梗阳煤矿井下永久式避难硐室的设计研究

2014-10-22李立新

山西煤炭 2014年7期

李立新

（山西吕梁中阳梗阳煤业有限公司,山西中阳 033400）

从事故发生后的逃生需求出发，在井下建立隔绝危险地带并可保证矿工生命安全的避灾硐室和救生舱，是事故发生时为作业人员提供足够的安全场所是减少伤亡和降低损失的重要手段。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，用于临时躲避灾难的防护系统，和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]。

员矿井概况

梗阳矿井可采煤层为4号、5号和10号煤层，生产能力为1.2 Mt/a，设一个水平开采5号煤层，水平标高为930 m，10号煤层尚未进行开采。井田开拓方式为斜井开拓，矿井现有三个井筒，主斜井、副斜井、回风立井。主、副斜井位于工业场地内，主斜井净宽4.7 m，斜长 817 m，倾角 16°，净断面积 15.3 m2，安装胶带运输机和架空乘人器，担负全部煤炭提升任务和人员升井任务；副斜井采用双滚筒双钩串车提升，担负全部辅助提升任务，井筒倾角22°，斜长605 m，断面净宽4.2 m，净断面积12.4 m。

目前，5号煤层大巷已施工完成，北翼二采区正在准备回采。本次设计仅针对生产水平进行设计。根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》（以下简称《暂行规定》），分析该梗阳煤业矿井的建设生产状况，提出采用永久避难硐室+临时避难硐室的避险方案。

1.1 避难硐室布置原则及选址

在矿井发生煤与瓦斯突出事故、瓦斯爆炸、煤尘发火、顶板冒顶和井下突水事故等情况时，避难硐室可以提供保障井下人员96 h避难场所。通过国内几大集团公司避难硐室建设的经验，现在矿井的避险系统，一般采用永久避难硐室+临时避难硐室（移动式救生舱）的方案，永久避难硐室主要由过渡硐室、生存硐室、机电硐室、卫生间等组成。通常设在矿井的井底车场附近或井下人员集中的部位，硐室内部应当配备有：能够提供硐室规定避险人数96 h食物和饮用水，硐室内外设置环境监测系统，硐室内设置降温除湿系统、供电、供水、压风系统和必要的急救医疗用品。

同移动救生舱相比，永久避难硐室具有：硐室内部空间大，能够供较多的人员避险，能够储存较多的饮食，支护强度高，服务年限长，建成后，在专人定期维护下可以永久使用。

1.2 紧急避难硐室布置的原则

井下的紧急避险系统的布置主要考虑以下因素：根据矿井的地质条件，分析矿井主要面临的灾害，根据灾害的类别，具体制定面对灾害的避险方法；要保证井下工人工作地点距离最近的避难硐室（移动救生舱）的距离不大于1 000 m（瓦斯突出矿井不大于500 m）；避难硐室内的供电、供水、压风等系统与外部的连接方式；井下及采区避险人数的确定。

综合以上因素，确定全矿井永久避难硐室和临时避难硐室（救生舱）的布置，在合理的布置情况下，两者相互协调、相互补充，组成全矿井完整的避险系统网络[4-5]。

避难硐室是紧急避险系统的核心部分，其内部设备在满足所处位置人员避险要求外，还应当具有1.2倍的富余量，从而保证矿井灾变事故发生后，井下人员能够有充足的避险场所。设计原则如下：第一，人员覆盖。本着“安全第一”的原则，在设置永久避难硐室的同时还需设置临时避难硐室确保发生灾害时每名作业人员均可避难。第二，就近避难。对于遇险人员来说最安全的莫过于尽快升井，但尽快升井逃生仅适用于工作地点与井筒距离很近的矿工，当在无法升井的情况下，遇险人员应就近进入紧急避险设施等待救援。第三，避灾便捷。为保证灾害发生时作业人员能快速进入避难场所，避难路线设置要捷近，矿工要熟知避难场所位置分布，在井下采区、大巷和交叉点位置应当详细的标出避难硐室（救生舱）的位置及距离，有助于矿井井下工人灾害发生后尽快逃生。

1.3 避难硐室的选址

以避难硐室的布置原则为依据，分析梗煤矿地质及开采特征，根据5号煤采掘平面布置图，井筒位于井田中央，矿井分南、北两翼开采，井底车场附近人员较集中，设计在井底车场建设一座永久避难硐室。采用地面钻孔供氧方式，为北翼采区的作业人员及其他作业人员提供避难场所。

根据矿井的开采设计，首采采区为5号煤二采区，服务年限为16.4 a，井底车场距二采区最远工作面距离约2 000 m，矿井后期开采二采区时，需另建临时避难硐室，灾害发生后，井下人员可迅速在1 000 m范围内进入避难硐室。在井底车场等候硐室附近建设一座永久避难硐室，此处位于井底车场附近，人员较集中，且可以兼顾矿井前期开采阶段人员的避险需求。避难硐室布置位置示意图，见图1。

图1 井底车场永久避难硐室位置图

2 避难硐室的构建

2.1 避难硐室规模

避难硐室主要为所属区域的采掘工人、瓦斯巡回检查、附近零散作业、安装回撤队组、辅助运输队组等人员提供避险场所。根据该矿井的实际生产情况，最多时上述各工种人数总和不超过81人，根据安监总煤装〔2011〕15号文《暂行规定》，当服务范围内所需工作人员达到满额时的人数即为硐室额定人数，并考虑不低于1.2的备用系数。设计永久避难硐室额定避险人数为100人。

2.2 避难硐室整体尺寸

两侧防护距离5 m，以硐室两侧端点作为测量起点。避难硐室尺寸设计长61 m、宽3.5 m、高3.15 m，硐室面积192.5 m2。两个过渡室长度均为7.2 m，面积为25.2 m2，生存室长度41 m，面积 143.5 m2，有效使用面积115 m2，人均占用1.15 m2，满足规范要求。

永久避难硐室有效长度61 m。其中过渡硐室两个，净长为7.2 m，净宽3.5 m，净高3.15 m；半圆拱形生存室一个，净长41 m，净宽3.5 m，净高3.15 m。

2.3 硐室结构设计

永久避难硐室由过渡硐室、生存室、卫生室和机电硐室组成。依据梗阳矿井采掘现状及发展趋势，硐室结构设置为两个入口，分别经过渡室后，进入生存室。避难硐室的尺寸满足以下要求：过渡室的净面积不小于3.0 m2，生存室净高不低于2.0 m，生存室人均使用面积不低于1.0 m2。

避难硐室的出入口均有两层防护门，分为外层和内层，外层防护门上安装观察窗口。两层门均是密闭结构，所不同的是与矿井外侧连接的第一层门需保证可承受一定的冲击压力。第一层门的抗冲击压力值不低于0.3 MPa，两层门均采用密闭结构，需保证足够的气密性，并可隔绝有毒有害气体，且要求灵活开闭。为了保证足够的气密性，安装防护密闭门的墙体浇筑材料强度需采用C30混凝土，并于门墙周边开挖深度300 mm的沟槽与岩（煤）体接实。墙体内部至少设置一个单向排水管道和两个单向排气管道，管道必须安装手动阀门。硐室平面布置示意图，见图2。

2.4 支护设计

图2 硐室平面布置图

根据地质报告，该处区域不属于地质构造带、高温带、应力异常区以及透水危险区。硐室前后20 m范围内巷道均采用钢筋混凝土砌碹支护，且顶板完整、支护完好，符合安全出口的要求。首先避难硐室内部首次支护采用锚网喷，二次支护使用钢筋混凝土对其砌碹加固，最后在两层支护之间充填瑞米1号，以保证硐室密闭和缓冲效果。

3 避难硐室系统组成

3.1 地面钻孔系统

地质条件等因素适宜钻孔的矿井，可直接由地面打孔径大于等于200 mm的输送管道，为避难硐室提供救援物质和设施保证硐室安全。根据梗阳矿实际条件，可采用钻孔供养方式，钻孔内部布置示意图，见图3。

图3 地面钻孔截面示意图

由于避难硐室的生存室应具有较高的气密性要求，因此将地面钻孔设置在过渡硐室内的小硐室中，同时还应考虑钻孔地面的情况，结合井上下，选择合理的钻孔位置。设置地面钻孔后，压风管路、动力电缆、通信电缆以及食物均可通过钻孔，从地面直达避难硐室内部。

地面钻孔布置。根据国内一些矿井的经验，本矿钻孔孔深为400 m，0～100 m孔径为310 mm，安装DN275 mm壁厚10 mm的无缝钢管，100～400 m孔径为255 mm，安装DN225 mm壁厚10 mm的无缝钢管，管路装好后，应在在钻孔与管壁周围注入水泥浆支护，凝固72 h。

3.2 避难硐室供氧系统（空气和氧气供给保障系统）

1）压风供氧系统。压风供氧系统的设计需将紧急避险硐室和压风自救系统连接在一起，保证在灾害发生后压风供氧系统可向硐室内的矿工连续供应呼吸所需氧气。其次压风供氧设备压入的气流还可驱动硐室内气动装置，达到排出紧急避险场所内有毒有害气体的效果。

根据煤矿的地质状况、硐室选址位置和矿井采掘现状及趋势，压风供氧管路与硐室的连通方式通常为单侧或两侧连接，输送管道在进入避难硐室前20 m内需进行预埋处理，将其送至硐室后再由两个管道输出，对其中一条管路进行减压处理，最终压力输出值为0.3～0.6 MPa通向过渡室驱动气幕洗气系统，采用球阀开关控制，当气流输出压力值达到额定值时将其打开进行喷淋；如压力值不满足要求，须使用备用压缩空气瓶进行喷淋。输入的另一条压风供氧管路通向生存室，经总控制球阀后，依据过滤器、流量计等气动配件的流量可将管路再分为二至四条供风管路，各管路需经减压器调压至0.1～0.3 MPa，并进行过滤处理，在出气口设置消音器，降低出气噪声，最终输出的气体一部分平均分布生存室各处，且以2.5L/人/min的流量供应硐室人员呼吸所需，引入生存室另外的气体通向气动设备供气口驱动气动装置排出毒害气体。

2）自备供氧系统。自备供氧系统可分为两类，一类采用压缩空气，另一类则是压缩氧气。压缩空气的输出过程为，首先输出气体经减压结构使气体压力降为0.3 MPa，输送至空气汇流装置，汇流后的空气通向生存室驱动气动设备，经气动设备输出的气体供应硐室避险人员呼吸所用。采用压缩氧气进行供养时，氧气输出流量需大于等于0.5L/人/min。