布尔台煤矿2－2煤永久避难硐室的构建及紧急避险系统建设问题研究

2013-09-07金龙哲

中国矿业 2013年1期

王磊，金龙哲，高娜，尤飞

（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

煤矿企业的安全生产是关系民生的重大问题，国内重大安全事故多发生在煤矿。要降低安全事故的发生一方面要通过事前的隐患排查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，积极建设能够降低灾害事故损失、减小人员伤亡的煤矿紧急避险系统[1]。煤矿井下紧急避险系统是在井下发生紧急情况时，为遇险人员安全避险提供生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体。紧急避险系统建设包括为井下人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案及进行自救培训等。紧急避险系统是煤矿井下安全避险“六大系统”的核心部分[2]。目前，我国煤炭企业正在积极进行紧急避险系统的建设并取得了初步效果，但在实施过程中针对不同煤矿的特点，紧急避险系统的设计应当更加合理高效。笔者介绍了神东集团布尔台煤矿2－2煤永久避难硐室的构建情况，总结了神东大型煤矿区别于传统煤矿的一般特点，并提出了大型煤矿在紧急避险系统建设过程中产生的问题及对策。

1 布尔台煤矿2－2煤永久避难硐室的构建

1.1 选址

布尔台煤矿是神华神东煤炭集团建设的生产能力、主运输系统提升能力、煤炭洗选加工能力世界第一的大型矿井，位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，井田面积193km2，地质储量33亿t，可采储量20亿t，矿井设计生产能力为2000万t／a，服务年限71.3年。布尔台矿井采用斜井－平硐－立井综合开拓方式，分三个水平开采。截至2012年，井下共分布三个盘区（采区）22煤1盘区，22煤2盘区，42煤1盘区。盘区人员数量大致为：早班200人，中班、夜班各120人。综采工作面：早班50～60人，中班、夜班各20人；掘进工作面：早班30人左右，中班、夜班各12～15人。依据布尔台煤矿地质特点，人员分布情况及避难硐室布置原则，决定布置2处100人规模永久避难硐室。2－2煤永久避难硐室位于2－2煤一盘区22105绕道与辅运平硐交汇处，距离辅运平硐约4000m，由废旧巷道改造而成，服务于2－2煤一盘区各采区，如图1所示。

图1 布尔台煤矿2－2煤永久避难硐室选址

1.2 构建

布尔台煤矿2－2煤永久避难硐室总长度约64m。两侧小硐室深4m，硐室断面为拱形，净高3.5m，净宽4.6m。避难硐室内部共设置8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、制冷系统及附属系统。分为缓冲区、避难区和应急区，缓冲区的功能是防止有毒有害气体伴随避难人员的进入而污染硐室内部的空气，区域内设有气幕隔离系统、卫生设施和地面钻孔管路控制系统；避难区的功能是为避难人员提供氧气、水、食物等维持生存所必须的物质，区域内设有压风布气系统（包括地面压风和井下压风）、密闭缓冲系统、生氧净化器供气系统等；应急区的功能是为受伤的避难人员提供简单的医疗救治，安全地等待救援人员的到来，区域内设有简单医疗药品和设备和担架等设施，如图2所示。

图2 避难硐室结构示意图

硐室内部设有贯穿避难硐室和地面的钻孔，引入地面压风管路，与硐室内的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，实现能量供给和与通讯、电力的供给，如图3所示。

图3 钻孔结构示意图

2 相关问题的研究

2.1 神东大型煤矿的特点

通过对布尔台煤矿及神东集团其他大型煤矿的研究可以发现，20世纪90年代以来，神东集团新建的煤矿大都与布尔台煤矿类似，均按照“安全高效矿井”的理念进行建设，形成了“生产规模化、技术现代化、队伍专业化、管理信息化”为特征的新型集约化安全高效千万吨矿井群生产模式。与传统煤矿相比，其主要特点如下。

1）重新整合规划矿区井田，实现矿井生产大型化、集约化。井田整合后形成的矿井均具备一井一面1000万t／a以上的生产能力，通过技术改造或改扩建合并开发相邻的新区、老井或小井，不建新井，从而减少了矿井数量、矿井定员和危险源数量，降低了安全隐患。

2）矿井无盘区布置、建设条带式开采的千万吨矿井。将50～100km2井田开拓方式定为无盘区布置，主要巷道布置在煤层中，与井筒直接相连，大巷直接拉开工作面，彻底简化了巷道系统，将工作面长度由传统的150m延长到240～400m，推进长度由1500～2000m延长到4000～6000m，使综采工作面单产达到800万t以上，井型扩大到1000万～2000万t规模。

3）采用斜硐开拓技术。主要大巷布置在主采煤层中，由1条主运输大巷，1～2条辅助运输大巷和1条回风大巷组成，井筒与布置在煤层中的大巷直接相连。

4）采用无轨胶轮车辅助运输方式。斜硐开采技术的应用就为无轨胶轮车的使用提供了条件。无轨胶轮车辅助运输大幅地提高了运输效率，支撑了工作面长距离推进，提高了矿井生产能力，减轻了工人劳动强度；特别是改善了安全环境，避免了占传统矿井1／3的辅助运输事故；增强了工人在突发灾害事故情况下迅速逃生避难的能力[3]。

2.2 神东大型煤矿紧急避险系统构建问题及对策

2.2.1 大型巷道系统布置应结合多种救援方式

现代化矿井逐渐形成具有生产规模大、运输距离长、工作面连续推进距离长特点，这些给煤矿生产带来高产高效的同时，也给井下人员安全撤离带来困难[4]。

以布尔台煤矿为例，矿井在设计之初，结合了巷道掘进、支护、运输、供电和煤层自燃等综合因，工作面推进长度确定为6000～7000m。全矿井平面上划分为7个盘区[5]。生产系统简单化的同时，也会产生新的问题。井下无论发生火灾、水灾，还是出现爆炸、塌方，都可能会造成巷道堵塞，通风系统破坏，且通向地面出口的距离较远，给抢险救灾行动带来困难[6]。在这种情况下，当工作面推进到远端时，设置在大巷或采区大巷内的永久避难硐室就无法兼顾到工作面人员，为工作面作业人员配备可移动式救生舱，设置临时避难硐室等就显得尤为必要。

针对布尔台煤矿采煤及掘进工作面较长的特点，可在工作面前段设置可移动式救生舱，服务于综采综掘人员，在工作面中段设置临时避难硐室，服务于工作面运输顺槽及回风顺槽工作人员。具体布置情况如表1、表2所示。

表1 临时避难硐室布置明细表

表2 可移动式救生舱布置明细表

除此之外，建议在避灾路线及可能有工作人员出现的相关巷道上设置可移动式救生舱或自救器过渡站。另外了解到神东集团煤矿大都采用无轨胶轮车运输方式，每个工作面都配有运输车辆，故可在灾害发生时优先选择乘车升井或到达避难硐室进行避难。

2.2.2 分水平开采煤层可共用避难硐室或地面钻孔

在巷道开拓设计中，经常会根据煤层间距将矿井分两个或多个煤组开采，每个煤组分别布置大巷[7]。以神东集团大柳塔煤矿活鸡兔井为例，活鸡免矿井位于陕西省神木县中鸡镇境内，井田地质储量95078万t，可采储量62410万t，可采煤层七层，主采煤层1－2煤、2－2煤和5－2煤。活鸡兔井目前配有2套综采4套联采，1－2煤层现已基本采完，目前主采1－2上煤层及2－2煤层[8]。

在布置永久避难硐室时，既要考虑覆盖到工作面及其他区域相关人员，又要做到尽可能节省成本，杜绝无畏的浪费。1－2上煤目前主要开采1－2上煤集中延伸段。在1－2上煤集中辅运大巷与延伸段交汇处有一上下大巷联络巷联通1－2上煤与1－2煤，故可在在1－2上煤集中辅运大巷延伸段上下大巷联络巷处设置一处永久避难硐室，服务于1－2上煤及1－2煤相关区域，如图4所示。

图4 大柳塔煤矿活鸡兔井采掘平面示意图

通过对神东煤炭集团其他煤矿采掘系统的分析可以看出，在多煤组开采的巷道设计中，必定设有连接上下两个煤组的绕道或联通巷，且联通巷的设计适合无轨胶轮车通行，交通比较便利，故在进行永久避难硐室或临时避难硐室选址时，可充分考虑上下两煤组间绕道或联通巷，在该类巷道附近布置避难硐室，可服务于上下两个煤组，实现对两个煤组的覆盖。

类似的，如果上下两个煤组巷道开拓在水平方向上投影重合，各自的工作面又距离联络巷较远，必须在两个煤组分别设置避难硐室时，可考虑将上下两水平处避难硐室位置选在同一坐标处，这样可以共用钻孔，如果条件允许，可共用贯通至地面的钻孔，如条件不允许，在两水平之间打钻，两水平在钻孔内彼此提供避难所需的压风、电力、通讯等资源，如图5所示。

图5 避难硐室共用钻孔示意图

2.2.3 避难硐室选址需考虑水灾防护问题

在进行避难硐室选址时，应当首选大巷或采区大巷中辅运大巷与回风大巷或两条辅运大巷之间的联巷，因为该区域支护强度较大，安全可靠性较高，但由于神东集团煤矿主要巷道均布置在煤层中，与井筒直接相连，巷道的开拓是随着煤层的起伏而延伸的，所以在布置避难硐室时，一定要考虑到附近巷道的高低走向，尽量选在在地势较高的联巷处设置避难硐室，使避难硐室具有一定的水灾防护能力。

2.2.4 紧急避险系统设计应与矿井现有生产系统相结合

在进行紧急避险系统建设时，应当针对不同煤矿特点进行设计，以确保救援、避灾与生产无缝对接。例如，神东煤炭集团旗下大多数煤矿辅助运输采用世界上最先进的无轨胶轮车，井下巷道采用支架搬运车、多功能车、客货两用车及人车输送设备、材料和人员，机动灵活，操作简易，装卸方便，效率高，成本低，快捷、安全。据了解，现阶段已研发或正在研发的可移动式救生舱以轨道运输方式为主。鉴于我国现代化高效矿井模式的不断发展，矿用可移动式救生舱的研发应当考虑到与无轨胶轮车运输的方式相结合，使两者能够实现快速对接，方便运输。