乌兰煤矿永久避难硐室的设计与构建

张军颖，尤 飞，刘亚林

（1.神华宁煤集团， 宁夏 银川 750324；2.北京科技大学， 北京 100083）

乌兰煤矿永久避难硐室的设计与构建

张军颖1，尤 飞2，刘亚林1

（1.神华宁煤集团， 宁夏 银川 750324；2.北京科技大学， 北京 100083）

根据乌兰煤矿目前井下人员分布及近期开采情况，为乌兰煤矿设计永久避难硐室，设计内容主要包括：选址、尺寸、避难硐室内保障系统。该避难硐室的设计和构建对乌兰煤矿井下紧急避险系统的完善和应急救援技术提高具有重要意义。

避难硐室；结构设计；紧急避险；生命保障系统

“井下紧急避险六大系统”的提出与推广旨在从根本上提高井下紧急避险的保障能力，其中紧急避险系统中避难硐室的建设对于提高神华宁煤集团乌兰煤的整体救援能力具有重要意义。该矿拟定在1150水平构建一个示范永久避难硐室，进而完善该矿六大紧急避险系统的建设［1］。

1 矿井概况

乌兰矿现有＋1350、＋1150、＋900三个开采水平，以主斜井筒为界分为南、北翼两个采区，各采区采用单翼布置，矿井各煤层均采用走向长壁采煤法，矿井采煤机械化程度100%。矿井原设计生产能力为90万t/a，经过改造现矿井生产能力为240万t/a。

2 避难硐室选址及结构设计

避难硐室在近几年将主要为开采1150水平的南、北翼工作人员以及附近巷道检修等工作人员提供服务，因此将避难硐室布置于1150集中运输巷附近，并利用原有非常材料库进行改装（见图1）。

图1 乌兰煤矿避难硐室选址

根据国家对建设避难硐室的要求规范，结合乌兰煤矿井下情况，设计避难硐室为2个缓冲区和1个避难区，缓冲区长度分别为11m、7m，避难区长度25m，避难硐室断面宽4.6m，直墙高1.6m，呈半圆拱直墙的结构，采用锚杆、锚索联合支护［2］。

3 避难硐室内各系统设计建设

3.1 避难硐室供氧系统

避难硐室内采用4级供氧的方式：地面钻孔供氧、井下压风供氧、高压医用氧气瓶供氧以及便携式自救器供氧［3］。

（1）地面钻孔供氧。地面钻孔供氧是通过硐室内与地面贯通的钻孔为硐室内提供压缩空气。发生紧急情况时，地面的压缩机通过钻孔内压风管道为硐室内提供压缩空气。

（2）井下压风供氧。井下压风供氧是将井下压风接入硐室内，通过“压风控制系统”进行减压、过滤、控制和消音等过程后释放到硐室内（见图2）。“压风控制系统”的出风压力为0.1～0.2MPa［4］。

图2 井下压风系统

（3）高压医用氧气瓶供氧。在井下压风与地面压风损坏时，硐室内采用高压氧气瓶配合生氧净化器供氧（见图3）。开启氧气瓶，气体经由“氧气控制系统”减压、调节后，出口压力为0.1～0.2MPa，硐室内人均需纯氧量按照0.5L/min计算供给。人均呼吸新鲜空气12.5L/min，生氧净化器将每分钟处理12.5m3气体，若CO2浓度高于0.5%，则更换净化器中药剂［5］。

图3 医用氧气瓶系统

（4）自救器供氧。硐室内储备有150个隔绝式ZH－40化学氧自救器，在硐室内有害气体超标等紧急情况下可启用［6－7］。

3.2 供电系统

避难硐室内除了引进巷道内动力电缆外，还从地面单独供应了动力电缆，从而形成两个独立的供电系统。当灾害损坏了巷道内电缆时，启动地面救援机房中发电机组开始供电（见图4）。

图4 硐室内双路动力系统

3.3 地面钻孔系统

3.3.1 钻孔内部布置

根据避难硐室中间硐室密闭性要求，地面钻孔位置不宜设在避难硐室人员主要活动区域。钻孔内包括压风管路、动力电缆套管、通信监测套管以及流食管，钻孔中各种管路布置如图5所示。

图5 钻孔内管道布置

（1）压风管。其功能等同于井下压风管路，与避难硐室中布气系统连接，为硐室供应氧气，相比井下压风管，其安全性能更高，不易受巷道事故破坏［8］。

（2）动力电缆套管。该管路与井下电缆共同为硐室内所有用电设备供电，相比井下电缆，地面钻孔中电缆不易受事故破坏而导致断电，可与井下电缆之间进行安全切换。

（3）通信监测套管。可为避难硐室中的监测监控系统提高电力和信号传输需求。

（4）流食管。该管路可为井下人员提供牛奶等流质食物，为避险人员提供能量补给。

3.3.2 地面钻孔方案

乌兰煤矿钻孔孔深为450m，钻孔最大孔径为400mm，至避难硐室内部管径为250mm，套管选用DN＞200mm壁厚的无缝钢管，在钻孔与管壁周围压入水泥浆并凝固72h。

3.3.3 吊装工艺

（1）无缝钢管采用焊接的方式固定于地面槽钢上，槽钢下使用工字钢作为支撑。

（2）大套管内部压风管等使用吊车进行分段式吊装，选用30t吊车配以6mm×19mm×21.5mm型钢丝绳进行吊装。露出地面套管焊接与法兰盘上，并采用上下托盘锁紧的形式。

（3）动力、通讯等电缆在钻孔口使用卡套将电缆与钢丝绳卡牢，钢丝绳捆绑在工字钢上，用钢丝拧紧。

3.4 通讯、监测系统

（1）乌兰煤矿避难硐室中设有两路固定电话。一路通讯系统与地面通讯电缆相连接，信号直接通过地面钻孔传输到地面钻孔设备室或应急救援车；第二路通讯系统直接接入井下有线通讯电缆中。

（2）乌兰避难硐室内均布置监测器，同时监测硐室内的 O2、CO、CO2、CH4、H2S、温度、湿度等7种环境参数。监测器在环境参数超出预先设定的极限时发出警报，硐室内人员根据提示开启硐室内相应设备。监测器的信号将利用地面钻孔内通讯电缆实时传输到地面调度室内。

3.5 人员定位、摄像系统

乌兰煤矿避难硐室在中间避难区两端布置了人员定位及摄像系统。人员定位接收器所接受的信号和摄像视频信号通过分站传输到地面调度中心或钻孔上方应急救援车上，以方便了解硐室内人员情况。

（1）人员定位系统。避难硐室的人员定位系统选用能接入矿方通信系统的KJ139型分站与读卡器，通过 MHYV1×4×7/0.52电缆线传输信号。

（2）摄像系统。选用与矿上对接的KBA113A摄像仪与KTG102－127A型四路光端机，通过MGTSV－8B型光缆传输采集的视频信号。

3.6 回风系统

避难硐室的压风系统能够为硐室内部供给氧气，同时也能带走人体产生的二氧化碳等废气，降低硐室的温度和湿度。硐室的压风系统包括进风系统和回风系统［9］。对于设置了地面钻孔的永久避难硐室，可通过2种方式实现回风：

（1）在硐室两端均设置了超压回风口，当硐室内气压超过100Pa时自动泄压［10］；

（2）地面钻孔直接通向地面，其本身就是一个安全、有效的回风口，通过缓冲硐室内钻孔套管向地面回风。

3.7 排水系统

硐室两端均设计有排水系统，排水管路从硐室内深埋至硐室外排水沟，为保证排水顺畅，管道坡度不小于1%，在硐室内的排水端口还连接有单向阀以防止水灾情况下巷道积水逆流进硐室内，排水管直接通往硐室外部的排水沟内。

3.8 医疗卫生系统

避难硐室缓冲区放置有4个机械打包式马桶，以方便避险人员生存需求。为了处理避险过程中的受伤人员，硐室内还储备有4个急救箱，里面备有止血剂、消毒液、绷带等药品。

3.9 附属系统

硐室内储备有瓶装矿泉水、军用压缩饼干和营养液，可保证100人96h所需，每人每天输入1.5L水以及5000kJ能量。如果避险时间较长，地面人员可通过钻孔流食管向硐室输送流食。

4 硐室维护及使用

下井工作人员需要接受避难硐室避险培训，熟练掌握每个系统的功能、操作方法以及简单维护方法。避难硐室日常需要安排专人维护，由于硐室两端入口均处于1150集中运输巷道，硐室不易形成自然通风，所以需要维护人员每日对硐室内部进行手动通风，即每日开启压风系统一次，每周试运行一次，每个月对硐室进行整体运行，进而检验各个系统并检查是否异常［11］。

在灾变发生，人员进入避难硐室后要统一听从指挥，硐室内负责人员要冷静分析现场情况并采取有效措施，同时应及时和地面取得联系并汇报情况。

［1］ 李博，黄圆月.避难硐室与避难仓特点与优化方案［J］.采矿技术，2011，11（6）：64－65.

［2］ Rick Brake，Graham Bates.Criteria For The Design Of Emergency Refuge Stations For An Underground Metal Mine［J］.Journal of the AusIMM，1999（12）：2－5.

［3］ 隋鹏程.矿井作业人员自救与避难硐室（二）［J］.现代职业安全，2007（7）：86－87.

［4］ 王克全，赵善扬，余秀清，等.煤矿井下避难场所研制［J］.采矿技术，2011，10（S1）：135－137.

［5］ 孙一坚.简明通风设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997：53－57.

［6］ 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）：88－91.

［7］ M－T 390－1995.矿井压风自救装置技术条件［S］.

［8］ 蔡永乐，胡创义.矿井通风与安全［M］.北京：化学工业出版社，2007：24－32.

［9］ 孙一坚，沈恒根.工业通风［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010：56－62.

［10］ 中华人民共和国煤炭工业部.防治煤与瓦斯突出细则［M］.北京：煤炭工业出版社，1995.

［11］ GB 50038－2005.人民防空地下室设计规范［S］.

2012－07－12）

张军颖（1971－），男，河南遂平县人，助理工程师，主要从事矿山安全生产工作，Email：zjy8055＠126.com；尤 飞（1989－），男，硕士研究生，主要从事矿山安全方面学习及研究，Email：learn word123＠sina.com。