煤矿井 下避 难硐室应用探讨.pdf

1 8 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE TECHNOL OGY MAGAZI NE 2 0 1 0年第 2期 No ． 2 2 01 0 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 0 0 2 0 0 1 8 0 3 煤矿井 下避 难硐室应用探 讨 余学义， 王 丽， 陈强强， 刘名阳 西安科技大学 能源学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘 要 借鉴国外避难硐 室的应用经验， 探讨建立井下避难硐室的构建原则和基本要求； 结合 我国煤矿井下生产系统特点， 分析给出了井下避难硐室的整体布局设计方法， 为我国井下避难 硐室系统的设计和建设提供参考依据。 关键词 避难硐 室； 构建原则 ； 硐 室分布特点 中图分类号 T D 7 7 文献标志码 B Di s c u s s i on a nd a ppfi c a fio n o f u nd e r g r o u nd r e f ug e r o om i n c o a l mi ne Y U X u e y i WA N G L i C H E N Q i a n g - q i a n g L I U Mi n g - y a n g S c h o o l o f E n e r g y ， X i ’ a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 4 ， C h i n a Ab s t r a c t R e f e r r i n g f o r e i g n r e f u g e c h a mb e r a p p l i c a t i o n e x p e rie n c e ，t h e a r t i c l e d i s c u s s e s t h e p rin c i p l e s a n d b a s i c r e q u i r e me n t s f o r b u i l d i n g u n d e r g r o u n d r e f u g e c h a mb e r ； I n c o mb i n a t i o n o f t h e p r o d u c t i o n s y s t e m c h a r a c t e r i s t i c s o f C h i n a mi n e s ，i t g i v e s o u t t h e o v e r a l l d i s t r i b u t i o n ‘ r u n d e r g r o u n d r e f u g e c h a mb e r ，wh i c h p r o v i d e s r e f e r e n c e s f o r t h e d e s i g n a n d b u i l d i n g o f u n d e r g r o u n d r e f u g e c h a mb e r s y s t e m o f Ch i n a mi n e s 。 Ke y wo r d sr e f u g e c h a mb e r ；p rin c i pl e o f c o n s t r uc t i o n； c h a r a c t e ris t i c s o f c h a mb e r d i s t rib ut i o n 矿井灾害发生后可能危及井下一个区或整个矿 井 ， 因此当井下人员判断发生事故后 ， 应及时逃离危 险区。由于在矿井下特殊有限的空间内有些事故扩 3 ． 4求解结 果及后 期处 理 采用 A N S Y S默认的求解方法进行求解 ． 弯曲应 力云图如图 3所示 南结果可知 ． 斜齿轮的最大弯曲 应力 出现 在采 煤机 的 两个行走 轮有一 个悬 空 的情 况 下 ． 与销排接触的那 个7 虐轮的弯曲应力最大 ， 其轮 齿齿根处的应力值约为 1 0 0 0 MP a 。而所用材料 的 许用应力为 1 0 1 6 M P a 。 满足静强度要求。 4结 论 1 载荷作用线附近出现 了特别高的应力值 ， 这是 由于将载荷假设为集中线载荷所致 。 因此， 离载 荷施加位置较远位置的解才是准确的。 2 按两种方 向加额定载荷 ， 齿根危险截面的 位置几乎不变 ．并且齿根最大压应力几乎总是大于 或至少等于最大拉应力 额定载荷下摆线轮齿根最 大应力值变化范围基本在 6 0 0 9 0 0 MP a 。 散快、危险区域大导致井下逃生路线长或避灾路线 受阻 ． 实际上井下人员可能来不及出逃。 我国现有的 安全救生措施相对滞后 ．在接近矿难发生临界点的 3 当行走轮所受的载荷为其额定载荷的两倍 时 ， 对于摆线行走轮 ． 其所受的弯曲应力均超过 了所 用材料的许用应力 ． 甚至极限应力 ， 所 以应该极力避 免这种情况 但是由于采煤机的井下工作环境十分 恶劣． 故应多置一个牵引轮作为储备 ， 以避免因牵引 轮的轮齿折断而造成经济损失 。 参考文献 [ 1 ] 王庆五 ， 左畴 ， 胡仁喜 ， 等． A NS YS 1 0 ． 0机 械设计 高级应 用 实例[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 作者简介 姜 维胜 1 9 6 4 一 男 ， 安徽来安人 ， 1 9 8 5年毕业 于徐州煤炭干部学校机电工程专业 ． 淮北矿 业集 团海孜煤 电 公 司工 程 师 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 卜1 4 2 0 1 0年第 2期 余学义等 煤矿井下避难硐室应用探讨 l 9 救生设备设施处于空白状态 ．井下现有简单的躲避 硐室和避灾路线 ．已不能满足现代化矿井安全的需 求。 数据表明， 矿难带来的中毒 、 窒息、 溺水等构成了 矿 工 的 “ 头号 杀手 ” ． 遇 险矿 工 中约超 过 9 0 ％死 亡 时 间是在事故发生后关键的 1 h内⋯． 而我国井下正在 使用的救生设备最大供氧时间为 4 5 m i n ．要想在如 此短暂的生存时间内脱离危险是很困难的 处于煤 矿灾害中的井下工人只能在危险恶劣的环境中通过 自救等待地面救护 ． 因此 ， 如在矿井下分区设置可供 逃生者躲避灾难 、 赢得救援时间的一个安全空间， 将 可大大缩短逃生路线 ． 增加生存机会 ， 这种空间就是 井下 避难硐 室 井下避 难硐 室是 矿井 安全 救援 系统 的重要 组成 部分 ．在矿 井灾 害逃 生和救 援过 程 中具 有重要作用 目前在我 国矿井中尚未专 门设置避难 硐室． 但在国外使用 已较普遍。 1 避难硐室技术原则 矿 井灾 害发生 后 ． 避 难者 应戴 上 自救 器 ． 立 即找 到可长时间等待的避难硐室或进入安全区域 如可 视条 件好 且 自救器有 足够 时 间应立 即行 动到 达井底 车场或地面。 否则 。 选择较近的避难硐室等待外部救 援。 1 ． 1 避 难硐 室的位 置原 则 1 分区。 应按井底车场 、 大巷 、 采区、 回采巷道 设立 不 同种类避 难 的硐室 。 2 最近距离 。决定硐室离人员集 中点最近距 离的主要因素是 到达避难硐室通道条件和工人 自 救器的有效使用时间。 3 左手侧位置。避难硐室应设在工人逃出方 向 的左 手侧 1 ． 2避难 硐室 的构 建原 则 1 坚 固性。 采用坚 固的耐火材料 ， 以抵抗井下 煤尘瓦斯爆炸产生的巨大冲击波和高温破坏 2 尺寸。 根据服务区的最大可能人数来确定 ， 并 且至少 保证 每人 0 ． 6 mz 面 积 3 密闭。 保证处于正压状态 ， 以防止外界有毒 有害烟气溃入硐室内 4 门。 一般 硐 室应安 设 防爆 门 ， 有水 害 时加 防 隔水 门 1 ． 3 最低 维持 生命 系统 原则 1 呼吸供氧设备。 室内除足够的 自救器 最多 人数的 1 ． 5倍 外 ． 还应有至少一套其他备用呼吸装 备 。 2 饮用水 。2 4 h至少每人 2 L 。 3 食品。应备有供 5人以上 ， 可维持 1～2 d 的方便 、 易储存的压缩食品。 4 通信设备。至少有一套独立的通信系统。 2 井下避 难硐室建设的基本要求 2 ． 1 避 难硐 室在 围岩 的合理 位置 避难硐室的位置要远离存在各种潜在重大灾害 的地点 ． 如 应避免将避难硐室设在变电所 站 、 火 药库 、 燃油存贮设施或停车点。 永久的避难硐室必须 构建在围岩无裂隙、 顶板完整、 支护有力 的独头巷道 内 ， 且 要 避 开井 下 积水 区 ， 远 离各 种 地质 构 造 区 ， 防 止灾害产生的污染空气渗入硐室 内。 同时 。 要有足够 的非可燃物料保护厚度 。 2 ． 2避难硐 室 的强度 要 求 避难硐室要求附近的巷道顶板支护应有足够的 强度． 应达到永久支护的程度。 存料场、 车场、 废弃的 水泵房和风桥等都可改用 如避难硐室服务时间太 长 ． 必须定期进行维修。 可移动式避难仓要用不可燃 的高强度材料制作 ．国外的移动避难仓一般都是钢 结构 ． 用 5 m m厚的钢板制成 ． 可承受 0 ． 1 MP a的高 压 而永久性的避难硐室一般要求用壁厚 1 m的钢 筋混凝土构筑 2 ． 3 避 难硐 室的 密封 避难硐室 内比外界压力高 2 O 0～3 0 0 P a ．防止 工人进入时带进有毒有害气体 通用橡胶密封制品 如氯丁橡胶 、 天然橡胶 、 聚氨酯橡胶等均可用来密封 避 难硐 室 。 2 ． 4避难硐室 内部功能要求 避难硐室要有能独立运行的系统 应满足人基 本的生存条件如氧气 、淡水 、食物及通信等基本需 要 。 避难硐室内必须设置供氧再生空气设备 。 并进行 所需风量设计 常用的供氧装置有瓶装氧气与废气 再生装置 ．亦可放置足够的自救器或氧化盐氧烛化 学制氧 另外 ．应依据各个避难硐室的具体位置采取不 同的供氧措施。如避难硐室设置于矿井压风管路附 近或该路线上 ．可用通风管道或通风孔连接避难硐 室若避难硐室建立于开采上山的位置且距离地面 很近时．可用钻垂直地面的通风孔实现避难硐室安 全供氧 3井下避难硐室位置分析 3 ． 1 避 难硐 室距采 掘 工作 面的距 离 采区的避难硐室设在工作面附近 ．离工作面的 煤炭科技 2 0 1 0年第 2期 最大距离要基于人员在合理的状态下以本能的行走 方式 ． 在 自救 器有效 时 问内行 走 的距 离 。 一 般 地 ． 正 常人 步 行 速 度 为 4 k m ／ h ． 参 照 国外 安全系数取 0 ． 5 ． 自救器的使用时间一般为 4 0 ra i n ． 则 避难硐 室之 间 的距 离为 1 3 3 3 m 避 难硐 室距 工作 面的有效合理距离以 7 5 0～8 0 0 m为宜 3 ． 2 避 难硐 室 的分类及 在各 类巷 道的分 布特 点 3 ． 2 ． 1 避 难硐 室 的分类 避难硐室按其使用时间可分为永久和临时性两 类 目前国外普遍使用的井下避难硐室主要是具有 整体结构的避难仓。 避难仓有坚硬 的金属外壳 ， 一般 为箱体形状．断面可以是矩形或圆拱形等几何形状 见图 1 。 目前， 避难仓最大的容纳人数可以达到 5 0 人 ．永久避难硐室一般是依托井下原有的巷道和硐 室而建 ． 其外形与这些巷道和硐室类似。 避难硐室一 般通过 1 6 0～2 0 0 m m 的钻孑 L 与地面连通 ． 由此供给 压缩空气以维持生命 移动式避难硐室内新鲜空气 的供给有限制性 ． 在一定时间生命维持可以实现 ， 但 大 多数 移动 仓的救 援 时问 在 2 4 h以 内 ． 而 在特 殊情 况下 只有 8 h 图 1 移 动 式 避 难 仓 3 ． 2 ． 2 避难硐 室的分布 特点 井下避难系统是由一系列分布合理的多种避难 硐室相结合的有机整体 预案设计的避难硐室依存 于矿井 的各 种巷 道 中 ．且应设 在 采 区安 全 出 口的避 灾路线上 同一个矿井 由于井下工作人员分布密度 不 同 、 巷道 功能差 异及周 围环 境不 同 。 决 定 了避难硐 室的种类和分布状况也不相同 在采区平巷 、 距采掘工作地点较近的独头巷道 、 硐室或两道风门之间的巷道中一般设置I 临时性的避 难硐室 图 2中的 A、 B、 C处 临时避难硐室随着工 作面的推进 ， 不断拆迁 、 重建。当工作面搬迁到其他 区时 ． 避难硐室一般就要拆除， 用来建设其他的避难 硐室 因此 ． 此处一般选用可移动避难仓 ， 其底部都 安装有滑道 ．便于移动。有的避难仓为了能灵活移 动． 一般可在仓外部有水 、 空气和电力接头 ， 易于实 现拆卸 、移动和再连接 ，仓体一般用高强度钢材做 成 ， 可容纳 8～2 0人不等。 图 2避 难硐 室在 矿 井 系统 中 的 位置 示 意 主 运输 巷 、 回风巷 及 上 下 山 中设置 永久 性 避 难硐室 ， 且设在永久保护煤 岩 柱 中 图 2中的 D、 E、 F处 ， 以减少瓦斯爆炸的冲击波的损害。一般要 求不能建在进 回风巷的联络巷中 ．以此来减少风流 短路 临时砌筑的避难硐室的位置一般作为到达永 久避 难硐 室 的中转站 或者 紧急 救助 站 大型矿井 中 有必 要设 立 多个避 难硐 室 ．其 间 的距 离不 应大 于 1 ～ 1 ． 5 k m。避难硐室都应选择安设在煤 岩 柱中或 联络巷道或石门中 见 图 3 。 另外 。 进入避难硐室安 全区经过的巷道并不一定取直 ．可设置多种形式的 弯道 ， 以减少瓦斯煤尘 的冲击波危害。 煤柱 钢筋 混凝土墙 防爆门 煤柱 钢筋 混凝土墙 防爆门 a 煤 岩 桂 h 联 络 巷或石 门 图 3避 难 硐 室 有关避难硐室的构建和安全使用 ．目前在我国 还无 相关 的规范 或标 准可循 。 另 外 ， 有关 避难 硐室 的 使用培训 、检修维护及其成本预算也是不可忽略的 重要 部分 参考文献 [ 1 ] 钟翔． 提高矿井抗灾减灾能力 寻求“ 焦点一小时” 解决之道 [ N] ． 经理 日报 ， 2 0 0 7 0 9 2 0 B 0 2 ． 作 者简介 余 学义 1 9 5 5 一 ， 男， 陕西定边人 ， 西安科技 大学 能源 学院教 授 ． 博士生 导师． 波兰克拉科夫矿冶 大学博 士． 从事开采损害 与环境保护方面的研 究。 收 稿 日期 2 0 1 0 - 01 - 1 2