避難硐室與避難倉特點(diǎn)與優(yōu)化方案

李 博，黃圓月

(煤炭科學(xué)研究總院， 北京 100013)

避難硐室與避難倉特點(diǎn)與優(yōu)化方案

李 博，黃圓月

(煤炭科學(xué)研究總院， 北京 100013)

在采礦業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)，井下避難系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，煤礦安全也越來越受到相關(guān)部門和社會(huì)的重視。因此，促進(jìn)避難系統(tǒng)的建設(shè)符合現(xiàn)代化礦井建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。介紹了國(guó)外避難系統(tǒng)幾個(gè)不同的發(fā)展方向，對(duì)比了幾種避難系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)煤礦建設(shè)實(shí)際情況，簡(jiǎn)單論述了建設(shè)適合我國(guó)的煤礦井下避難系統(tǒng)的方案。

避難艙;避難硐室;技術(shù)特點(diǎn);優(yōu)化方案

據(jù)煤礦事故救援相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，通常煤礦事故中因爆炸、坍塌造成的死亡僅占事故傷亡人數(shù)的10%左右，而長(zhǎng)期暴露在缺氧和有毒有害氣體的環(huán)境中、逃生路線受阻和二次災(zāi)害事故伴生是造成煤礦遇險(xiǎn)人員傷亡的主要因素。因此，如何建設(shè)安全可靠的應(yīng)急避難空間，為礦難發(fā)生后的遇險(xiǎn)人員贏得救援時(shí)間，是煤礦遇險(xiǎn)應(yīng)急方案的主要研究方向。

1 國(guó)外礦井避難系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)礦井事故的應(yīng)急救援工作十分重視，多年來對(duì)井下應(yīng)急救援工作做了大量研究，也形成了很多成熟的技術(shù)方法和裝備。

早在1928年加拿大就出現(xiàn)了初級(jí)的避災(zāi)硐室，利用壓縮空氣，通過面具提供呼吸氧氣，1970年代初南非金礦首次建立了簡(jiǎn)單的避災(zāi)硐室，自2000年以來，澳大利亞的金屬礦一直采用可移動(dòng)式避災(zāi)硐室，澳大利亞、美國(guó)、加拿大和新西蘭等國(guó)均在不同程度上使用井下避災(zāi)硐室。其中，在澳大利亞，政府強(qiáng)制要求所有的井工礦井都使用避災(zāi)硐室，多年來已經(jīng)有很多成功的營(yíng)救案例。如今避難系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)列入了很多發(fā)達(dá)國(guó)家的安全規(guī)程中。采用可移動(dòng)式避災(zāi)硐室已經(jīng)成為加拿大礦山安全的基本要求。美國(guó)的相關(guān)法律也規(guī)定要求井工礦井使用避災(zāi)硐室，礦業(yè)安全和健康管理局(MSHA)已出臺(tái)了救生艙管理規(guī)定。

同時(shí)這些國(guó)家和地區(qū)通過對(duì)救生艙和避難硐室的投入也取得了很多成功的營(yíng)救案例:2003年和2004年南非2個(gè)特大金礦發(fā)生火災(zāi)事故，一個(gè)礦井下3400人，只死亡9人，有280人是救援隊(duì)在井下各個(gè)避難所救出的;另一礦井事故，井下有2600人，發(fā)現(xiàn)失蹤52人，兩天后在井下避難所中營(yíng)救出礦工安然無恙。2006年1月29日加拿大薩斯喀徹溫省某鉀鹽礦火災(zāi)事故，72名礦工被困井下進(jìn)入救生艙中避難，最終全部獲救，這也是世界上救生艙營(yíng)救影響較大的成功案例。

目前比較成熟的避險(xiǎn)系統(tǒng)主要分為幾大體系，各國(guó)依據(jù)技術(shù)條件和地質(zhì)條件差異側(cè)重點(diǎn)也有不同，主要應(yīng)用救生艙或避難室兩種方法來實(shí)現(xiàn)礦工應(yīng)急避險(xiǎn)的需要。

在美國(guó)，目前井下配備避難所1193個(gè)，其中軟體艙1000臺(tái)(80%以上)，硬體艙123臺(tái)，避難硐室70個(gè)，其中90%以上安裝在非金屬礦山中;在加拿大，固定避難硐室與救生艙的比例為1∶5，移動(dòng)式救生艙硬體較多，多用于金屬礦山和煤礦中;澳大利亞煤礦應(yīng)急避險(xiǎn)使用空氣呼吸器和加氣站以及快速加氣續(xù)航，在金屬礦山和非金屬礦山中使用都非常普遍;南非以避難硐室為主，設(shè)置在固定的避險(xiǎn)路線上，多使用在煤礦和金屬礦山中。國(guó)外救生艙產(chǎn)品的主要參數(shù)見表1。

表1 國(guó)外救生艙產(chǎn)品的主要救生參數(shù)

2 各避險(xiǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)安全規(guī)程要求，煤礦井下的避險(xiǎn)系統(tǒng)共分為3級(jí)，包括礦工攜帶自救器、可移動(dòng)式救生艙及永久避難硐室，構(gòu)成一個(gè)全方位的應(yīng)急救援體系。按照礦井災(zāi)變期間，先安全撤離危險(xiǎn)區(qū)域，后安全避險(xiǎn)的原則，在自救器有效防護(hù)時(shí)間內(nèi)(30～60 min)不能到達(dá)安全地點(diǎn)或升井、或者撤退路線受阻無法通過時(shí)，利用移動(dòng)式救生艙和避難硐室，為避險(xiǎn)人員及時(shí)躲避災(zāi)難贏得救援時(shí)間，其中避難艙和避難硐室是受困人員避險(xiǎn)的最后選擇，因此如何根據(jù)各自的技術(shù)特點(diǎn)和防護(hù)能力，合理的建設(shè)避難倉和避難硐室就顯得尤為重要。

2.1 可移動(dòng)式救生艙

可移動(dòng)式救生艙是在井下發(fā)生災(zāi)變事故時(shí)，為遇險(xiǎn)礦工提供應(yīng)急避險(xiǎn)空間和生存條件，并可通過牽引、吊裝等方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，適應(yīng)井下采掘作業(yè)要求的避險(xiǎn)設(shè)施。根據(jù)艙體材質(zhì)，可分為硬體式救生艙和軟體式救生艙。硬體式救生艙采用鋼鐵等硬質(zhì)材料制成;軟體式救生艙采用阻燃、耐高溫帆布等軟質(zhì)材料制造，依靠快速自動(dòng)充氣膨脹完成架設(shè)，如圖1所示。

圖1 可移動(dòng)式軟體救生艙

煤礦用可移動(dòng)式軟體救生艙是一種等待救援的自救逃生裝置，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)快速形成避災(zāi)區(qū)域，當(dāng)煤礦或非煤礦山等地下工程災(zāi)害發(fā)生時(shí)，遇險(xiǎn)人員在不能逃生脫險(xiǎn)的緊急情況下，可以快速進(jìn)入避難倉內(nèi)等待救援。其技術(shù)特點(diǎn)是:

(1)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、無電源、獨(dú)立性強(qiáng)、啟動(dòng)快、便于移動(dòng)運(yùn)輸;

(2)在災(zāi)害破壞區(qū)域救生艙體可以快速地形成，便于人員進(jìn)入;

(3)具備一定的抗沖擊能力，并能承受瓦斯爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫;

(4)采用多種降溫手段，保持艙內(nèi)溫度適宜。

煤礦用可移動(dòng)式硬體救生艙主要由過渡艙、生存艙和設(shè)備艙組成，包括生命保障系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、艙內(nèi)照明、指示系統(tǒng)和動(dòng)力保障系統(tǒng)。其技術(shù)特點(diǎn)是:

(1)救生艙艙體采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于運(yùn)輸和移動(dòng)，可根據(jù)井下空間及避難人數(shù)的不同，組合成不同大小，不同規(guī)格的救生艙;

(2)相對(duì)于軟體艙可以裝備更多的生命保障設(shè)備，保障更加可靠;

(3)艙體堅(jiān)固，外表面瞬間耐高溫達(dá)1200℃，隔熱性能良好;

(4)艙體占用空間較大，在巷道中布置難度也相對(duì)較大。

2.2 永久避難硐室

永久避難硐室是預(yù)先建立的發(fā)生災(zāi)害事故時(shí)躲避災(zāi)難的硐室，主要由隔離硐室、設(shè)備硐室、生存硐室組成。由于建設(shè)復(fù)雜，施工量大，通常建設(shè)在主大巷內(nèi)，里面?zhèn)溆凶銐虻纳畋匦杵泛推渌o助設(shè)備，可以作為井下遇險(xiǎn)人員的避難所，同時(shí)也可以作為礦山救護(hù)隊(duì)臨時(shí)救護(hù)基地。其配套設(shè)備主要有:生命保障系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，獨(dú)立的供電系統(tǒng)和必要的醫(yī)療搶險(xiǎn)設(shè)備以及降溫除濕系統(tǒng)。

永久避難硐室的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是:避險(xiǎn)防護(hù)設(shè)備比較充足，在任何環(huán)境事故下都能使用;防體堅(jiān)固，能夠在事故中保存下來;空間大，可以容納較多的避險(xiǎn)人員;服務(wù)周期長(zhǎng)，一旦建成，在定期維護(hù)下可以永久使用。但是，由于建設(shè)投入大，建設(shè)周期長(zhǎng)，占用空間大等因素，永久避難硐室不便于大量建設(shè)。

3 各系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)化方案

根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求和各種避難系統(tǒng)特點(diǎn)，在掘進(jìn)或開采工作面內(nèi)可以放置軟體艙或硬體艙，這樣便于安裝和隨著工作區(qū)域變更移動(dòng)。放置位置不宜離采面過近，有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明:如果發(fā)生瓦斯爆炸，距爆炸中心200 m內(nèi)為高危險(xiǎn)區(qū)域，為防止艙體破壞，不便于艙體放置。但也不能離工作面過遠(yuǎn)(1000 m內(nèi))，要保證井下作業(yè)人員在自救器消耗完畢的時(shí)間內(nèi)到達(dá)避險(xiǎn)區(qū)域。

固定式避難所應(yīng)建設(shè)在井下大巷或井底車場(chǎng)內(nèi)等易得到救援的地方，同時(shí)確保硐室在圍巖無裂隙、頂板完整的巷道內(nèi)，遠(yuǎn)離斷層、巖層斷裂破碎帶等各種地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。防止礦難產(chǎn)生的污染空氣滲入硐室內(nèi)，并遠(yuǎn)離巷道可能發(fā)生積水的地點(diǎn)。

各種避險(xiǎn)系統(tǒng)配合使用既保證了整個(gè)井下避險(xiǎn)系統(tǒng)的可靠性，也實(shí)現(xiàn)了避險(xiǎn)區(qū)域及方式的靈活，同時(shí)也能合理的節(jié)省投入和縮減避難系統(tǒng)的建設(shè)周期，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 應(yīng)用前景

建設(shè)井下避險(xiǎn)系統(tǒng)是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持以人為本、安全發(fā)展的理念，在煤礦安全生產(chǎn)工作的重要體現(xiàn)，也是創(chuàng)造煤礦災(zāi)后基本生存條件，大大降低災(zāi)害傷亡人數(shù)的有效措施。我國(guó)煤礦由于缺少安全避險(xiǎn)設(shè)施，在災(zāi)后逃生受阻，造成傷亡的案例不勝枚舉，這也足以說明建立安全避險(xiǎn)設(shè)施的必要性。而采礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家利用救生艙等避險(xiǎn)設(shè)施，挽救災(zāi)害遇險(xiǎn)礦工生命，有很多成功的案例。

同時(shí)，為推進(jìn)井下避險(xiǎn)設(shè)施建設(shè)，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局已經(jīng)制訂了相關(guān)規(guī)則，目前，標(biāo)準(zhǔn)初稿已經(jīng)完成。綜上所述，國(guó)內(nèi)礦山有實(shí)施建設(shè)井下避險(xiǎn)系統(tǒng)的客觀需求，避難系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)成為煤礦安全系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)，煤礦井下避難系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)和建設(shè)具備廣闊的前景。

［1］ Mine Safety and Health Administration，U.S.Department of Labor.30 CER Parts 7 and 75 Refuge Alternatives for Underground Coal Mines;Final Rule［S］.National archives and Records Administration，2008.

［2］ 趙利安，王鐵力.國(guó)外井工礦避災(zāi)硐室的應(yīng)用及啟示［J］.煤礦安全，2007，(8):88－91.

［3］ Michael A Fasouletos.Parametric Design of a Coal Mine Refuge Chamber［D］.Morgantaun:West Virginia University，2007.

［4］ Mickey D Mitchell.Analysis of Underground Coal Mine Refuge Shelters［D］.Morgantown:West Virginia University，2008.

2011－06－22)

李 博(1982－)，男，北京人，碩士，工程師，從事煤礦應(yīng)急救援技術(shù)方面研究，Email:libo@cdtsm.com。