煤矿井下避难硐室的设计及位置优化的研究.pdf

分类号￡2 9 三三 U D C ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 工学硕士学位论文 密级公开 单位代码 1 0 0 7 6 煤矿井下避难硐室的设计 及位置优化的研究 作者姓名 指导教师 申请学位级别 学科专业 所在单位 授予学位单位 肖时景 王育德教授 工学硕士 结构工程 土木工程学院 河北工程大学 AD i s s e r t a t i o nS ub m i t t e dt o H e b e iU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n g F o rt h eA c a d e m i cD e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n g S t u d y o nD e s i g n a t i o no fR e f u g e C h a m b e r a n dL o c a t i o nO p t i m i z a t i o ni nt h e U n d e r g r o u n d C o a lM i n e C a n d i d a t e X i a oS h i j i n g S u p e r v i s o r P r o f ．W a n g Y u d e A c a d e m i cD e g r e eA p p l i e d f o r S p e c i a l t y C o l l e g e ／D e p a r t m e n t M a s t e ro fE n g i n e e r i n g S t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g C o l l e g eo f C i v i lE n g i n e e r i n g H e b e iU n i v e r s i t yo f E n g i n e e r i n g M a y ，2 0 1 2 独创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑兰堡墨猩盘堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名 胬目寺寻、 签字日期一／砗，月力∥自 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑墨堡墨猩盘堂有关保留、使用学位论文的 规定。特授权塑童垦王猩盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 爵闰寸最签字日期沙／ 笔上 月2 珀 导师签名 签字日期夕厂痹j 一月秀日 ’、 ，． j A b s t r a c t ～一一‘ A b s t r a e t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fa d v a n c e dm i n i n gt e c h n o l o g ya n dt h ee n l a r g e m e n to f m m m gs c a l eo fc o a l ，t h es a f e t yc o n t r o lo fc o a ls h o u l db ef u r t h e ri m p r o v e 、S Oi tm u s t i m p l e m e n tm e a s u r et ob u i l du n d e r g r o u n dc a v e r nr e f u g ef o rc o a lm i n i n ge n t e r p r i s e s ，t o e n s u r et h es a f em i n i n go fc o a lm i n i n g ．W h e nc o a lm i n ea c c i d e n th a p p e n s ．t ot h es t a 【f f d i dn o te s c a p ef r o mt h ed a n g e r o u sz o n e ，m i n er e f u g ec h a m b e rc a n p r o v i d eac l o s e da n d s a f es p a c ef o rt h e m ，a n dm a y i m p r o v et h ec h a n c eo fs u r v i v a l ，a n da l s om a ym a k eu p f o rt h el a c ko f t i m ef o r t h er e s c u ew o r k e r s ．M i n e r e f u g ec h a m b e rc a ne n h a n c et h ea b i l i t y o fs a f e t yp r o t e c t i o ni nc o a lm i n e ，a n de d u c et h el o s s e sw h i c hc a u s e db ya c c i d e n t ．a n d g i v et h es e c o n dl i f eo ft h eh e d g es t a f f ． T h i sp a p e ra n a l y z e st h a tt h el a c ko fd i s a s t e rr e c o v e rs y s t e mc o n s t r u c t i o ni n t h e C h i n ac o a lm i n ea n dc o a lm i n ea c c i d e n t sb r i n ga g r e a to fh a r mt op e o p l e ．i tr e f l e c t st h e u r g e n c ya n d 】m p o r t a n c eo ft h ec o n s t r u c t i o no fe m e r g e n c yf o rd i s a s t e rp r e v e n t i o ns y s t e m ； t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h ed e v e l o p m e n to ft h ec h a m b e ro ff o r e i g nd i s a s t e rp r e v e n t i o n a n dt h en E Wp r o v i s i o n so ft h eo u rc h a m b e r ，w ec a nk n o wt h ed e s i g eb a s i so fc a v e m a b o u tC h i n ac o a lm i n eu n d e r g r o u n dr e f u g e ；i ta n a l y z e st h a tt h eh i g ht e m p e r a t u r e ．h i g h p r e s s u r ea n dp m s o n o u sg a sh a v ei m p a c to nm i n er e f u g ec h a m b e ri nt h eg a se x p l o s i o n ． a n dt h et h e o r yo fG r e ys y s t e mt h e o r yt oo p t i m i z et h ec h a m b e r p o s i t i o n ， s oi tg i v e st h e b e s tp o s i t i o nt os e t ；A sQ i a n j i a y i n gm i n ea ne x a m p l e ，a c c o r d i n gt od e s i g n p r i n c i p l e sa n d m e t h o d so fm i n er e f u g ec h a m b e r ，t od e s i g nav a r i e t yo fm i n er e f u g ec h a m b e s ．T h e r e s e a r c ho n U n d e r g r o u n dr e f u g ec h a m b e rw h i c hp l a ya n i m p o r t a n tr o l e i nt h e d e v e l o p m e n to fb u i l d i n gt h ee m e r g e n c ys y s t e mt oC h i n a ’sc o a lm i n i n ge n t e r p r i s e s 。 K e y w o r d s R e f u g eC h a m b e r ； R e f u g eS y s t e m ； G r a yE v a l u a t i o n ； L o c a t i o no p t i m i z a t i o n 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯I I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．1 选题的背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘1 1 ．1 ．1 我国煤矿事故概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．2 国内煤矿安全状况的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 国内外矿井下避灾系统的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．1 国外矿井下避灾系统的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．2 我国避难硐室的研究发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 论文研究的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．3 ．1 论文研究的目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．3 ．2 论文研究的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 论文研究的内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 ．1 论文主要研究的内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 ．2 论文的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’10 第2 章并下紧急避险系统的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 矿井下“六大系统”的新规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 ．1 ．1 紧急避险系统的概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 ．1 ．2 紧急避险设施的基本功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．1 ．3 建设完善安全避险“六大系统”的目标要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．2 自救器的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一13 2 ．2 ．1 过滤式自救器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～13 2 ．2 ．2 生氧式自救器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一13 2 ．3 避难硐室的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 4 2 ．4 避难硐室的基本要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 5 2 ．4 ．1 避难硐室的强度要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 5 2 ．4 ．2 避难硐室的密封要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15 2 ．4 ．3 避难硐室的其它要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 2 ．5 避难硐室的设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 I l i 目录 2 ．5 ．1 避难硐室的设计依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．5 ．2 避难硐室的设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 第3 章硐室位置设计因素的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1 避难硐室的位置要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一18 3 ．2 瓦斯爆炸对避难硐室位置的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 8 3 ．2 ．1 煤层的瓦斯含量及涌出量的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 8 3 ．2 ．2 瓦斯爆炸的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 ．3 瓦斯爆炸对避难硐室位置影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．3 人员的行为对避难硐室位置影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 7 3 ．3 ．1 疏散时间的计算过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 7 3 ．3 ．2 逃生时间的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 8 第4 章灰色评价在硐室位置优化中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．1 灰色系统理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．1 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．1 ．2 灰评估基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．2 避难硐室位置的优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．2 ．1 评价指标体系的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3l 4 ．2 ．2 评价步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．3 实例评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 5 4 ．3 ．1 基本因素的设定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 6 4 ．3 ．2 求信息矩阵D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．3 ．3 确定灰类及计算灰色评价系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 7 4 ．3 ．4 计算权向量及权矩阵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 8 4 ．3 ．5 综合评价、综合评价值及排序的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 0 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 0 第5 章避难硐室的实例设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 煤矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 ．1 地理位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 ．2 矿井构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 ．3 煤层简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．2 避难硐室的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．2 ．1 避难硐室的位置设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 1 V 目录 5 ．2 ．2 避难硐室的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘5 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 9 作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 0 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 V 第1 章绪论 1 ．1 选题的背景 第1 章绪论 目前，我国能源主要以煤炭为主，煤炭总量达到5 ．5 7 万亿吨，而且煤炭也为 我们的经济建设和日常生活提供数百种原材料。据有关机构预测到2 0 2 0 年，煤 炭在全国能源消费结构中的比重占5 5 ％左右，消费总量将达到3 8 亿吨；到2 0 5 0 年， 煤炭消费比重仍占5 0 ％左右。因此，我国能源消耗中占主要地位仍是煤炭资源，需 求总量仍将保持增长。所以，煤炭资源对我国的经济发展和社会进步起着非常重 要的作用。 具2 0 0 9 年调查知，国内一次性能源消费结构中，煤炭、石油、天然气、非化 石能源所占比例 见图卜1 。 图卜12 0 0 9 年国内能源消耗构成 F i g ．1 - 1S t r u c t u r eo fd o m e s t i ce n e r g yc o n s u m p t i o ni n2 0 0 9 但是我国大约9 0 ％的煤炭开采方式是地下开采，地下开采导致我国成为世界上 煤炭安全生产水平最差的国家之一。尤其是瓦斯爆炸、火灾、水灾等事故给国家 造成极大地损失，煤炭事故严重威胁着矿工的生命，使他们处于水深火热之中。 因此，煤矿的安全性引起国家和社会的关注，如何采取措施来提高煤矿开采的安 全性是现今讨论的热门话题。 1 ．1 。1 我国煤矿事故概述 众所周知，我国煤矿因自然开采条件及安全条件差，重大事故年年频出不穷， 河北工程大学硕士学位论文 严重威胁着矿工的生命安全，尤其是重大恶性事故给国家和人民造成的损失触目 惊心。下面总结近两年我国发生的煤矿事故事件及死亡人数。 2 0 1 1 年1 0 月1 7 同，重庆市奉节县大树镇富发煤矿发生瓦斯爆炸，导致1 3 人 死亡。 2 0 1 1 年1 0 月1 6 日，位于陕西省中部的铜川市照金镇田玉煤矿掘进工作面发 生瓦斯爆炸事故，其中2 人轻伤，井下1 1 人遇难。 2 0 1 1 年1 0 月4 日7 时5 5 分，黔南州荔波县立化镇安平煤矿发生一起瓦斯突 出事故，1 7 人死亡。 2 0 11 年0 9 月1 6 日，山西中煤金海洋元宝湾煤矿“9 1 6 ”透水事故造成1 0 人遇难。 2 0 1 1 年0 8 月2 9 日，大竹县曾家沟煤矿透水事故，造成1 2 名被困矿工全部遇 难。 2 0 1 1 年0 8 月1 4 日晚，贵州省盘县过河口煤矿发生瓦斯爆炸事故，l O 人遇难。 2 0 1 1 年0 4 月0 2 日，新疆乌鲁木齐焦煤集团“4 2 ”煤矿事故造成1 0 人遇难。 2 0 11 年0 3 月2 4 日，吉林省白山市浑江区通沟煤矿发生瓦斯事故。其中6 人 不同程度受伤，1 1 人已确认死亡，另有2 人失踪。 2 0 1 1 年0 3 月1 2 日，贵州盘县煤矿瓦斯爆炸事故失踪的6 人已确认全部遇难， 遇难人数增至1 9 人。 2 0 1 0 年1 2 月0 7 日，河南煤矿瓦斯爆炸共造成2 6 人遇难。 2 0 1 0 年1 0 月2 7 日，贵州省安顺市普定县一煤矿发生透水事故，事故共造成 1 2 名矿工遇难，1 人受伤。 2 0 1 0 年1 0 月2 7 日，贵州安顺一煤矿发生透水事故致1 2 死1 伤。 2 0 1 0 年1 0 月1 6 日，河南平禹矿难5 名失踪者遗体找到共3 7 人遇难。 2 0 1 0 年0 8 月0 9 同，吉林通化煤矿事故1 8 人被困井下。 2 0 1 0 年0 8 月0 3R ，贵州明阳煤矿发生煤与瓦斯突出事故已死亡1 5 人。 2 0 1 0 年0 8 月0 2 日，河南省郑煤集团资源整合矿井三元东煤矿发生煤与瓦斯 突出事故，造成1 6 人遇难。 2 0 1 0 年0 7 月3 1 日，黑龙江鸡西恒鑫源煤矿透水事故造成2 4 人死亡。 2 0 1 0 年0 7 月3 1 日，山西阳煤集团地面爆炸，造成1 7 人死亡，7 人重伤。 2 0 1 0 年0 7 月1 8 日，甘肃金塔煤矿透水事故被困人员全部遇难，总共死亡人 数为1 3 人。 2 0 1 0 年0 7 月1 7 日，陕西韩城煤矿发生矿难已造成2 8 人遇难。 2 0 1 0 年0 6 月2 1 日，平项山煤矿爆炸已确认4 6 人遇难。 2 0 1 0 年0 5 月2 9 日，郴州汝城曙光煤矿发生爆炸事故已致1 7 人死亡。 第1 章绪论 2 0 1 0 年0 5 月1 8 日，山西盂县煤矿瓦斯爆炸事故3 人获救，1 1 人死亡。 2 0 1 0 年0 5 月1 3 日，贵州省安顺市普定县猫洞乡远洋煤矿煤与瓦斯突出事故， 造成2 1 人遇难。 2 0 1 0 年0 5 月0 8 日，湖北利川煤矿瓦斯燃烧事故，已造成1 1 人遇难。 2 0 1 0 年0 4 月2 0 日，江西高安发生煤矿瓦斯突出事故，已造成1 2 人死亡。 2 0 1 0 年0 3 月3 1 日，河南省伊川县“3 3 1 ”矿难，矿难已经导致4 0 人死亡， 6 人失踪。 2 0 1 0 年0 3 月3 0 日，新疆一在建煤矿发生冒顶事故致1 0 人死亡。 2 0 1 0 年0 3 月2 8 日，华晋焦煤公司王家岭煤矿透水事故造成3 8 人死亡。 2 0 1 0 年0 3 月1 5 日，河南新密东兴煤矿井下电缆起火2 5 人遇难。 2 0 1 0 年0 3 月0 1 日，内蒙古神华骆驼山煤矿事故，井下3 2 人无生还可能。 从上面我们看出悲惨的事故给矿井人员带来很大的生命威胁，这些死亡数 据让我们心惊胆颤，也给我们敲响了实施煤矿安全开采措施的警钟。 1 ．1 ．2 国内煤矿安全状况的介绍 据查，1 9 9 0 - - 2 0 0 7 年，煤矿死亡人数总为1 1 2 2 7 2 人，每年平均6 6 0 4 人。虽 然我国煤炭产量占世界3 1 ％，但死亡人数占8 0 ％。近年来，我国通过长期坚持“安 全第一，预防为主”的方针及依靠科技进步推进安全综合治理等措施，使死亡率 有所降低。从图1 - 2 看出2 0 0 5 年煤矿事故造成的死亡人数骤然下降，到2 0 1 0 年 死亡人数达到2 4 3 3 人。虽然，我国煤矿企业在降低死亡人数取得很大成就，但仍 需要我们继续采取必要的安全措施。 图卜2 煤炭事故死亡人数 F i g ．1 2N u m b e ro fd e a t hi nc o a la c c i d e n t 从图卜3 Ⅱl 中数据来看2 0 0 0 年以前国内煤矿百万吨死亡率基本在5 ．o o 左右， 河北F 程大学硕士学位论文 到了2 0 0 0 以后百万吨死亡率急剧下降，到了2 0 1 0 年下降到0 ．7 4 9 。 图卜3 百万吨死亡率的变化曲线 F i g ．1 3C u r v eo fo n em i ll i o nt o n sm o r t a l i t y 虽然在最近几年内，我国的煤矿企业事故死亡人数及百万吨死亡率一直处于 下降趋势，但是与国 t - 术H 比，仍然存在很大的差距。例如2 0 0 8 年，中国煤矿百万 吨死亡率为1 ．1 8 2 。但美国煤矿2 0 0 4 - 2 0 0 6 年的百万吨死亡率分别仅为0 ．0 2 7 、 0 ．0 2 1 和0 ．0 4 5 。1 9 9 9 年以来，波兰煤矿百万吨死亡率一直在0 ．4 以下。这足以让 我们深深的认识到我国煤矿企业安全措施存在严重的不足，需要我们建设更完整 的井下避灾系统，来保障矿职工的生命安全，为社会的稳定做出重要的贡献。 1 ．2 国内外矿井下避灾系统的研究现状 1 ．2 ．1 国外矿井下避灾系统的发展 就目前而言，如何采取有效措施减少伤亡损失，是世界各采煤国家重点研究 的课题。从国际上看，南非、加拿大、美国、澳大利亚等采矿业发达国家，均颁 布了严格的法律、法规和标准，对矿山井下避难的设置、维护和人员培训等作了 明确的规定，形成了井下固定避难室、移动救生舱、应急逃生和个人防护等成熟 的实用技术及装备。在矿井下设置和使用应急避难设施，已经是煤矿应急救援中 的一项成熟有效的技术。 1 加拿大 自从【2 j19 2 8 年的H o l l i n g e 矿发生火灾造成3 9 人死亡后，加拿大就开始在矿井 下建设初级的避灾铜室，主要是利用压缩空气，通过供氧面具为遇险人员提供短 4 第1 章绪论 暂的氧气，来争取一定的时间来逃出缺氧的环境。后来，又在井下设置的处理有 害有毒气体的装置。并且要求每个矿井必须设置固定式避难硐室或移动式救生舱， 必须考虑以下四方面因素避难所的设置位置、容量、安全防护时间、C O 和C O 的控制指标。 ①避难所的设置位置应考虑的因素 a 工作地点的特征。必须考虑设置避难所矿难发生时遇险人员难于按正常避 灾路线逃出的地方；采掘工作面离安全出口较远的地方；新开拓水平；新建矿井 或者老矿重新开采。 b 遇险人员抵达的难易程度。必须设置在正确的避灾路线上；必须远离可能存 在危险的地点并保证有足够的安全距离，如离火药库至少6 0 m ，离5 k V 变电站至 少1 5 m ，远离修理库或者燃料库，远离爆破作业区以及其它危险场地；必须是救 护队员容易到达的地点；设置地点岩体安全，支护良好。 c 遇险人员到达避难所的时间。避难所尽可能靠近采掘工作区域；遇险人员步 行到达避难所的时间不超过1 5 - 3 0 m i n 。 ②避难所的容量 矿难发生时需要使用避难所的人员数量就是其容量，必须根据当班工作的人 数，并考虑其他人员。 ③避难所的安全防护时间 应根据矿难发生后，地面营救人员到达的时间确定。影响因素有避难所离 安全出口的距离，救援过程中需避开潜在危险区域的路线距离等。 2 南非 南非自1 9 7 0 年就出现了避难所，1 9 8 6 年K i n r o s s 金矿出现事故造成1 7 8 人死 亡后，政府机关制定法律条文，强制矿井下必须建设避难所。 ①南非避难硐室设置的要求 a 避难所的设置。长壁丌采距离不超过7 5 0 m ； 房柱式开采距离为1 0 0 0 m 。 b 避难所的选址。同时考虑巷道通行的难度、风向、人的行为和自救器使用 时间。 C 避难所容积。每人不得小于0 ．6m 3 ，并容纳附近所有人员。 d 避难所结构。设计两道密封门，防止有害气体进入。 e 避难所设施。必须有供氧、通讯、报警设备及自救器、供水等，有效防护 时间8 “ ～2 4 h 。 f 避难所的指示。一般应采用三种指示声指示、光指示和物理指示，可以帮 助避险人员快速进入避难硐室。 河北[ 程大学硕士学位论文 3 美国 2 0 0 8 年1 2 月，M S H A 发布救生舱条例【3 J ，规定2 0 0 9 年1 2 月前所有美国煤矿井 下必须配备避难所，保证所有入井人员都有灾变时期的避险位置，防护时间提高 到9 6 h ，而且条例中对救生舱等避难所的设置提出了具体要求。 ①避难所设置要求 a 矿工在3 0 m i n 或更短时间内能够到达地面的矿山不需要布置； b 必须能够容纳邻近区域工作的最大矿工人数； C 设置位置距采掘工作面不超过3 0 0 m 。 d 在距工作面较远区域，两个避难所间隔不超过矿工1 小时的行进距离，即 矿工距离任一避难所或安全出口的行进时间不超过3 0 m i n 。 ②救生舱的设置与管理要求 a 救生舱摆放处的项板及支护应在顶板管理平面图中明确说明。 b 矿井通风系统图中应准确标注逃生通道和救生舱的位置。 c 应对救生舱加以保护使其在运输、安装及存放中免受损伤。 d 如果检查显示救生舱受到的损坏已影响其正常功能，应停止使用。 e 放置救生舱的地点及周边区域在任何时候都不得放置影响救生舱组装或 使用的机械设备、材料及障碍物等。 f 救生舱均应有醒目的标识或标记，包括救生舱上粘贴的由反光材料制成的 救生舱标识和由反光材料制成、指向救生舱放置地点的方向标识。 ⑧救生舱的功能要求 a 可吸入气体应由压缩空气瓶、压缩氧气瓶、或地面安装了排风扇或空压机的 矿井提供，并保证气体未被污染。 b 为每人提供的可吸入气体可维持9 6 h ，0 ，在1 8 ．5 ～2 3 ％之间， 2 0 ，平均浓度 不高于1 ％且最大浓度不高于2 ．5 ％。 C 在使用期间，应对救生舱内的大气进行监测。 d 具有有害气体的清除措施，有效清除C O 、C O ，、C 日。等有毒有害气体。 通过以上分析加拿大、南非和美国各国对避难硐室的建设和规定，可以发现 建立井下避难所是主要采煤国家必须实施的措施，并且结合煤矿整体情况进行建 设和布置。 1 ．2 。2 我国避难硐室的研究发展 我国处于社会主义的初级阶段， 安全技术严重滞后于经济体制改革， 社会经济发展不平衡，生产技术水平落后， 因此，导致我国煤矿井下避灾系统的研制远 6 第1 章绪论 远落后于其它一些发达国家。虽然，我国一再强调煤炭安全第一，但是每年的煤 矿事故屡屡发生，给国家和社会造成很大的经济损失，尤其对矿职工的生命安全 有着极大的威胁。 虽然我国在防火技术、人员定位系统、仿真模拟技术、瓦斯预警、人员心理 学、安全管理等各方面做了很多研究，对煤炭的安全开采起着一定的作用。但是 我国在避难硐室的研究存在着严重的不足，和一些发达国家相比远远不及。其中【4 J 只是简单的提到避难硐室的名称，并没有规定硐室的具体设计方法及要求。 我国对于避难硐室的研究只处于初始阶段，中国矿井应急救援技术与装备研 究、矿井新型安全防护体系建设虽然起步晚，但研究进展比较迅速。下面就是我 国近几年救生舱的发展状况。 1 中国“矿用可移动式救生舱”研发之路 2 0 0 6 年6 月6 日，国家“十一五”重大科技支撑计划“遇险人员快速救护关 键技术与装备研究”项目的子项矿用可移动式救生舱项目课题组正式成立。 历经3 年多的科研攻关和现场试验，2 0 0 9 年，矿用可移动救生舱科技研发项目组 获得最终成功。随着北京科技大学作为科研基地、潞安集团作为实验基地、陕西 重生科技开发公司作为救生舱生产制造基地的逐步成型，集科研、实验、生产“三 位一体”的研发格局基本形成。 中平能化救生舱通过鉴定 3 月1 4 日，中国煤炭工业协会组织专家对河南中平能化集团研发制造的矿用 可移动式分体救生舱进行鉴定，鉴定委员会认为该救生舱的抗爆能力、综合防护 等技术指标符合要求，并一致通过鉴定。 沈阳三一重装救生舱亮相 3 月2 同下午，在沈阳三一重型装备有限公司的生产车间，梁坚毅兴奋地说 “目前，三一重装是行业内惟一拥有救生全套设备的厂家”。三一重装自主研发 的煤矿井下用安全舱可同时容纳1 0 人，防护时问大于1 5 6 h ，具有抗冲击、抗爆炸、 防水等功能。 ． 中煤联合美企打造煤矿救生舱 中煤能源集团有限公司旗下的中煤综合利用集团公司将联合美国斯特塔公 司，在华组建紧急避险系统产品生产基地。双方在北京和河南的生产基地已在紧 锣密鼓地筹备中，今年下半年投产后将年产4 0 0 0 台煤矿用救生舱。 龙煤救生舱抗爆试验顺利通过 3 月2 日，黑龙江龙煤机械装备公司所属的龙煤卓异救援装备科技有限公司研 制的“j Y C 一1 2 0 ／1 2 型井下可移动式救生舱”舱体，在国家安全生产重庆矿用设备 检测检验中心结束了1 4 天4 次井下抗爆试验。 7 河北工程大学硕士学位论文 重庆煤科院首批救生舱落户 2 0 1 0 年1 2 月1 6 日，由重庆煤科院研制的首批J Y Z Y 一9 6 ／1 2 A 移动硬质组合式 救生舱，在重庆能投集团打通一矿西7 号轨道巷入井安装。该舱舱内面积约1 2 平 方米，有救生系统、温度调节系统、环境监测系统、废气处理系统和通讯视频系 统，能满足井下1 2 人在紧急避险时安全成活9 6h 。 无锡宝神救生舱通过真人试验 2 0 1 0 年1 2 月7 日，中国矿业大学救援技术与装备研究所和江苏无锡宝神矿用 设备科技公司研制的矿用可移动式救生舱通过了连续1 2 5 小时高温环境下的真人 综合试验，试验时间超出了国家制定的9 6 h 的救援标准。 2 企业建设情况 潞安常村矿的避险位置 该救生舱长6 ．3 m 、宽1 ．4 m 、高1 ．8 m ，采用组合式钢结构设计，舱体有足够的 强度抵御瓦斯甚至煤尘爆炸的直接冲击，每个救生舱能使8 ～1 2 人在外部动力供 应中断时支持9 6h 。救生舱内部有完善的照明、供氧、空气净化和制冷设施，舱 内还配备了马桶和紧急逃生通道。 同煤塔山煤矿今年实现井下避险全员覆盖 2 0 1 0 年8 月2 9 日，全国首座“软体救生舱”在同煤集团塔山煤矿装备使用。 这座安装在塔山煤矿8 2 0 2 和8 2 0 6 工作面之间的软体救生舱，是我国目前第一台 投入井下的救生装置，主要用于发生矿难时遇险人员紧急避难。 阳煤集团新景公司竖井井下移动式救生舱 新景公司投入使用的救生舱是由美国一家公司制造，每台价格】8 0 万元。移 动救生舱配有空气供给与处理设备，还有氧气浓度监测仪和二氧化碳监测仪、氧 气与空气处理设施，不需外部能源，就可提供3 5 人9 6 h 的基本生存所需。 中梁山南矿井下移动救生舱 2 0 1 0 年1 2 月1 3 日，中梁山公司矿业分公司南矿安上了一个价值1 3 0 多万元、 重达1 0 吨多的移动救生舱。救生舱自备电能够使用近1 2 0h ，舱体内温度保持在 3 6 度左右，可以让1 2 名矿工在井下紧急避险9 6h 以上。 1 ．3 论文研究的目的及意义 1 ．3 ．1 论文研究的目的 煤炭是我国经济发展的主要能源。作为一个特殊行业，生产条件差，工作场 所处于不断的变化之中，自然灾害和生产事故的危险始终影响和制约着煤矿的安 第1 章绪论 全生产。我国煤炭的开采方式主要是地下开采，一旦有瓦斯爆炸、冒顶透水等引 发一系列的事故发生，必导致大量的矿工人员伤亡。尤其是事故发生l 小时内， 被困在煤井下的矿职工未及时得到足够氧气，食物，或遭受到有毒有害气体的侵 蚀而失去生命。如何躲过这1 小时已成为政府和煤矿企业迫切解决的问题。所以， 这个问题就是本文探讨的目的 1 在矿井下设计合理的避难硐室。灾害发生后避险人员能及时躲避到避难硐 室内，防止有毒有害气体威胁，为救援人员赢得时问； 2 加强煤矿安全系统的建设，减少煤矿事故的发生率，降低事故中人员的死 亡数量，为国家和社会减少大量的财产损失，保障人民的生命财产安全，为我国 煤炭工业的安全建设发展提供一定参考； 3 设计出符合国家规范的避难硐室。根据设计要求、依据、煤矿的情况、设 计原理及方法，设计出不同类型的避难硐室； 4 通过本文的研究，希望能为其它急需建设避难硐室的煤矿提供一些资料。 1 ．3 ．2 论文研究的意义 随着现代化技术的发展和生产规模的迅速增大，工作