关于井筒梯子间的缺陷分析与改进

李申申

（兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁 272072）

0 引言

随着国家“人民至上、生命至上”的安全理念不断深入人心，尤其是近年来冲击地压事故、矿山井筒火灾事故对人民安全生产造成巨大的损失。近年来对于矿井事故预防救援工作的不断高度重视，对矿山，尤其是煤矿的安全应急救援设备设施的建设、检查要求更加严格。

煤矿立井井筒是井下到达地面的安全出口，是矿井地面与井下连接的咽喉部位。井筒装备担负着矿井提升的功能，井筒内布置梯子间作为应急逃生安全通道，可以保证矿井提升机无法运行时，井下人员升井逃生。一般梯子间主要设置在副井与风井。为检修需要，主井井筒中人员依靠提升容器无法运行到达井筒段也会设置部分梯子间。井筒梯子间为井下人员升井提供最后一道保障，但另一方面由于井筒梯子间使用的局限性也使其存在许多明显的缺陷。

1 井筒梯子间简介

最新《煤矿安全规程》与GB 50384—2016《煤矿立井井筒及硐室设计规范》明确规定：作为矿井安全出口的立井井筒，必须设置梯子间。梯子间主要包括梯子、平台板、栅栏、大小梁、托架等构件。梯子间宜采用玻璃钢材料或玻璃钢—钢复合材料制作，对玻璃钢材质不需采取防腐、防锈措施，可以降低后期维护工作量。

一般井筒梯子间布置为顺向或折返形式，顺向形式适用于空间较为狭窄的井筒梯子间。折返式适用于空间较为充裕的梯子间，可以减少人员在梯子间行走强度，降低梯子长时间攀爬的疲劳感，同时折返行进也缓解长时攀爬的单调感。

2 井筒梯子间存在的缺陷

梯子间只有在全矿两供电回路全部停电，副井提升机、主井提升机全部失效且无法在短时间内恢复运行，或其他极端事故情况下，作为井下人员逃生的通道使用。一般在发生事故后，应首选恢复矿井供电或者提升机运行。但井筒梯子间以其固定性、可靠性，依然是目前井下与地面之间连通的最后一道保障。目前井筒梯子间的设计与使用也存在较多缺陷。

2.1 玻璃钢材料特点

井筒梯子间一般采用玻璃钢材料建造。玻璃钢材料密度小但是具有较高的强度，并且有较高的耐腐蚀性，对水、碱及酸有一定的抵抗力，所以使用寿命较长。玻璃钢可以做成阻燃材料用于梯子间的建造，符合煤矿阻燃的使用要求。但是玻璃钢材料也存在较为明显的缺点，玻璃钢材料的弹性模量较低，施工及使用容易出现变形、开裂的情况，材料出现老化现象也比较严重。

2.2 逃生人员攀爬井筒梯子间耗费体力强度大

虽然《煤矿安全规程》对梯子间做出了“立井梯子间中的梯子角度不得大于80°，相邻2 个平台的垂直距离不得大于8 m”的规定，但是受井筒空间限制，一般梯子间梯子较陡，攀爬较为困难，尤其对于井筒较深的矿井，选择通过梯子间作为逃生通道耗时较长，需要付出巨大的体力，易造成井下逃生人员因体力不支受困于梯子间内。经实测，以井筒深度为600 m 为例，在人员体力充沛的情况下需要攀爬2.5～3.5 h。长时间的攀爬对逃生者也会造成较大的思想压力，容易产生未知的恐惧与倦意。

2.3 逃生人员攀爬井筒梯子间安全隐患大

《煤矿立井井筒及硐室设计规范》规定：梯子孔左右宽度不应小于600 mm，前后长度不应小于700 mm。煤矿立井井筒一般造价较高，尤其是在考虑开凿矿建的成本，会尽量减少井筒开凿的直径，减少土建工程量，实现经济效益。在满足基本要求的条件下，井筒装备大都布置比较紧凑。由于井筒梯子间空间狭小，人员攀爬中易磕碰受伤，且梯子间使用玻璃钢材料老化变形易对人员造成皮肉伤害。若井下较多被困人员共同攀爬梯子间会存在垂直上下井筒坠物伤人等较大的安全隐患。

2.4 封闭的梯子间不利于人员脱离

为保证梯子间的安全性，大部分梯子间使用栅栏与平台板设计成封闭空间，人员只有从井筒上下两端梯子间出入口脱离，无法从其他位置出入。由于通过井筒梯子间逃生耗时较长，一旦人员在梯子间逃生期间内矿井提升机恢复运行，使用提升机到达逃生人员位置，须拆除梯子间栅栏营救被困人员，降低营救工作风险。结合煤矿发生过的矿井透水、淹井重大事故实例，若人员被困于梯子间内无法逃脱，会加重事故造成的人员伤亡。

2.5 梯子间休息点设置未有具体规范

《煤矿立井井筒及硐室设计规范》规定：冻结凿井法或钻井凿井法施工段超过300 m 宜加大梯子间平台面积或适当设置休息平台；进入到普通凿井法施工段，宜每隔200 m 设置一个休息点。该规定指出休息点的设置距离，但未对休息点设置情况进行具体规范，导致休息点指示性与救助性不高。

2.6 其他缺陷

井筒梯子间除了在逃生功能中存在一些缺陷，梯子间在井筒的设置还存在一些其他缺陷。

2.6.1 不利于井壁检查维护

井筒梯子间占据井筒空间大，覆盖大面积井壁，且成封闭状，不利于检修人员乘坐提升容器对梯子间与井壁进行检查。井壁受地层变动可能出现井壁破碎、出水等问题，若井壁损坏部位位于梯子间里侧，会加大井壁治理难度。

2.6.2 梯子间内特殊作业存在安全隐患

由于矿井开展梯子间内检查、清理与演练等工作需要在梯子间内部进行，若在梯子间内部作业人员出现应急情况亦无法进行及时救助。

3 改进办法

3.1 优化设计

在进行煤矿立井井筒装备设计时，为降低人员在梯子间行走强度，缓解长时攀爬的单调感，宜选用折返式梯子间。在设置梯子间休息点时可以参照避难硐室进行布置，存放必要的物资，使梯子间休息点的设置具备指示性与救助性。

3.2 设置合理的安全出入口

由于全段封闭的梯子间不利于应急情况下人员快速脱离。为提高井筒紧急救援的效率，实现紧急情况下人员快速安全地从梯子间进入罐笼的目的，可以在梯子间正面栅栏底部设置一扇门栏，为保证逃生者的安全性与提升容器运行的安全性，门栏只能向内或向上拉开，且门栏必须采取可靠的防坠保险措施。门栏尺寸大小合理，可容人进出。同时考虑逃生者体能与攀爬速度情况，门栏宜每隔20～40 m 设置一扇。门栏设置在梯子间的低处且只能向内或向一侧拉开可以保证梯子间的封闭性，为节省空间，梯子间活动门宜设计成为推拉式，但不得超过梯子间的外形尺寸，避免造成提升事故。梯子间活动门平时处于关闭状态，可以消除人员出现意外坠落伤害的风险。

设置门栏的梯子间（图1），既可以保证梯子间内的人员可以在提升机恢复正常运行时得到及时救援，发生特殊事故时人员能从梯子间内脱离，也有利于梯子间检查、清理与演练等工作的方便开展。

图1 梯子间门栏

3.3 完善保障提升机可靠性的防范措施

新建矿井可以设置在应急情况下使用大功率燃油发电机进行提升罐笼。为满足设备用电的可靠性，当市政电网无法提供两路独立电源供电时，通常都普遍使用燃油发电机组作为备用电源。尤其是在煤矿系统中，大功率燃油发电机组进行备用供电是在电网无法供电或者无法快速供电时的最佳选择，大功率燃油发电机组发电接入提升机机组供电可以快速恢复提升救援。

3.3.1 燃油发电机的优点

（1）功率大、电压稳定、燃油经济、热效高，工况变化时，燃油消耗率曲线变化比较平坦，低负荷下也经济实用。

（2）工作可靠、耐久且因为没有点火系统，故障率低。

（3）应急情况下响应速度快。

（4）使用范围广且有害排放物较低。

（5）燃油发电机组一般又分为柴油发电机组和汽油发电机组。相比之下，汽油发电机虽然体积较小，容易携带，但是功率较小，电压不稳定，且油耗较高，比较适合家庭用电，较小规模用电等一般用电要求的场所。柴油发电机组防火安全性好，非常适合应用于矿山、医院等高用电要求的场所。

3.3.2 柴油发电机的原理

柴油发电机组是一种发电设备，以柴油为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的机电一体化设备。将热能（柴油燃烧）转化为机械能（发电逆旋转），最终转化为电能（交流发电机切割磁场），燃料是其原料，电能是其产品。

柴油发电机的基本结构是由柴油机和发电机组成，柴油机作动力带动发电机发电。它由气缸、活塞、气缸盖、进气门、排气门、活塞销、连杆、曲轴、轴承和飞轮等构件构成。柴油机一般为单缸或多缸四行程柴油机。

案例使用的为固定式柴油发电机组，配置2 台1400 kW 集装箱式应急发电机组（图2）、1 套集装箱式逆功率吸收装置和1套高压柜等。经实际考研，满足应急情况下使用安全性，矿井双回路失电，柴油发电机组可以保障主通风机、副井提升机等关键设备运行，保证井下被困人员快速升井逃生。故为保障提升机运行的可靠性，大功率柴油发电机组是一个很好的选择。

图2 集装箱式应急发动机

3.3.3 矿山柴油发电机的使用与推广

与其他燃料类型相比，柴油发电机是用于采矿的更安全的选择，其发电质量的波动率较低，可以提供提升机所需的基本动力。柴油发电机可靠较高，大多数发电机可以连续运行数小时，并且可以在燃料耗尽时及时补加油。这意味着只要有运行的必须，柴油发电机组即可及时提供动力。当遇到供电线路停电，使用柴油发电机可以及时提供保安用电。

虽然柴油发电机作为应急备用电源工作可靠，但其需要用重卡运输到应急或急需供电的地方。一旦到达现场，柴油发电机也较容易的使用，减少宝贵时间的浪费。因此，柴油发电机是煤矿应急设备的重要组成部分。未来柴油发电机在采矿业、尤其是应急救援方面中会发挥着更巨大的作用，需要进一步进行推广应用。

4 结束语

相信未来随着科技进步，在国家“中国制造2025”战略的持续推进、矿井设备不断地高质量发展的形势下，提升机供电可靠性与运行维护人员业务素质正不断提升，提升机事故与故障率会逐渐降低。在提升机具备更高的可靠性的同时辅以合理的应急防范措施，双管齐下，矿井井筒有望在将来可具备只需在风井井筒中设置梯子间的条件。但目前井筒梯子间以其固定性、可靠性的特点，依然是相关规程、规范要求必须具备的一道保障，对梯子间的合理设计与使用可以保证事故救援与检修作业的安全性与高效性。