校、科研院所(不超过3个)华中科技大学、武汉理工大学、武汉船舶设计研究所知识产权(已授
4、权)发明专利2项实用新型64项职工总人数1324人大专以上科技人员487人研发人员154人近3年主要经济指标指标前2年前1年上年净资产(万元)247932701422096销售收入(万元)701117223869601研发经费(万元)294431493173缴税总额(万元)371541064291净利润(万元)392750685553项目主要研究人员(5人以内)姓名工作单位年龄专业职称/职务陈本永武汉船舶设计研究所68船舶制造研究员易振明湖北三环锻压设备有限公司57机械工程教授级高工薛凌翔湖北三环锻压设备有限公司46机械制造高级工程师邵鹏程武汉船舶设计研究所30船舶制造工程师曹树汉湖北三环锻压
5、设备有限公司53机械制造高级工程师主要产品名称占企业销售收入总额比例(%)1、重型数控折弯成形机成套设备252、数控(液压)折弯机、剪板机503、转塔冲床、精冲机、精锻机、154、自动冷镦机、船用肋骨机、激光切割机10各县(市)区、开发区科技部门推荐意见:年 月 日黄石市科技攻关计划项目可行性研究报告项 目 名 称: KJYF-96/8矿用可移动式救生舱 项目承担单位: 湖北三环锻压设备有限公司 项目协作单位: 武汉船舶设计研究所 黄石市科学技术局一、项目的目的和意义及相关领域国内外技术现状和发展趋势1项目的目的和意义2010年智利矿难33名矿工的成功获救不仅震撼了世界,震撼了中国各级矿业主管
6、部门领导,促进了我国矿井安全技术的研发。2010年10月13日当天,国家安监总局副局长赵铁锤表示,智利矿难救援成功有重大借鉴意义,“救生舱的建设工作将是整个矿山企业的重中之重。”我国有着丰富的煤矿资源,煤炭产量占世界产量的35%,同时也是煤矿安全事故频发的国家,其矿难死亡人数却占世界的80%,矿难死亡率是美国的100倍、南非的30倍,百万吨死亡率是世界平均水平10倍,每年因各类事故造成的经济损失在300亿元左右,黑色的煤也被形象地称为“血煤”。煤矿事故的发生严重威胁煤矿工人的生命安全,矿山安全事故频发也越来越受到全社会的广泛关注,频繁的矿难不仅造成了许多家庭的破裂,同时也严重影响了我国的国际形
7、象。据测算,一旦发生瓦斯超标,矿工戴着隔绝式压缩氧自救器在45min之内赶到升井地点基本不可能,而煤矿的后续救援多数都是以天数计。缺少必要的紧急避险设备,是国内矿山事故死亡率居高不下的重要原因。将事故时伤亡降到最低限度,急需研发一种可移动式应急矿业救援设备,它的存在为遇险人员的生命安全增加了更有力的保障。一旦矿井井下发生了紧急情况,在矿工逃生路线、逃生方式受到影响的情况下,救援设备可以立刻为矿工提供一个安全的空间。它们可以在这种紧急情况下马上抵挡有害气体的侵蚀,同时给矿工提供氧气、水、食物,保证他们生命安全,这将极大地增加矿工在突发事故中的生还率。在以人为本理念成为世界发展潮流的大环境下,积极
8、开展矿山安全保障技术的研究与开发,不仅是我国建设和谐社会的必然要求,更是时刻遭受矿井灾害威胁的煤矿工人的迫切愿望。“矿用可移动式救生舱”研发,解决矿山企业的重大灾害应急救援的一系列关键技术,为矿工在灾变环境下提供稳定可靠、保障齐全的维生空间,把灾害的损失降到最低,形成一套具有国际先进水平的、以救生舱为主体的矿井应急救援系统,改善我国煤矿安全在管理方面的技术储备不足,全面提升我国煤矿应急救援方面的技术水平具有重要意义。2相关领域国内外技术现状和发展趋势国外矿用救生舱生产企业主要集中在美、澳、南非等少数矿业发达国家,但主要应用在金属矿山、隧道内,仅澳、美等国研发了煤矿用救生舱产品。美国联邦矿山安全
9、健康局(MSHA)出台了美国救生舱行业标准和管理规定,对救生舱生产企业和部署救生舱的煤矿企业的要求非常具体。美国煤矿以可移动式救生舱为主,加拿大煤矿井下避难硐室与可移动式救生舱配备比例约为l:5,以硬体可移动式救生舱为主。澳大利亚使用“空气呼吸器+加气站”的避险设施。南非对煤矿以避难硐室为主,较少使用可移动式救生舱,并研发了便捷充气式救生气囊,便于井下发生事故时矿工携带。 我国煤矿井下移动救生舱研究起步晚,设计思路不成熟,缺少充分试验和检验支持,无标准可以依据,更缺乏井下现场实践经验,处于研发及产品实验阶段。国内产品舱体多采用轻钢框架结构,内外双层钢板密闭,内衬高效保温隔热材料,舱体厚度一般2
10、Om。目前国内没有统一的技术标准,有20余家单位根据国家不同部门现有的一些技术规定和要求,进行研发开发。2009年12月,国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局发布了煤矿井下避难所试点建设基本要求(试行)以及煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定,提出了可移动式救生舱的基本功能要求。国家安全监督局签发的防治煤与瓦斯突出规定,明确规定有突出煤层的采区必须设置采区避难所救援设备。二、项目主要研究内容、工艺路线KJYF-96/8矿用可移动式救生舱,是在没有任何电源的情况下能为矿工提供一个安全的避险空间。它可以抵挡诸如透水、瓦斯突出、爆炸冲击、塌方、有害气体等侵袭,保证避险人员的安全及适宜的生存环
11、境,引导外界前来救援,极大增加矿工在突发事件中的生还率。KJYF-96/8矿用可移动式救生舱,采用分体组合式结构,由过渡舱、生存舱和设备舱三部分组成,舱体之间通过内法兰连接。具备安全防护、氧气供给保障、空气净化与温湿度调节、环境监测、通讯、照明、动力供应、人员生存保障等基本功能,额定防护时间不低于96小时。对外能够抵御高温烟气、爆炸冲击、冒顶坍塌、火灾、隔绝有毒有害气体。同时通过舱内外的通讯、安全监测系统,引导外界救援,形成多级保障体系。并可通过牵引、吊装等方式实现移动,适应井下采掘作业要求的避险设施。1主要技术指标序号项目技术参数1外形尺寸(长宽高)10800mm1400mm1800mm2额
12、定人数(人)8人3生存舱人均容积(m3/人)0.8m3 4额定防护时间(h)96h5可承受最高爆炸冲击压(MPa)0.3MPa6瞬时耐高温能力()(3S)9007持续耐高温能力()55、4h8空载质量(t)16t9过渡舱净容积(m3)1.4m3 10舱内温度()3511舱内湿度(%)85%12氧气浓度(%)18.5%23.0%13二氧化碳气体浓度(%)1%14一氧化碳气体浓度(ppm)24ppm15甲烷气体浓度(%)1%16舱内维持正压(Pa)(100500)Pa2主要研究内容及工艺路线1)结构和安全防护(1)总体布置救生舱采用分体组合式结构,由过渡舱、生存舱和设备舱三部分组成,舱体之间通过内
13、法兰连接。救生舱首端部的防护密闭门采用向外开启的,通孔尺寸为1370mm670mm;过渡舱和生存舱之间采用密闭门隔开,生存舱和设备舱之间也是用密闭门隔开,两只密闭门的通孔尺寸相同,均为1200mm600mm;救生舱尾端部的逃生门是外开式的,其主尺寸、结构和密封型式都与首端部的防护密闭舱门相同,平时也可作为方便装卸液态CO2气瓶的通道门。过渡舱内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀等。气幕系统与舱门开启同步工作,进入过渡舱后开启喷淋系统,阻止舱外有害气体进入生存舱,确保避险人员安全。生存舱人均有效容积为0.876m3,总有效容积为7.005m3,生存舱还配有在额定时间内维持生命活动所
14、必需的空气监测及通讯系统、空气净化系统、供氧系统、温湿度调节系统等,除此之外,还备有自救器及急救箱、照明设施、工具箱、灭火器等辅助设施。食品、饮用水可按标准配备,食品发热量不少于5000KJ/天人,饮用水不少于1.5L/天人。设备舱内主要布置有液态CO2气瓶组、管路控制系统及CO2气体测定器和双金属温度计等。 液态二氧化碳气瓶组;压缩氧气瓶组;无源二氧化碳空调;压风系统;卫生系统;压缩空气瓶组;座椅及食物和水等用品及食品;环境监测系统;通讯系统;气幕喷淋系统。(2)救生舱结构强度救生舱是一种应急救援产品,灾变发生时处于偶然性冲击载荷作用下,其许用应力可以取屈服强度。内法兰按压力容器的设计计算方
15、法进行设计。加强筋主要考虑剖面模数不能超过屈服强度,同时加强筋要具有一定的断面面积。 舱体结构示意图 端部舱体结构示意图(3)耐压防护密闭门结构耐压防护密闭门采用板架结构,向外启闭的舱门采用卡紧锁栓和齿轮齿条传动方式。舱门结构示意图(4)过渡舱过渡舱净容积1.696m3,设有气幕喷淋装置、卫生装置、压风装置及单向排气阀等。过渡舱端面右上方设有压风装置接口,可与矿井压风管路相连接,压风装置的管路上依次装有球阀、三级过滤器、减压阀和消音器,可起到安全控制、过滤杂质、减压和消音等作用。压风供氧汇流排管路为DN25的不锈钢管。压风出口压力在(0.10.3)MPa,供风量不低于每人0.3m3/min,颗
16、粒去除至0.01m,油雾气去除至 0.003ppm,连续噪声不大于70dB(A)。在矿井压风系统没有损坏情况下,能向舱内提供新鲜空气不小于158.40m3/h,满足舱内8人生存使用需求。详见工作原理图。压风、气幕喷淋系统工作原理图过渡舱净容积为1.696m3,过渡舱内设置2只15MPa、40L高压空气瓶和气幕喷淋装置及2只5/4的单向排气阀。气幕喷淋装置用双管路控制,一路与矿井地面压风系统连接,在矿井压风没有损坏的情况下,可直接通过单向阀向气幕喷淋装置供气;另一路通过减压器和球阀与高压空气瓶连接,在矿井压风损坏的情况下,打开阀门即可实现喷淋。气幕装置与舱门开启同步进行,气幕出口压力0.40.6
17、MPa,喷淋装置出口压力0.8MPa。喷淋时间2min/组,额定人数8人,最长使用时间4min(每4人一组共两组,用时4min)。过渡舱内2只 5/4单向排气阀能满足大风量(流量为600L/min)排气需要。详见工作原理图。压风、气幕喷淋系统工作原理图(5)生存舱生存舱人均有效容积为0.876m3,总有效容积为7.005m3;在第四节舱体侧面设有观察窗一个,观察窗窗座材料是Q345-R,耐压视镜采用高温防火玻璃,观察窗窗口直径100mm,能耐高温,抗冲击;生存舱有2个5/4的单向排气阀。(6)应急逃生口逃生口设置在救生舱后端,当避险人员需要逃生时,可携带应急设备,打开生存舱与设备舱之间隔壁门,
18、经设备舱中逃生通道,打开逃生门即可,为了能使避险人员以最快速度逃生,逃生门设计大小同进舱舱门,逃生路线如下:逃生通道示意图(7)耐高温能力壳体和端盖的保温层厚度分别为0.112m及0.114m,保护层采用1.2mm厚不锈钢板。保温材料(泡沫矿棉)及辅助材料阻燃抗静电、耐老化、无腐蚀性且通过海军医学研究所无毒性检测和MT113材料阻燃抗静电检测,符合标准要求。(8)舱体气密性舱体各舱段连接处、首尾舱门及观察窗等的密封材料采用阻燃抗静电耐高温的硅橡胶。l 舱体各舱段连接处的密性设计,采用法兰、密封件和紧固件连接。通过气密试验检查,不泄漏方能满足密封要求。l 舱体开孔处的密封设计要求,舱体开孔处选用
19、船用通舱管件与舱壁进行焊接,在焊接、密封方面能满足气密性要求。l 首尾舱门的密封设计,采用燕尾槽和“”型密封圈的密封结构型式,密封槽留有“”型密封圈压缩量所需的空间;用锁栓均匀卡紧,使舱门和围栏紧密贴紧,达到密封要求。通过气密试验检测,不泄漏为满足密封要求。l 观察窗的密封设计,采用双视镜结构。每只视镜均采用压环、密封件和紧固件密封;装舱后通过气密试验检测,不泄漏为满足密封要求。观察窗结构示意图结构组成:1、5密封圈;2、6耐压视镜;3窗座;4舱体(9)防倾覆措施舱底为全平面,具有牢固可靠性。吊装时通过舱体上方的吊耳进行吊装,可保证其稳定性,不破坏其结构。在救生舱外侧面底部的T型钢部位和两端面
20、底部的扁钢部位焊接L型钢作为固定结构,并打膨胀螺栓到地面进行固定。(10)可移动性采用模块化设计,在煤矿井下可进行灵活简便的拆解、运输、组合,使救生舱在煤矿井下狭小的空间条件下更具有广泛的适应性。2)空气和氧气供给系统(1)救生舱舱内设有压风管路,可与来自煤矿的地面压风管路连接,在压风管路未损坏情况下,可保障舱内气体的流通,及时供给舱内氧气。(2)采用压缩氧供氧方式,生存舱内配备4只15MPa、60L高压氧气瓶的压缩氧气。氧气浓度不低于99.5%,在额定防护时间内人均供氧量不低于0.5L/min,将高压氧气先减压至0.3MPa以下后低压汇流,氧气供给管路内的流速不超过30m/s。氧气瓶可靠固定
21、,采用高压软管连接,并按规定对供氧管路和阀件进行脱脂处理。供氧系统原理图(3)舱内还配备隔绝式氧气自救器,自救器使用时间不低于45min,配备量12只,满足不低于额定人数1.5倍的要求。3)空气净化与温湿度控制系统(1)温度调节系统采用以液态CO作为制冷源,建立无电源温湿度控制系统。液态二氧化碳经过减压器从气瓶中释放出,通过铜管输送到蒸发器内,输送过程中二氧化碳气化吸热,可以起到降温的作用。同时气化的二氧化碳进入气动马达,带动马达转动,将冷风吹出,通过排气口将二氧化碳气体直接排到舱外。详见工作原理图。二氧化碳空调系统工作原理图该无源CO2空调主要有两个特点:其一,将制冷、CO2净化和除湿功能集
22、成为一体;第二,气体管路采用多级减压技术确保CO2液相-气相的顺畅转换,解决了CO2空调在整个运转过程中系统管路被“干冰”堵塞的问题。(2)空气净化系统空气净化技术作为单独模块与CO2空调系统集成一体,主要配备进口气动马达,利用储存的高压空气对生存舱内的一氧化碳催化转化、其它微量有害气体去除以及对舱内补气并维持正压,无需电力驱动。配备以LiOH为基础原料的CO2 吸附剂82kg, 配备LC-35型贵金属催化剂4.5kg。净化原理详见工作原理图。空气净化模块工作原理图结构组成:1高压空气瓶;2减压器;3控制球阀;4气动风机气幕喷淋系统与压风系统具有隔离外界有害气体和洗气的功能,亦可起到空气净化作
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