煤矿井下避难硐室设计与应用

王 涛，赵毅鑫，2，姜耀东，2，宋宜猛

（1.中国矿业大学 （北京）力学与建筑工程学院，北京 100083;2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083; 3.中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院，北京 100083;4.北京中税天网科技有限公司，北京 100027）

煤矿井下避难硐室设计与应用

王 涛1，赵毅鑫1，2，姜耀东1，2，宋宜猛3，4

（1.中国矿业大学 （北京）力学与建筑工程学院，北京 100083;2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083; 3.中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院，北京 100083;4.北京中税天网科技有限公司，北京 100027）

为了促进我国煤矿企业的避难硐室建设，以避难硐室在某矿的具体应用为例，介绍了避难硐室结构构成、功能需求和配套设施，重点阐述了硐室建设的基本要求、支护措施和其他生命维持系统，对于煤矿企业的避难硐室建设具有借鉴意义。

煤矿;避难硐室;紧急避险

事故应急救援和避险，国外一些采矿业发达的国家如南非、加拿大、美国、澳大利亚等学者已经开展了大量的研究工作，并有了多次成功营救的经验和例子［1－2］。

从预防事故发生的角度去减少煤矿事故固然是最积极的减灾手段，但煤矿生产过程存在太多不确定性因素，完全杜绝事故的发生是不现实的。因此，从事故发生后的逃生需求出发，在井下建立与灾难隔绝的避灾硐室和救生舱，为受灾人群提供暂时、及时的安全场所是减少伤亡和降低损失的另一重要手段。

在发生灾害事故时，煤矿井下避难硐室可以为遇险者提供生存必需品和其他辅助设施，用于临时躲避灾难。避难硐室中有用于与外界联系的通讯系统，便于进行快速营救。目前，在采矿发达国家，避难硐室的应用已经较为普遍［1－3］。随着我国安全生产相关政策法规的完善，井下避难硐室的相关研究和实践工作也逐步展开［4－6］。

1 矿井概况

陕西省某地方煤矿为年产3.0Mt的现代化矿井，1997年10月建成投产，采用走向长壁综合机械化放顶煤开采。开拓方式为斜井单水平上下山开拓，通过2个风井采用中央分区抽出式通风。防灭火主要采用黄泥灌浆和注氮措施，防尘系统采用地面静压水，在主、副斜井及各胶带运输巷、轨道运输巷、回风巷安装防尘喷雾水幕。井下有中央水泵房和井底辅助水泵房各1个，满足矿井排水要求。

2 井下避难硐室设计

2.1 避难硐室设计原则

根据煤矿灾害事故的特点，可移动式救生舱布置在采煤工作面以及掘进工作面内，根据工作面人数确定救生舱布置的数量，避难硐室为其他未能进入可移动式救生舱的避灾人员提供避难空间，主要布置在采区附近，其容纳人数根据其周围人员的分布情况确定。

救生舱和避难硐室的位置确定，主要考虑避难空间及其保护的人员可能面临的事故、矿工工作地点与避难空间的距离、压风、供电、供水等系统与避难空间的连接和矿井发生事故时避难空间邻近区域的状况。

为保持人员在最短的时间内进入避难空间，考虑人员分布状况不同，依据以下原则进行避险:

（1）距离救生舱最近的人员向移动救生舱内逃生（主要是工作面作业人员）。

（2）距离自供氧式避难硐室最近的人员向临时避难硐室内逃生 （主要是巷道沿线及机头零散作业人员）。

（3）距离地面钻孔避难硐室最近的人员向永久避难硐室内逃生 （主要是采区零散作业人员）。

（4）距离井筒最近的作业人员尽快升井向地面逃生。

2.2 永久避难硐室设计

2.2.1 基本要求

根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》要求，永久避难硐室应布置在稳定的岩层中，避开地质构造带、高温带、应力异常区以及透水威胁区，确保在服务期间不受采动影响。前后20m范围内巷道应采用不燃性材料支护，且顶板完整、支护完好，符合安全出口的要求。特殊情况下布置在煤层中时，应有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集聚、煤层自燃的措施。

井底车场避难硐室应由过渡室和生存室等构成，采用向外开启的两道隔离门结构。两道隔离门之间为过渡室，第2道隔离门以内为生存室。考虑到避难人数较多，暂定过渡室净面积为5.0m2，内设压缩空气幕和压气喷淋装置。第1道隔离门设观察窗，靠近底板设单向排水管和单向排气管。

硐室地面高于巷道底板0.2m，生存室净高定为2.0m，长度、宽度根据施工时具体的位置确定，但要求生存室的净面积不小于80m2。设置不少于2趟的单向排水管和单向排气管。

根据矿井的生产实际，设置2个永久避难硐室，1号永久避难硐室修建在西轨道大巷、4404回风下山和西胶带大巷所围成的区域内;2号永久避难硐室建设在配风巷和525胶带大巷围成的靠近一采区胶带下山端的区域，永久避难硐室的具体位置如图1中阴影部分标注。

图1 永久避难硐室位置

2.2.2 支护方式

避难硐室截面形状设计为直墙圆拱形，根据截面形状和以往支护经验，避难硐室由岩体向避难硐室内部支护方式分别为锚杆、锚网和锚索联合支护方式;支护材料应阻燃、抗静电、耐高温、耐腐蚀，顶板和墙壁的颜色宜为浅色。混凝土砌碹或钢筋混凝土支护时，混凝土强度不低于C30。钢筋采用3号、4号钢和16号锰钢，主钢筋φ12～18mm，间距0.2～0.3m，副钢筋φ8～12mm，间距0.2～0.24m。立架钢筋 φ6～8mm，间距0.04m左右。具体支护层分布如图2所示。

图2 永久避难硐室断面与支护层分布

隔离门、墙应按不低于井下水泵房密闭门的标准建造，密封可靠，开闭灵活。隔离门墙周边掏槽，深度不小于0.2m，墙体用强度不低于C30的混凝土浇筑，并与岩体接实，保证足够的气密性。

2.2.3 避难硐室系统组成

为了保证避难硐室内人员的生存和设备的正常运行，共设置了7大系统，分别是防火防爆系统、密闭缓冲系统、气幕隔绝系统、供氧系统、通信系统、监测监控系统及附属系统。

（1）防火防爆系统 避难硐室的防火防爆系统包括防火防爆密闭门和防火防爆密闭墙，分别设置在避难硐室的两侧，要求该系统能够抵抗高温，抗冲击波1.5～2MPa。要求防爆密闭门的开启应遵循灵活、快捷、手动、密闭性良好等原则。

（2）密闭缓冲系统 避难硐室内的密闭缓冲系统包括外层防爆密闭门、墙;缓冲空间内的二道密闭门;避难硐室四周的密闭缓冲层。该系统能够防止毒害气体的渗入，缓解矿压和周围采动对硐室整体结构和支护的破坏。

（3）气幕隔绝系统 外层防护门入口处上方设置的气幕系统能够有效防止毒害气体伴随避难人员的进入而污染避难硐室内部的空气。

（4）供氧系统 按照《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》要求，有条件的矿井在建设永久避难硐室宜布置直达地表的大直径钻孔，钻孔直径不小于0.15m;钻孔地表出口应有必要的保护装置并储备自带动力压风机，数量不少于2台。避难硐室采用“多级供氧”方式，保证硐室内部的氧气需求。包括地面钻孔压风供氧、井下压风供氧和生氧净化器供氧，压风供风量不低于每人0.3m3/min，自备氧供氧量不低于6×10－4m3/min。

通过贯穿避难硐室和地面的钻孔，引入地面压风管路，与硐室内布气系统和地面钻孔供氧控制系统相连接，实现内部空气供给;引入流食管路、通讯管路和电缆，实现能量、通讯、电力的供给。

（5）通信系统 保证硐室内至少2种有线和无线的通讯方式。灾害发生时，利用现有的电话、广播并结合灾害报警系统，及时汇报避难硐室内的人员情况，听从指挥，等待救援的到来。

（6）监测监控系统 避难硐室内多合一监测监控设备能够同时监测硐室内部及外部的CO，CO2，O2，CH4，H2S以及温度和湿度的含量变化，并在以上环境参数超限时发出警报功能，提醒硐室内的人员采取相应的措施保证环境的稳定。

（7）附属系统 附属系统能够保证救援人员到来之前，维持硐室内避难人员的基本生活需求，包括照明系统、水、食物、卫生设备、标志标识、急救箱、灭火器和自救器等。

照明系统:硐室内主要采用照明矿灯为避难人员提供照明。

水:供水量为每人1.5×10－3m3/d。

食物:人均5000kJ，配备压缩饼干，每人每天2块。

卫生设备:备有机械打包式马桶，可对人体排泄物打包密封。

标志标识:硐室内部设有清晰可见的标志，各设备张贴使用说明，并张贴避难硐室操作规程和应急响应流程，指导避难人员进行自救。

急救箱:配有体温计、包扎带、止痛药等，可对伤员进行简单的救护。

自救器:采用隔绝式自救器，额定防护时间45min，便于紧急情况下转移。

2.3 移动救生舱

工作面现场及沿途的避险设施采用移动式救生舱。救生舱避灾人员逃生的最大距离要基于人员在合理的状态下，采用合理的装备以合适的行走方式在自救器持续时间限度内行走的距离。

救生舱的数量取决于所部署区域内的作业人数。救生舱的总容量必须能够容纳该区域所有作业人员，并且留有5%的安全系数，供特殊情况下可能出现的本区域超额人员避难。

救生舱应停放在巷道两帮开凿的专用停放硐室内，避免直接布置在巷道内而影响正常通风、运输、行人，减弱爆炸和透水形成的冲击波。

根据井下巷道类型，制定移动救生舱的运输方式和最佳布置地点如下:

（1）根据工作面的现场情况选取距4404工作面500～600m范围内的运输巷内顶板完好上帮或下帮开凿停放硐室，救生舱的顶底部分别加固。由于该工作面人员的最多人数能达到70人，在此位置布置安放1台可容纳36人的充气式救生舱。

（2）在4404工作面的回风巷内对称位置布置1台可容纳36人的充气式救生舱。

（3）由于4404工作面走向长度较长，同时兼顾4404工作面上部后期的掘进巷道的计划，在4404工作面和4404轨道下山交岔处布置1台可容纳36人的充气式救生舱。

（4）考虑4404采区的工人回撤时安全距离，在4404轨道下山巷道内距离3号救生舱500m左右的位置布置1台可容纳16人的充气式救生舱。

（5）考虑到从1号永久避难硐室位置处向井口方向上的可能出现的相关人员，在西轨道下山巷道内，即1号联络巷附近布置1台可容纳10人的充气式救生舱。

（6）考虑到一采区胶带下山到2号避难硐室的安全距离，在一采区轨道下山靠近4号联络巷位置开凿停放硐室设置1台服务人数16人的充气式救生舱。

（7）在二水平轨道大巷靠近一水平轨道下山处布置1台充气式救生舱，该处充气式救生舱的服务人数为16人。

（8）在运输巷的掘进巷和二水平轨道大巷交岔处设置1台可容纳36人的充气救生舱，服务于2809掘进巷附近的人员。

（9）在运输巷和二水平轨道大巷交岔处开凿停放硐室，布置1台可容纳36人的充气式救生舱，主要为2808工作面工人服务。

综合起来，在井下采煤工作面、煤巷掘进工作面及岩巷掘进工作面共设置9个移动式救生舱，其中5台36人可充气式救生舱、4台16人充气舱。救生舱在采掘平面图上位置如图3所示。

3 救灾应急预案与避灾路线

救灾应急预案可以保证事故应急响应及时和抢救工作迅速有效，减少和降低事故发生时所造成的人身伤害和财产损失。当事故发生后，由领导小组根据事故性质，共同制定抢险救灾应急方案，统一组织指挥事故应急抢险工作。指挥部负责上传下达事故应急抢险领导小组的指示，统一调度指挥抢险救灾工作。

事故发生初期，矿工需及时采取措施，积极自救;当灾害发展迅猛，无法开展现场抢救时，现场人员应有组织的撤离灾区。以工作面灾害为例，井下具体的避灾路线如图4所示。

图3 井下移动式救生舱布置位置

图4 避灾路线示意

一旦井下发生火灾，原则上要求工人沿着工作面逆风流方向避灾，防止火灾产生的有毒有害气体的危害。如果井下出现透水等水灾，在水量不是很大的情况下，井下工人应尽量想办法往井口方向逃生或往位置比较高的地方去。非紧急情况下，遇水灾尽量不使用救生舱避险。工作面附近如遇瓦斯爆炸事故，首先应向巷道边缘靠拢，减少或避开爆炸冲击波的伤害，然后沿进风方向逃生或进入邻近的救生舱避险。若逃生路线受阻，则应立即进入邻近的救生舱避难。

4 结束语

煤矿企业的安全生产是关系民生的重大问题，对于煤矿系统的安全生产，一方面可以通过事前的隐患排查等工作去主动降低灾害事故发生的概率，另一方面在事故不能完全杜绝的情况下，积极建设井下避难硐室对于降低灾害事故损失，减小人员伤亡具有重要作用。避难硐室在国外应用较为普遍，实践也证明这是一种行之有效的避险减灾手段。相比国外，我国的避难硐室研究与应用还处于起步阶段，随着煤矿企业安全意识的逐渐增强，和国家法规政策的完善，紧急避险系统的相关研究会随之加快，适合国内开采方式和生产条件的避难硐室及配套设施会逐步成熟。

［1］赵利安，孟庆华.矿业发达国家安全硐室的发展及经验借鉴［J］.矿业安全与环保，2008，35（2）:73－75.

［2］隋鹏程.矿工自救与避难硐室［J］.现代职业安全［J］. 2007，7（71）:86－87.

［3］赵利安，王铁力.国外井工矿避灾硐室的应用及启示［J］.煤矿安全，2008（2）:88－89.

［4］张大明，马云东，丁延龙.矿井避难硐室研究与设计［J］.中国安全生产科学技术，2009，5（3）:194－198.

［5］周心权，吴 兵.矿井火灾救灾理论与实践［M］.北京:煤炭工业出版社，1996:76－77.

［6］王克全，赵善扬，余秀清，等.煤矿井下避难所研制［J］.采矿技术，2010（S1）:135－137.

Design and App lication of Underground Refuge Cave in Mine

WANG Tao1，ZHAO Yi-xin1，2，JIANG Yao-dong1，2，SONG Yi-meng3，4

（1.Mechanics＆Architecture School，China University of Mining＆Technology（Beijing），Beijing 100083，China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource＆Safe Mining，Beijing 100083，China; 3.Resources＆Safety School，China University of Mining＆Technology（Beijing），Beijing 100083，China; 4.Beijing Zhongsui Tianwang Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100027，China）

In order to improving refuge cave construction of Chinese refuge cave，taking amine as an example，this paper introduced components，functions and equipments of refuge cave.It expounded mainly basic requirement of cave construction，supportingmethod and other lifemaintaining system.Itmight provide reference for coalmine's construction of refuge cave.

coalmine;refuge cave;emergent refuge

TD214

A

1006-6225（2011）04-0033-04

2011－04－21

国家重点基础研究发展规划 （973）项目 （2010CB226801）;中央高校基本科研业务费专项资金资助

王 涛 （1983－），男，河北定州人，博士研究生，从事煤矿安全开采及矿山压力控制等相关岩石力学问题的研究与实践。

［责任编辑:邹正立］

特殊采煤与矿区环境治理