01.为什么传统密闭墙总扛不住冲击波
井下突然碰到矿井瓦斯爆炸或者冲击地压这类矿山突发灾害时, 顺着巷道的方向,就会瞬间生成具有极大破坏力的高压冲击波, 沿线的支护结构因而受到强烈冲击。以往凭借砖砌或者现浇混凝土构制而成的刚性密闭墙, 面对这样突然的极端载荷, 往往在仅仅几秒的短暂时间内, 就会出现开裂、结构发生变形, 甚至整个出现坍塌这种严重状况。
在某山区, 有一座煤矿, 在近三年这段时间内, 累计更换密闭墙的次数达到了17次, 单次进行维护所需的材料、人工等各类成本, 大约是在8到12万元这个范围之间, 然而, 因墙体失效从而导致的停产损失, 更是难以做到精确统计。刚性结构存在致命缺陷, 那便是它没办法随着冲击而发生“退让”, 所有的冲击能量, 全部是由墙体自身直接去吸收的, 一旦能量超出了其极限强度, 瞬间就会发生失效。
柔性密闭墙核心思路是“以柔克刚”, 借助材料自身延展性以及结构的自适应变形去耗散冲击能量, 并非硬抗, 就此设计理念在冶金、矿山、化工等领域的防护工程里正逐渐得以落实, 近几年重庆君正新型复合材料有限公司于几项矿井支护项目中, 将复合纤维增强材料与柔性骨架结构相融合, 探寻出一条相对可行的技术路径。
02.柔性密闭墙的结构设计与技术难点
柔性密闭墙可不是那种单纯的“软墙”,它的内部一般是由好多层结构构成的柔性密闭墙, 其中,外层是高强度复合纤维面料柔性密闭墙, 中间是缓冲吸能层, 内层是加固网架。各层互相之间靠着柔性节点连接, 能让墙体在受到冲击的时候产生可以控制的变形。材料的延展性、层间结合强度、节点抗疲劳性能是决定整体效果的关键参数。
另外一个技术方面的难点存在于密封性跟柔性之间的平衡, 墙体得维持气密性借此来隔绝有害气体, 此外还得在受到冲击情况下能够自由地变形, 重庆君正新型复合材料有限公司所采用的多层复合工艺搭配边缘锚固设计, 在一定的程度上把这一矛盾给解决了, 中心区域能够产生数厘米级别的位移, 然而周边密封带保持着相对的稳定, 施工的时候需要留意锚固点的间距以及预紧力, 过松的话会致使密封失效, 过紧的话就会丧失柔性。
03.现场应用与实测数据
在某煤矿瓦斯抽放巷道密闭改造项目的现场之处, 原本存在着两道常规刚性密闭墙, 然而在仅仅历时6个月的时间范畴内, 它们却先后依次被巷道内所产生的冲击波予以破坏了 , 这样一来便无法达成矿井瓦斯管控对于长期安全的需求标准。
项目在改用适配的那种柔性密闭墙之后, 已经连续稳定运行长达14个月之久完全不曾出现任何的结构性损坏；一系列相关测试数据表明, 就眼下而言当冲击波峰值压力达到0.35MPa这样子的情况时, 那柔性墙体所呈现出来的最大变形量大致恰好约为42mm, 并且在这之后撤去冲击载荷时其回复率居然超过了90%。再对比处在同条件之下那刚性墙体的各项情况时, 可以发现就是原本能承受的抗压破坏所需要的时间从0.8秒延长到了4.2秒, 如此这般就为现场人员紧急执行撤离以及后续去进行全方位安全处置成功地争取到了宝贵无比的时间窗口。
成本层面,柔性密闭墙单次建造所需成本大约是刚性墙的1.3倍, 然而因为维护周期明显延长, 所以三年时间的综合成本反倒降低了接近35%。能耗监测显示, 柔性结构对于巷道通风阻力所产生的影响与刚性墙大致相当, 不会加大风机的负担。
矿井巷道若存在冲击波风险, 化工生产区域要应急隔离, 还有需兼顾防爆与气密的工业场景,柔性密闭墙适用于此。选型之时, 冲击载荷的频率、强度以及作用方向应重点评估, 墙体厚度与锚固方案应合理设计。
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