煤矿井下避难硐室设计与应用.pdf

第 1 6卷 第 4期 总第 1 0 1期 2 0 1 1年 8月 煤 矿 开 采 Co a l mi n i n g Te c h no l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 4 S e r i e s N o ． 1 0 1 Au g us t 2 01 1 ■嗣 蜀圈 煤矿 井 下避难硐 室设计 与应 用 王涛 ，赵毅鑫 一 ，姜耀 东 一 ，宋宜猛 1 ．中 国矿业大学 北京 力学 与建 筑工程学 院 ，北京 1 0 0 0 8 3 ；2 ．煤炭资源与安全开采 国家重点实验室 ，北京 1 0 0 0 8 3 ； 3 中国矿业大学 北京 资源与安全 工程学 院 ，北 京 1 0 0 0 8 3；4 ．北京 中税天 网科技有限公 司，北京 1 0 0 0 2 7 [ 摘 要] 为了促进我国煤矿企业的避难硐室建设，以避难硐室在某矿的具体应用为例，介绍 了避难硐室结构构成、功能需求和配套设施，重点阐述了硐室建设的基本要求、支护措施和其他生命 维持系统 ，对于煤矿企 业的避 难硐 室建设具有借鉴意义 。 [ 关键词 ] 煤矿 ；避难 硐室；紧急避险 【 中图分类号]T D 2 1 4 【 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 4 0 3 3 - 0 4 De s i g n a n d App l i c a t i o n o f Un de r g r o u nd Re f ug e Ca v e i n M i ne W ANG Ta o ，ZHAO Yi ． x i n ’ 一 ，J I ANG Ya o ． d o n g r，S ON G Yi ． me n g ’ 1 ． M e c h a n i c s＆A r c h i t e c t u r e S c h o o l ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g＆T e c h n o l o g y B e ij i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f C o a l R e s o u r c e＆S a f e Mi n i n g ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 3 ． R e s o u r c e s＆S af e t y S c h o o l ， C h i n a U n iv e r s i t y o f Mi n i n g＆T e c h n o l o gy B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 4 ． B e i j i n g Z h o n g s u i T i a n w a n g S c i e n c e＆T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ，B e i j i n g 1 0 0 0 2 7， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v i n g r e f u g e c a v e c o n s t r u c t i o n o f C h i n e s e r e f u g e c a v e ，t a k i n g a mi n e a s a n e x a mp l e ，t h i s p a p e r i n t r o d u c e d c o mp o ne nt s，f u nc t i o ns a nd e q ui pme n t s o f r e f ug e c av e ．I t e x p o un de d ma i n l y b a s i c r e qu i r e me nt o f c a v e c o n s t r u c t i o n，s u p po rti n g me t ho d a n d o t h e r l i f e ma i n t a i n i ng s y s t e m． I t mi g ht pr o v i d e r e f e r e nc e f o r c o a l mi ne s c o ns t ru c t i o n o f r e f u g e c a v e ． Ke y wor d sc o a ]mi n e； r e f ug e c a v e；e me r g e n t r e f ug e 事故应急救援和避险 ，国外一些采矿业发达的 国家如南非 、加拿大 、美国 、澳大利亚等学者已经 开展了大量的研究工作 ，并有 了多次成功营救的经 验 和例子 。 从预防事故发生的角度去减少煤矿事故 固然是 最积极的减灾手段 ，但煤矿生产过程存在太多不确 定性 因素 ，完全杜绝 事故的发生 是不现实 的。因 此 ，从事故发生后的逃生需求出发 ，在井下建立与 灾难隔绝的避灾硐室和救生舱 ，为受灾人群提供暂 时 、及时的安全场所是减少伤亡和降低损失的另一 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。避难硐室中有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 。 。随着我国安全 生产相关政策法规的完善 ，井下避难硐室的相关研 究和实践工作也逐步展开 。 1矿井概 况 陕西省某 地方煤矿 为年产 3 ． 0 Mt 的现代化 矿 井 ，1 9 9 7年 1 0月建成投产 ，采用走 向长壁综合机 械化放顶煤开采。开拓方式为斜井单水平上下山开 拓 ，通过 2个风井采用 中央分区抽 出式通风。防灭 火主要采用黄泥灌浆和注氮措施 ，防尘系统采用地 面静压水 ，在主 、副斜井及各胶带运输巷 、轨道运 输巷 、回风巷安装防尘喷雾水幕。井下有中央水泵 房和井底辅助水泵房各 1个 ，满足矿井排水要求。 2井下避 难 硐室设 计 2 ． 1 避 难硐 室设 计原 则 根据煤矿灾害事故 的特点 ，可移动式救生舱布 置在采煤工作面以及掘进工作面内，根据工作面人 数确定救生舱布置的数量 ，避难硐室为其他未能进 入可移动式救生舱的避灾人员提供避难空间，主要 布置在采区附近 ，其容纳人数根据其周围人员的分 布情况确定。 救生 舱和 避难 硐室 的位置确 定 ，主要 考虑避 难 空间及其保护 的人员可能面临的事故 、矿工工作地 点与避难空间的距离、压风 、供 电、供水等系统与 避难空间的连接和矿井发生事故时避难空间邻近区 域 的状况 。 [ 收稿 日期]2 0 1 1 0 4 2 1 [ 基金项 目] 国家重点基础研究发展规划 9 7 3 项 目 2 0 1 0 C B 2 2 6 8 0 1 ；中央高校基本科研 业务费专项资金资助 [ 作者简介] 王涛 1 9 8 3 一 ，男 ，河北定州人 ，博士研究生 ，从事煤矿安 全开采及矿 山压力控制等相关岩石力学问题的研究与实践。 3 3 总第 1 0 1期 煤矿 开采 2 0 1 1年第4期 为保持人员在最短的时间内进入避难空间，考 虑人员分布状况不同，依据以下原则进行避险 1 距离救生舱最近的人员 向移动救生舱 内 逃生 主要是工作面作业人员 。 2 距离 自供 氧式避难硐室最近 的人员向I 时避难硐室内逃 生 主要是巷道沿线及机头零 散 作业人员 。 3 距离地面钻孔避难硐 室最近的人员 向永 久避难硐室内逃生 主要是采区零散作业人员 。 4 距离井 筒最近的作业人员尽快升井 向地 面逃 生 。 2 ． 2永久避难硐 室设计 2 ． 2 ． 1 基本要 求 根据 煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行 规定 要求 ，永久避难硐室应布置在稳定 的岩层 中，避开地质构造带 、高温带、应力异常区以及透 水威胁 区，确保在服务期 问不受 采动影响。前后 2 0 m范围内巷道应采用不燃性材料支护，且顶板完 整、支护完好 ，符合安全出口的要求 。特殊情况下 布置在煤层 中时 ，应有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集 聚、煤层 自燃的措施。 井底车场避难硐室应 由过渡室和生存室等构 成 ，采用 向外开启的两道隔离门结构。两道隔离门 之间为过渡室 ，第 2道隔离门以内为生存室。考虑 到避难人数较多 ，暂定过渡室净面积为 5 ． O m 。 ，内 设压缩空气幕和压气喷淋装置 。第 1道隔离 门设观 察窗 ，靠近底板设单向排水管和单向排气管 。 硐室地面高于巷道底板 0 ． 2 m，生存室净高定 为 2 ． O m，长度 、宽度根据施工时具体的位置确定 ， 但要求生存室的净面积不小于8 0 m 。设置不少于 2 趟的单向排水管和单 向排气管。 根据矿井 的生产实际 ，设置 2个 永久避难硐 室 ，1号永久避难硐室修建在西轨道大巷 、4 4 0 4回 风下山和西胶带大巷所 围成的区域 内；2号永久避 难硐室建设在配风巷和 5 2 5胶带大巷围成的靠近一 采区胶带下山端的区域 ，永久避难硐室的具体位置 如 图 1中阴影部分 标注 。 3 4 图 1 永久避难硐 室位置 2 ． 2 ． 2支 护 方 式 避难硐室截面形状设计为直墙圆拱形 ，根据截 面形状和以往支护经验 ，避难硐室由岩体向避难硐 室内部支护方式分别为锚杆、锚 网和锚索联合支护 方式 ；支护材料 应阻燃 、抗静 电、耐 高温、耐腐 蚀，顶板和墙壁的颜色宜为浅色。混凝土砌碹或钢 筋混凝土支护时，混凝土强度不低于 C 3 0 。钢筋采 用 3号、4号钢和 l 6号锰钢 ，主钢筋 4 1 21 8 m m。 间距 0 ． 2～ 0 ． 3 m，副钢筋 8～1 2 ra m，间距 0 ． 2 0 ． 2 4 m。立架钢 筋 q b l 5～8 mm，间距 0 ． 0 4 m左 右。 具体支护层分布如图 2所示。 图 2水久避难硐 室断面与支护层分布 隔离门、墙应按不低于井下水泵房密闭门的标 准建造 ，密封 可靠 ，开闭灵活。隔离 门墙周 边掏 槽 ，深度不小于 0 ． 2 m，墙体用强度不低于 C 3 0的 混凝土浇筑 ，并与岩体接实 ，保证足够的气密性。 2 ． 2 ． 3避难硐 室 系统组成 为了保证避难硐室内人员的生存和设备的正常 运行 ，共设置 了 7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 、监测监控系统及附属系统。 1 防火防爆 系统避难硐 室的防火防爆系 统包括防火防爆密闭门和防火 防爆密闭墙 ，分别设 置在避难硐室的两侧 ，要求该系统能够抵抗高温， 抗冲击波 1 ． 5～ 2 M P a 。要求防爆密闭门的开启应遵 循灵活、快捷、手动、密闭性 良好等原则。 2 密闭缓 冲 系统避难硐室 内的密闭缓 冲 系统包括外层防爆密闭门、墙 ；缓冲空间内的二道 密闭门；避难硐室四周的密闭缓冲层。该系统能够 防止毒害气体的渗入 ，缓解矿压和周围采动对硐室 整体结构和支护的破坏。 3 气幕隔绝 系统 外层 防护门入 口处上方 设置的气幕系统能够有效防止毒害气体伴随避难人 员的进入而污染避难硐室内部的空气 。 4 供氧 系统 按照 煤矿井下紧急避险系 统建设管理暂行规定 要求 ，有条件的矿井 在建 设永久避难硐室宜布置直达地表的大直径钻孑 L ，钻 王 涛等 煤 矿井下避难硐 室设 计与应用 2 0 1 1年第 4期 孔直径不小于 0 ． 1 5 m；钻孔地表出口应有必要 的保 护装置并储备 自带动力压风机 ，数量不少于 2台。 避难硐室采用 “ 多级供 氧” 方式 ，保 证硐室 内部 的氧气需求。包括地面钻孔压风供氧、井下压风供 氧和生 氧净 化 器 供 氧 ，压风 供 风 量 不低 于 每 人 0 ． 3 m ／ mi n ，自备氧供氧量不低于 6 1 0 m ／ ra i n 。 通过贯穿避难硐室和地面的钻孔 ，引入地面压 风管路，与硐室内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 ；引人流食管路 、通 讯管路和电缆 ，实现能量 、通讯 、电力的供给。 5 通信 系统保证 硐室 内至少 2种有线和 无线 的通讯方式。灾害发生时 ，利用现有 的电话 、 广播并结合灾害报警系统 ，及时汇报避难硐室 内的 人员情况 ，听从指挥 ，等待救援的到来 。 6 监测监控 系统 避难硐室 内多合一监测 监控设 备 能 够 同时 监 测硐 室 内部 及外 部 的 C O， C O ，0 ，C H ，H S以及温度和湿度的含量变化 ， 并在以上环境参数超限时发出警报功能 ，提醒硐室 内的人员采取相应的措施保证环境 的稳定。 7 附属 系统 附属 系统能够保 证救援人员 到来之前 ，维持硐室 内避难人员 的基本生活需求 ， 包括照明系统 、水、食物 、卫生设备 、标志标识 、 急救箱 、灭火器和 自救器等。 照明系统 硐室内主要采用照 明矿灯为避难人 员提供照明。 水 供水量为每人 1 ． 5 1 0 ～ m ／ d 。 食物 人 均 5 0 0 0 k J ，配备 压缩 饼 干 ，每 人每 天 2块 。 卫生设备 备有机械打包式马桶 ，可对人体排 泄物打包密封 。 标志标识 硐室内部设有清晰可见的标志 ，各 设备张贴使用说明，并张贴避难硐室操作规程和应 急响应流程 ，指导避难人员进行 自救。 急救箱配有体温计、包扎带、止痛药等，可 对伤员进行简单的救护 。 自救器 采用 隔绝 式 自救 器 ，额定 防护 时间 4 5 ra i n ，便于紧急情况下转移 。 2 ． 3移动救生舱 工作面现场及沿途的避险设施采用移动式救生 舱 。救 生舱 避 灾人 员逃 生 的最大 距离 要基 于 人员 在 合理的状态下 ，采用合理的装备 以合适的行走方式 在 自救器持续时问限度 内行走的距离 。 救生舱的数量取 决于所 部署区域 内的作业人 数。救生舱的总容量必须能够容纳该 区域所有作业 人员 ，并且 留有 5 ％的安全系数 ，供特殊情况下可 能出现 的本 区域 超额 人员 避难 。 救生舱应停放在巷道两帮开凿 的专用停放硐室 内，避免直接布 置在巷道 内而影 响正常通风 、运 输 、行人 ，减弱爆炸和透水形成的冲击波。 根据井下巷道类型 ，制定移动救生舱的运输方 式和最佳布置地点如下 1 根据工作面的现场情况选取距 4 4 0 4工作 面 5 0 0 6 0 0 m范 围内的运输巷 内顶板 完好 上帮或 下帮开凿停放硐室 ，救生舱的顶底部分别加 固。由 于该工作面人员的最多人数能达到 7 0人 ，在此位 置布置安放 1台可容纳 3 6人的充气式救生舱 。 2 在 4 4 0 4工作面 的回风巷 内对称位置布置 1台可容纳 3 6人的充气式救生舱。 3 由于 4 4 0 4工作 面走 向长度较长 ，同时兼 顾 4 4 0 4工作 面上 部后 期 的掘进 巷 道 的计划 ，在 4 4 0 4工作面和 4 4 0 4轨道下 山交岔处布置 1台可容 纳 3 6人的充气式救生舱 。 4 考虑 4 4 0 4采 区的工人 回撤 时安 全距 离 ， 在 4 4 0 4轨道下山巷道 内距离 3号救生舱 5 0 0 m左右 的位置布置 1 台可容纳 1 6人 的充气式救生舱。 5 考虑到从 1号 永久避难硐室位置处 向井 口方 向上的可能出现的相关人员 ，在西轨道下山巷 道内，即 1号联络巷附近布置 1台可容纳 1 0人 的 充气式救生舱 。 6 考虑到一采 区胶带下 山到 2号避难硐室 的安全距离 ，在一采区轨道下山靠近 4号联络巷位 置开凿停放硐室设 置 1台服务人数 1 6人 的充气式 救生舱。 7 在二水平轨道 大巷 靠近一水 平轨道下山 处布置 1台充气式救生舱 ，该处充气式救生舱的服 务人数为 l 6人。 8 在运输巷 的掘进 巷和二水平轨道大巷交 岔处设置 1台可容纳 3 6人的充气救生舱 ，服务于 2 8 0 9掘进巷附近的人员。 9 在运输巷和二水平轨道 大巷交岔处开凿 停放硐室 ，布置 1台可容纳 3 6人的充气式救生舱 ， 主要为 2 8 0 8工作面工人服务。 综合起来 ，在井下采煤工作面、煤巷掘进工作 面及岩巷掘进工作面共设置 9个移动式救生舱 ，其 中 5台 3 6人 可 充 气 式 救 生 舱 、4台 1 6人 充气 舱 。 救 生舱 在 采掘平 面 图上 位置 如 图 3所示 。 3 救 灾应 急预 案 与避灾 路 线 救灾应急预案可以保证事故应急响应及时和抢 救工作迅速有效 ，减少和降低事故发生时所造成的 3 5 总第 1 0 1期 煤矿开 采 2 0 1 1年第4期 图 3 井1 、 移动式救 生舱布置位置 人身伤害和财产损失。当事故发生后 ，由领导小组 根据事故性质，共同制定抢险救灾应急方案 ，统一 组织指挥事故应急抢险工作。指挥部负责上传下达 事故应急抢险领导小组的指示 ，统一调度指挥抢险 救灾工作 。 事故发生初期 ，矿工需及时采取措施 ，积极 自 救 ；当灾害发展迅猛 ，无法开展现场抢救时，现场 人员应有组织的撤离灾区。以工作面灾害为例 ，井 下具体的避灾路线如图4所示。 图4 避 灾路 线示意 一 旦井下发生火灾，原则上要求工人沿着工作 面逆风流方向避灾 ，防止火灾产生的有毒有害气体 的危害。如果井下出现透水等水灾 ，在水量不是很 大的情况下 ，井下工人应尽量想办法往井 口方向逃 生或往位置比较高的地方去。非紧急情况下 ，遇水 灾尽量不使用救生舱避险。工作面附近如遇瓦斯爆 炸事故，首先应 向巷道边缘靠拢，减少或避开爆炸 上接 8 3页 型的出现预留了伸缩空间，同时这种溜槽装车速度 快 ，可满足胶带运力 6 k t ／ h的装车要求 ，简化工作 流程 ，避免了人工操作过程中不必要的误操作 ，提 高工作效率 ，真正实现了安全 、高效 的装车作业 ， 适应了矿用设备的全 自动化生产 。 [ 参考文献] [ 1 ] 张广军 ，席启明 ，张新 ，等 ．煤 矿铁路 运输快速定 量装车 系统关键技 术[ A] ．煤 科 总 院 5 O周 年 院庆 科 技 论 文 集 [ C ]． 北京 煤炭工业 出版社 ，2 0 0 7 ． [ 2 ]张新 ．快速定量装车站钢结构优化设 计研究[ J ]．煤炭工 3 6 冲击波的伤害 ，然后沿进风方向逃生或进入邻近的 救生舱避险。若逃生路线受阻，则应立即进入邻近 的救生舱避难。 4 结束语 煤矿企业的安全生产是关系民生的重大问题， 对于煤矿系统 的安全生产 ，一方面可以通过事前的 隐患排查等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 井下避难硐室对于降低灾害事故损失，减小人员伤 亡具有重要作用。避难硐室在国外应用较为普遍 ， 实践也证明这是一种行之有效的避险减灾手段。相 比国外 ，我国的避难硐室研究与应用还处于起步阶 段，随着煤矿企业安全意识的逐渐增强，和国家法 规政策的完善，紧急避险系统的相关研究会随之加 快，适合国内开采方式和生产条件的避难硐室及配 套设施会逐步成熟。 [ 参考文献 】 [ 1 ]赵利安 ，孟庆华 ．矿业 发达国家 安全硐 室的发展及 经验借鉴 [ J ]．矿业安全与环保，2 0 0 8，3 5 2 7 3 7 5 ． [ 2 ]隋鹏程 ．矿工 自救与避难硐室 [ J ]．现代职业安全[ J ]． 2 0 0 7，7 7 1 8 6 8 7 ． [ 3 ]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 ，2 0 0 82 8 8 8 9 ． [ 4 ]张大明 ，马云东 ，丁延龙 ．矿井避难硐 室研究与设 计 [ J ]． 中国安全生产科学技术 ，2 0 0 9，5 3 1 9 4 -1 9 8 ． [ 5 ]周心权，吴兵．矿井火灾救灾理论与实践 [ M]． 北京煤 炭工业出版社 ，1 9 9 67 6 7 7 ． [ 6 ]王克全 ，赵善扬 ，余 秀清 ，等 ．煤矿井下避 难所研 制 [ J ] 采矿技术， 2 0 1 0 S 1 1 3 5 1 3 7 ． [ 责任编辑邹正立】 程 ，2 0 0 8 4 ． [ 3 ]蒋伟 ． K S S快 速定量装 车站在顾 桥矿选煤 厂 的应 用 [ J ]． 煤炭加工与综合利用 ，2 0 0 5 5 ． [ 4 ]鹿志坚，肖玉珍 ．储煤场人储伸缩溜槽 【 J ]．煤矿设计， 1 9 9 4 8 ． [ 5]聂其英 ．外螺旋溜槽块煤防破碎技术 在古汉山矿的应用 [ J ]． 选煤技术 ，2 0 0 6 3 ． [ 6 ] 张新 ．双定量仓快速定量装车站设计 研究 [ J ]．煤炭科学 技术 ，2 0 0 8 3 ． [ 7 ]薛俊荣 ，白云峰，张广军 ．新型快 速定量装 车模式 在神东矿 区的应用 [ J ]．煤炭科学技术 ，2 0 0 4 8 ． [ 8 ]王学诚 ，张健 ．定量漏斗仓装煤站站场 布置方式初探[ J ]． 铁道运输与经济 ，2 0 0 3 I 1 ． 【 责任编辑 王兴 库]