地面钻孔式避难硐室的研究与设计

2014-09-12孙洪军

中国高新技术企业 2014年19期

摘要：通过地面钻孔至避难硐室，为避难硐室提供可靠的供氧、动力、通讯、监控及养料补给，是现行紧急避险系统主要方式之一。文章通过对地面钻孔式避难硐室与其他形式的紧急避险系统进行比较，以及对地面钻孔式避难硐室的设计方案进行论述，为今后研究和建设地面钻孔式的避难硐室提供参考和借鉴。

关键词：地面钻孔；避难硐室；紧急避险系统；煤矿救援

中图分类号：X928 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0026-03

安全生产是煤矿永恒的主体。国家安全监管总局、国家煤矿安监局先后下发多个文件、采取多种措施，规范和有力推进“六大系统”建设。紧急避险系统是井下安全避险“六大系统”的核心内容，紧急避险系统的建设和管理是安全避险“六大系统”建设完善工作的重点和难点。合理设计、建设和管理紧急避险系统，对建设完善安全避险系统整体功能，保障遇险人员生命安全，减轻灾害影响程度具有特别重要的意义，是煤矿安全生产的重要内容。

1 建设紧急避险系统的意义

根据国内外典型的事故进行分析发现，发生在工作面的爆炸事故，工作面区域人员绝大多数立即死亡；发生在工作面以外的爆炸事故，工作面区域的人员死亡绝大部分发生在逃生途中，死亡原因多为逃生或逃生受阻过程中窒息、中毒及火灾等情况。而紧急避险系统正是为了在逃生路径被阻和直接逃生不具备条件的情况下，为救援赢得了缓冲时间，为避险人员提供休息、更换自救器，处理伤口的安全空间。

紧急避险系统是一个安全的密闭空间，对外能抵御高温烟气，隔绝有害气体；对内能为遇险人员提供氧气、水、食物、药品、自救装置等；遇险人员可以在这里休息、处理伤口等待救援，也可以在这里更换自救器，在险情缓解后继续逃生。建设完善紧急避险系统，要坚持与矿井安全实际需要相结合，从实际出发，坚持科学合理、安全可靠、因地制宜、简单实用的原则。

2 国内外紧急避险系统发展背景

在国外避难硐室的建设已经有数十年的历史，其中加拿大、南非、美国、澳大利等采煤大国法律强制矿井必须建设应急避险设施。国家安全监管总局、国家煤矿安全局先后出台《煤矿井下应急避险系统建设管理暂行规定》、《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》、《关于煤矿井下紧急避险系统建设管理有关事项的通知》，对应急避险系统建设、完善、验收和维护管理均提出了具体要求，目前，全国各煤矿企业正在有序地开展应急避险系统的建设工作。

3 紧急避难设施的分类

井下紧急避险设施主要有避难硐室和可移动式救生舱。随着紧急避险系统建设完善工作的不断推进，将不断涌现新类型、新型式的紧急避险设施。

永久避难硐室设置在矿井大巷或采区避灾路线上，服务于整个矿井、水平或采区，服务年限一般不低于5年。避险人数在60～100之间。

临时避难硐室设置在采掘区域或采区避灾路线上，主要服务于采掘工作面及其附近区域，服务年限一般不大于5年。避险人数在15～40之间。

避难硐室依据供氧方式又可以分为地面钻孔式、专用管路供氧方式和自备供氧方式三种。

可移动式救生舱是井下发生灾变事故时，为遇险人员提供应急避险空间和生存条件，并通过牵引、吊装等方式试验移动，以适应矿井采掘作业要求的避险设施。根据外壳材质，救生舱又可以分为硬体式和软体式。前者采用钢铁等硬质材料制作。后者采用阻燃、耐高温帆布等软质材料制作，依靠快速自动充气膨胀架设。根据机械结构特点，又分为组合式和整体式两种。现行紧急避险系统分类如图1所示。

4 地面钻孔式的避难硐室

地面钻孔式避难硐室采取钻孔方式使避难硐室与地面联通，在钻孔内铺设压风管路、供给管路、动力电缆、通讯信号电缆，通过钻孔为避难硐室提供可靠安全的压风、动力电、生命补给及通讯等。由于钻孔施工时间长、造价高、施工困难等原因，钻孔方式多用于永久避难硐室。钻孔式避难硐室一般采取管路供氧和自备氧作为辅助供氧形式，不仅提高了供氧的可靠性，同时也为开启地面压风设备及供电设备提供时间。

5 地面钻孔式避难硐室优缺点分析

地面钻孔式的避难硐室的氧气、水、电供应没有时间限制，而自备氧供氧方式的紧急避险系统，不管是压缩氧气供氧，还是化学制氧方式供氧，气瓶、药剂、水和电都是有限的，一般供应量为额定人数96小时的消耗量。从避险时的氧气、水和电的供应时限上，地面钻孔式的避难硐室比自备氧方式的紧急避险系统更加安全有效。地面钻孔式的避难硐室的供给管路不受瓦斯爆炸或冒顶定等灾害的影响，同时维护容易，不存在中断和泄露的问题。而专用管路供氧方式的紧急避险系统，在发生灾害时，管路容易受到破坏，或维护过程出现疏忽，存在管路中断或者泄露的隐患。所以地面钻孔式避难硐室的供给方式比专用管路形式的紧急避险系统供给方式更加安全可靠。地面钻孔式避难硐室缺点在于工期长，初期投资大，地质条件影响大。

6 设计示例

以开滦集团单侯矿井底车场永久避难硐室为例，对钻孔式避难硐室设计方案进行说明。

6.1 概况

该避难硐室设置在井底车场附近的井下避灾路线上，主要服务南翼生产区域、井底车场、大巷区域、北翼生产区域、首采区域等，在这些区域内可以在30min内步行到达避难硐室的人员总数为90人左右，该避难硐室设计额定人数为100人。一个生存室，两个过渡室，硐室出口共2处，每个出口设置防爆密闭门和密闭门。井底车场

永久避难硐室过渡室净面积23m2，生存室面积为120m2。

6.2 钻孔设计

从地面钻孔至避难硐室，下直径273mm钻孔套管（1），套管内布置直径159mm的压风管（2）、通讯光缆（3）、动力电缆（4）、直径59mm供水管（5）。如图2所示。

6.3 硐室内各系统

本硐室主要包括：密闭防护系统、气幕喷吹系统、压风供氧系统、生活保障系统、动力保障系统、压缩氧供氧系统、环境监控系统、通讯保障系统、供水施救系统、照明系统及人员定位系统等11个系统。主要布置如图3所示，包括硐室外环境监测（1）、照明（2）、防护密闭门（3）、过渡室环境监测（4）、监控基站（5）、流量计（6）、过滤器（7）、减压阀（8）、总阀门（9）、钻孔供给管（10）、自动打包坐便器（11）、垃圾箱（12）、照明综保（13）、电磁开关（14）、馈电开关（15）、人员定位读卡器（16）、充电器（17）、蓄电池（18）、电话（19）、语音广播终端（20）、静压水（21）、供氧箱（22）、生存室环境监测（23）、消音器（24）、储物座椅（25）、生活保障用品（26）、红外摄像头（27）、防护门（28）、压缩氧气（29）、气幕喷吹系统（30）。

图3

6.3.1 密闭防护系统。避难硐室采用向外开启的两道门结构。外侧第一道门采用能抵挡0.3MPa的冲击波，抵抗瞬时1200℃高温的防护密闭门，该门具有足够的气密性，阻挡室外有毒有害气体进入、开闭灵活，门上有观察孔。第二道门采用能阻挡有毒有害气体的密闭门。

6.3.2 气幕喷吹系统。气幕喷吹系统的功能是将压缩空气通过气幕管形成气幕，在硐室门处形成一个幕障，避险人员进入时，阻挡室外有毒有害气体进入室内，尽量减少对避险人员生存环境的污染。喷淋设备用强大的气流再将人身上的附着的有害气体及污物清洗掉，同时置换有害气体。如图3所示，包括：限位开关（1）；气幕开关（2）；气囊（3）；空气总阀门（4）；汇流排（5）；压力表（6）；气瓶减压阀（7）；气瓶开关阀（8）；空气瓶（9）；压缩空气阀（10）；压缩空气阀（11）；喷吹喷头（12）；气幕（13）。

图4

6.3.3 压风供氧系统。压风供氧系统是将地面压风通过压风管路接入硐室，再经过三级过滤器、减压阀和消音器等装置对其进行处理后，为硐室提供清洁的空气。如图5所示，包括：消音器（1）；总阀门（2）；三级过滤器（3）；减压阀（4）；压风供氧阀门（5）；压风流量计（6）。

图5

6.3.4 生活保障系统。避难硐室配备压缩食品、饮用水、储物座椅、自动打包坐便器、自救器、苏醒器、急救箱、工具箱、医疗箱、灭火器、担架等生活必须品和救护用品。

6.3.5 动力保障系统。本硐室采用双路660V供电电缆接入永久避难硐室，一路引自井下中央变电所，另一路引自地面变电站。两路电源通过矿用隔爆馈电开关切换，为避难硐室内照明、监控分站等供电。

6.3.6 压缩氧供氧系统。压缩氧供氧系统是使用压缩氧气瓶对硐室进行供氧。避险时，如果压风管路中断，使用该系统对硐室进行供氧，硐室氧气浓度应控制在18.5%～23%之间。如图6所示，包括：硐室内减压阀（1）；硐室内流量阀（2）；供氧箱出口压力表（3）；供氧箱进口压力表（4）；总阀门（5）；汇流阀门（6）；减压阀（7）；压缩氧气瓶（8）。

图6

6.3.7 环境监控系统。环境监测系统包括硐室外环境监测、过渡室环境监控、生存室环境监测。硐室外环境监测共监测4个环境参数，包括：CO2浓度、CO浓度、O2浓度、CH4浓度；过渡室环境监控共监测2个环境参数，包括：O2浓度、CO浓度；生存室环境监测共监测7个环境参数，包括：CO2浓度、CO浓度、O2浓度、CH4浓度、温度、湿度、压差。所有环境参数都实时传送并显示到地面调度室和生存室的监测分站上，并在以上环境参数超限时发出警报，提醒硐室内人员采取相应的措施保护环境的稳定。

6.3.8 其他设施。通讯保障系统的电话、摄像头、语音广播和人员定位系统的读卡器等设备通过钻孔光缆与地面联通，在避险时，地面救援指挥人员可以通过这些设备了解硐室内的各种情况，制定有效的救援方案。供水施救系统和照明系统也与地面相应系统相连，保证避险时，硐室内的水、电供应。

7 结语

建设紧急避险系统是煤矿安全生产的有效保证，其中地面钻孔式避难硐室具有安全性高，避险时间无限制等优点，是其他形式的避难硐室无法比拟的，如果能对其进行进一步研究，降低其制造成本和难度，其必将成为煤矿安全设施的主要组成部分和发展方向。

参考文献

[1] 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）.

[2] 陈文学.煤矿重大事故风险监控与应急救援方法体系研究[D].山东科技大学，2005.

[3] 韩海荣，金龙哲.常村矿避难硐室地面钻孔生命保障系统研究[J].金属矿山，2011，（5）.

[4] 孙继平.煤矿井下避难硐室与救生舱关键技术研究

[J].煤炭学报，2011，（5）.

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

作者简介：孙洪军（1979-），男，供职于唐山开滦广汇设备制造有限公司，研究方向：机械设计及其自动化。

图3