瓦斯突出冲击波对防突风门破坏的数值当煤与瓦斯突出大型或特大型突出时 _,产生强大的冲击波冲击防突风门和门垛 _,冲击波到达防突风门而受阻 _,便形成向巷道反射的冲击波。防突风门在冲击波载荷的作用下发生弹塑性变形 _,当材料的应力强度达到屈服极限时 _,风门和门垛就有可能变形或破坏。对于门垛而言 _,首先是在结构的薄弱部位发生裂缝并破坏。冲击波产生的超压还可能造成人员的伤亡[11] 。
由于冲击波对防突风门的瞬时冲击 _,在冲击过程中风门和门垛将产生应力和变形。冲击应立应变场存在着材料非线性、几何非线性等非线性问题 _,考虑到冲击应力过程的复杂性 _,为了计算的准确 _,将冲击应力场看作材料非线性瞬态问题^[12] 。选用弹塑性力学模型 _,用增量理论进行计算 _,并在此基础上作如下假定。
1) 材料的屈服服从米塞斯 ( Von Mises) 屈服准则;
2) 塑性区内的行为服从塑性流动准则和强化准则。
2. 2 　防突风门的动力载荷
在突出冲击波反射超压载荷作用下 _,防突风门和门垛结构材料内部的应变速率与静态载荷作用时相比相差较大。随着应变速率的提高 _,材料的力学特性将有不同程度的变化。进行防突风门结构动力学响应分析首先要确定载荷^[13] 。
通过煤与瓦斯突出的灾变损害研究可知 _,由于突出产生冲击波的影响因素较多 _,再加上防突风门以及门垛几何形状和材料的不均衡。为了研究防突风门在冲击波反射超压得载荷作用下的动力学响应必须对其进行简化处理。简化模型即能在一定程度上反映载荷的真实特征 _,同时在工程中又易于应用 _, 综合考虑提出近似载荷曲线模型为
p( t) = a ·tⁿ + b ·t^{n- 1} + ⋯+ c ·t + d , (9) 其中 : p( t) 为 t 时刻作用在防突风门上的反射超压
p ; a, b, c, d 为常数。
根据煤科总院重庆分院防突风门工业模拟试验资料 ,爆炸产生的爆炸冲击波波速从 227 m/ s 递增到 850 m/ s 以上。爆炸冲击波作用在门上的超压也随之增大 ,由 0. 059 MPa 逐步增大到 0. 765 MPa。每次试验结束后均对 FM 反向防突风门及门垛进行详细观测 ,在起爆室充 100 m³ 的瓦斯 ,其浓度配到 8. 20 %时 ,反向防突风门和门垛未发生任何变形破坏 ,完好无损。当在起爆室充 100 m³ 的瓦斯 ,其浓度配到 9. 16 %时 ,下铰页座与风筒和门垛毛料石结合处发生微小裂缝。门垛通道路面上的水沟盖板有十余块发生错动。反向防突风门和门垛的其他部位均未发生任何变形。堆放在风道口的柔性风筒也未产生位移和破坏 ,风道内防逆流装置完好。在起爆室充 100 m³ 的瓦斯 ,其浓度配到 9. 48 %时 ,起爆后测得冲击波波速大于 960 m/ s ,作用在反向防突风门上的载荷为 0. 909 MPa。经观测发现门垛下铰页座从墙内拉出 ,风道后端的料石被冲垮 ,横梁悬吊。门垛风道右侧的前端上巷道产生约 40 mm 的位移痕迹 ,左侧和门垛后端未见位移痕迹。防逆流装置铁风筒受压变形。反向防突风门的第二拉板筋与门边框焊缝出现 50 mm 长的裂纹 ,门拱边框的悬臂端发生弯曲变形 ,其最大挠度为 3 mm ,其它部分完好^[14] 。将其中第 4 次试验的 17 测试孔的反射超压