瓦斯爆炸冲击作用下新型复合结构防护外壳的动态响应

岳 强， 司荣军

（1.山东农业大学 水利土木学院，山东 泰安 271018；2.煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆 400037）

由于地下岩层的客观复杂性，煤矿事故至今难以避免。除继续研究矿难的深层次因素、预报和预防措施外，还应依法落实和解决矿难发生后如何保证被困矿工的生命安全，如设计安全实用的矿难救生系统［1］。矿井瓦斯爆炸是主要矿难之一，必须设计特殊的防护外壳，保证救生系统在瓦斯爆炸冲击作用下满足正常工作的安全要求。多孔材料具有材质软、密度低和缓冲吸能的特点，对爆炸冲击波的防护具有比其它材料更出色的性能［2］。多孔材料目前已成为国内外工程防爆的研究热点，但其研究领域主要是集中在土木工程和军事装备中，在煤矿瓦斯防爆领域的研究和应用尚不多见。

本文以矿难救生球系统［3］为研究对象，采用新型吸能减振材料—多孔泡沫铝，提出了一种新型的钢纤维混凝土—泡沫铝—钢板复合结构的防护外壳。采用有限元非线性动力学分析方法，对新型防护外壳在瓦斯爆炸冲击载荷作用下的动态响应进行分析，着重分析作用在各层介质的应力、应变和位移，并与单层防护外壳的动态响应进行对比。分析结果表明：采用内衬泡沫铝多孔材料的多层复合结构，大幅度提高防护外壳的防爆能力，降低成本，降低防护外壳内部结构的受力和变形，满足科研和应用的要求。

1 瓦斯爆炸冲击波对防护外壳的作用

1.1 矿难救生球系统

系统由地面和巷道救生工作站、救生球及连接管道组成。……