礦用防火柵欄門結構和選材分析

吳桂陳

摘要：根據礦用防火柵欄門鋼結構部分和防火材料部分，確定了一般企業可自行制造的簡易結構和所需的制造材料，分析了防火柵欄門所具備的防火性能。

關鍵詞：結構；柵欄門；防火性能

引言

煤礦永久性井下中央變電所和井底車場內的其他機電設備硐室必須裝設向外開的防火鐵門，鐵門全部敞開時，不得妨礙運輸，鐵門上應裝設便于關嚴的通風孔。一般煤礦企業都是直接采購防火柵欄門，如果能自制加工，可以節省一定的費用開支，實現企業成本降低。目前大多數使用的防火柵欄門存在關門后密封不嚴、密封老化、密封不嚴等問題，本文給出了簡易防火柵欄門的自制方案和對使用材料的相關要求。

1.整體結構

防火柵欄門結構件主要由門框、左右大門門扇、左右小門門扇、鉸鏈及閉鎖裝置組成。大小門扇開門方式均為向外開啟，大門扇上部開柵欄門，并設置小門扇。門框采用槽鋼整體焊接設計，留預埋件安裝固定孔；大小門扇邊框、柵欄窗邊框均采用角鋼做骨架結構；柵欄窗設置在門扇上部，與門扇等寬，高度約為門扇1/2；大小門扇面板采用鋼板焊接加工，內部填充防火材料。大門扇與門框、小門扇與柵欄框接合處在角鋼一側內壁安裝防火密封條。

2.各組成部件

2.1門框結構：以煤礦常用變配電室安裝的斷面尺寸2500mm×2200mm防火柵欄門為例，門框采用14#槽鋼焊接制作，在左右位置和上梁位置打孔可與基礎預埋件固定。

2.2門扇結構：大門門扇結構架由60×60×5角鋼制作，門板為雙層3mm鋼板，全部焊縫采用連續角焊，兩層門板中間空心區域可填充阻燃材料。在門扇上方預留通風柵欄門，柵欄為鋼筋網，并按尺寸設置防火窗。

2.3防火窗結構：結構架由50×50×4角鋼制作，窗板為雙層3mm鋼板，與門扇結構相同，中間空心區域可填充阻燃材料。

2.4門縫結構：兩門扇關閉后接合處安裝門縫擋板，用于門縫處密封膠條的安裝固定。

2.5門軸、窗軸結構：門軸由軸套、滾珠、軸三部分組成，窗軸與門軸結構類似。

2.6密封件：防火窗和門扇四周安裝10mm厚阻燃密封膠條，防火窗膠條寬度為35mm，門扇膠條寬度為42mm。使用時將防火密封條安裝在門扇的框上。當火災發生時， 密封條膨脹發泡將分隔構件密封處的縫隙堵塞，起防止火焰和煙霧穿透的作用。

3.材料的選用及性能

3.1鋼結構材料：門框、門扇、防火窗所用槽鋼、角鋼、鋼板采用Q235材質；門軸采用45#圓鋼；柵欄網采用鋼板網：厚3mm（網孔25X20）。

3.2填充材料：按照《防火門》（GB12955—2008）要求，防火門的門扇內填充對人體無毒無害的防火隔熱材料，應經國家認可授權檢測機構檢驗達到《建筑材料及制品燃燒性能分級》（GB 8624-2006）規定燃燒性能A1級要求和《材料產煙毒性危險分級》（GB/T 20285-2006）規定產煙毒性危險分級ZA2級要求。填充材料選用防火門常用的珍珠巖材料。以無機黏結材料為主要原料的珍珠巖防火板具備強度高、導熱系數小、容重適中、憎水性能好、耐酸堿耐鹽、耐凍融、耐高溫、隔音減震彈性好、隔熱阻燃、烘锫無黑煙、高溫高明火燃后無毒氣等特點，符合國家標準，采購時要求供應廠家提供國家認可授權檢測機構出具的有效檢驗報告。

3.3密封膠條材料：按照《防火門》（GB12955—2008）要求，防火密封件應經國家認可授權檢測機構檢驗合格，其性能應符合《防火膨脹密封件》（GB 16807-2009）的規定。密封膠條材料選用膨脹石墨，膠條中間為空心，當火災溫度較低時通過壓縮膠條實現隔火、隔煙，當溫度升高時膠條膨脹。可膨脹石墨在受熱條件下，體積急劇膨脹，窒息了火焰，同時生成的膨脹物覆蓋在基材表面，使得達到隔絕火源、延遲或中斷火蔓延的作用，另外，可膨脹石墨膨脹時，其夾層釋放出的酸根粒子不但促進了塑料材料的脫水碳化，而且其與鏈反應中的自由基粒子結合，中斷了鏈反應的進行，達到熱量緩釋的效果，另一方面本身不燃，并能夠吸收環境熱量，是多種阻燃機理集于一身的阻燃劑。市場常見的膨脹石墨密封主要性能如下：①膨脹溫度：起始膨脹溫度199℃，主體膨脹溫度347℃；②線性膨脹倍數：大于等于原膨脹體厚度的3倍；③耐高溫和燃燒性能：溫升至980℃并保持30min，不燃燒、不灰化；④防煙性能：耐火試驗進行72min，門安裝密封件的左、右及上側縫隙處無明顯漏煙，防煙性能大于72min.

3.4粘接劑：按照《防火門》（GB12955—2008）要求，防火門所用粘結劑應是對人體無毒無害的產品。防火門所用粘接劑應經國家認可授權檢測機構檢驗達到GB/T 20285-2006規定產煙毒性危險分級ZA2級要求。

密封膠條粘接劑選用阻燃型有機膠粘劑，可減少可燃成分、隔斷所需氧氣、降低反應溫度、中斷燃燒反應，通過物理和化學方式達到切斷燃燒循環的目的。選用阻燃型有機膠粘劑無苯氯丁阻燃膠粘劑（CN1206720A）是由氯丁橡膠、ZnO、MgO、酚醛樹脂、萜烯樹脂、ZT阻燃劑等組成，無苯毒，阻燃，主要優點如下：a）使用性能好，在-25℃情況下不凍結、涂刷省力、可用于橡膠、金屬板粘接；b）氣味小、無苯毒；c）粘結力強，抗老化性能好，阻燃。

3.5防火涂層：待涂基材表面先行除銹處理，刷防銹漆一遍，再噴涂防火涂料。防火涂料選用符合GB14907-2002 《鋼結構防火涂料》要求的室內超薄型鋼結構防火涂料。具備遇火發泡膨脹隔熱的優異防火性能及優良的粘結性、耐沾污性、耐水性、耐化學性及抗老化性。防火涂料前期膨脹實現化學隔熱，在溫度達到350-400℃左右后，防火涂料膨脹體完全形成，此時防火性能主要來自于膨脹體的物理隔熱。防火涂料設計厚度1.5mm，耐火極限大于1h。

4.外觀質量要求

4.1 外觀應平整、光潔、無明顯凹痕或機械損傷；

4.2 焊接應牢固、焊點分布均勻，不允許有假焊、燒穿、漏焊、夾渣或疏松等現象，外表面焊接應打磨平整；

4.3 涂層、鍍層應均勻、平整、光滑，不應有堆漆、麻點、氣泡、漏涂以及流淌等現象；無漏涂、脫粉、明顯裂縫等。如有個別裂縫，其寬度不大于0.5mm；涂層與鋼結構基材之間和各涂層之間，硬粘結牢固，無脫層、空鼓等情況；顏色與外觀符合設計要求，輪廓清晰，接搓平整。

4.4 密封膠條安裝螺栓緊固，無明顯突出，膠條粘接牢固，無脫膠現象。

5.耐火性能

5.1耐火性能分類：按GBT 7633-2008 《門和卷簾的耐火試驗方法》的規定進行耐火試驗，耐火性能判斷條件：

（1）耐火完整性：a）依據GBT 9978.1-2008《建筑構件耐火試驗方法》8.4.1進行試驗，棉墊被點燃；b）依據GBT 9978.1-2008《建筑構件耐火試驗方法》8.4.2的規定，縫隙探棒可以穿過；c）背火面出現火焰并持續時間超過10s。

（2）耐火隔熱性：a）試件背火面平均溫升超過試件表面初始溫度140℃，則判定試件失去耐火隔熱性；b）試件背火面最高溫升超過試件表面初始平均溫度180℃，則判定試件失去耐火隔熱性；c）門和門框上的最高溫升超過其表面初始平均溫度360℃，則判定試件失去耐火隔熱性。

5.2耐火性能分析：

結構選用的鋼材在200℃以內性能沒有很大變化，430-540℃之間強度急劇下降，鋼結構本身溫度超過550℃，屈服強度就會降低50%以上，到600℃時強度很低不能承擔荷載。通常火災10分鐘溫度達600℃，炙熱的高溫使鋼結構在很短時間內就失去剛性和強度。Q235鋼失效溫度在560℃-587℃范圍內，裸鋼耐火時間只有15～30分鐘，加1.5mm-3mm耐火涂料后耐火時間約為70-90分鐘。參照耐火性能分類表，此設計防火柵欄門應該屬于：非隔熱防火門（C類）：耐火完整性≥1.00 h 代號：C1.00

6.結語

按照此方法制造加工的簡單礦用防火柵欄門，實際防火性能需要在制造完成后通過國家檢測中心進行相關試驗認證，確定防火等級，根據井下防火柵欄門內外（主水泵房、中央變電所）火災形式及預防原則最后確定是否滿足使用要求。

參考文獻：

[1]董永利，周國江，丁慧賢，袁福龍.《膨脹石墨的制備工藝與應用》 [J] .《黑龍江水專學報》，2010.9

[2]李子東，李廣宇，余敏.《阻燃型有機粘接劑》 [J] .《粘接》，2001.2

[3]呂學星，李鋒.《普碳鋼Q235的應力-應變曲線研究》[J] .《大型鑄鍛件》，2007年1月，01期

[4]師華，鄭衛東，熊家錦，肖利鵬，陳曉，劉繼雄.《超薄型鋼結構防火涂料在不同鋼材上的防火性能研究》[J] .《消防技術與產品信息》，2003年，11期.