常村煤礦避難硐室的應(yīng)用

柴 曉，王燕青，李學(xué)忠

（1.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000；2.潞安集團(tuán)常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 我國(guó)煤礦行業(yè)事故的概況

隨著煤礦安全、高產(chǎn)、高效的提出，安全成了煤礦的重中之重，但是煤礦安全管理工作一直面臨礦井事故多發(fā)、傷亡損失慘重、救援困難等亟待解決的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公布的數(shù)據(jù)顯示，僅2001-2004年，我國(guó)共發(fā)生的煤礦井下事故約有13 000多起，共計(jì)死亡25 000多人。調(diào)查分析表明，煤礦事故中的85%以上遇難者并不是立即死于火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息，而是由于不能及時(shí)躲避由火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息事故所引發(fā)的二次爆炸、巷道高溫、冒頂片幫、缺氧窒息等帶來(lái)的傷害而死亡的。如果井下存在一個(gè)可以防火、防爆的密閉空間，使得逃生人員能在這里安全的等待救援人員到來(lái)，相信會(huì)有更多生命被挽救，相應(yīng)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也會(huì)降到最低。同時(shí)，安全的作業(yè)環(huán)境也會(huì)很大地提高生產(chǎn)率，為企業(yè)創(chuàng)造更多利潤(rùn)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)井下避難硐室的研究已有了階段性的成果。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已研發(fā)出先進(jìn)有效的井下救援方案、相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，也在實(shí)際救援中得到廣泛應(yīng)用。尤其是智利圣何塞銅礦33名礦工的成功獲救震撼了世界，我國(guó)也在高度重視井下安全的治理問(wèn)題，國(guó)家積極開(kāi)展相關(guān)的研究。

2 潞安集團(tuán)常村煤礦避難硐室的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外研發(fā)的避難硐室可概括為固定式避難硐室（又分為永久性固定式避難硐室和臨時(shí)性固定式避難硐室）和可移動(dòng)式救生艙。常村煤礦固定式避難硐室的實(shí)際應(yīng)用，該硐室綜合考慮井下作業(yè)情況、人員分布情況、煤層特點(diǎn)、施工便利、易于實(shí)現(xiàn)等因素，經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和現(xiàn)場(chǎng)勘探以后，才能最終選定位置在軌道上山和皮帶上山之間，避難硐室長(zhǎng)度49 m，容納人員80人左右，具體位置，見(jiàn)圖1。

1）避難硐室的結(jié)構(gòu)尺寸：設(shè)計(jì)采用可承受較大壓力的半圓拱斷面，考慮底鼓力的存在，在硐室下方挖掘仰拱。避難硐室內(nèi)部的主要設(shè)備有兩個(gè)（一個(gè)是空氣凈化一體化機(jī)，另一個(gè)是控制系統(tǒng)臺(tái)）通過(guò)計(jì)算，避難所的凈寬2.4 m，即可滿(mǎn)足要求，但是考慮到避難所兩邊需要安置緩沖層和噴涂層、設(shè)備等占用一定空間、保證避難所有足夠的強(qiáng)度和氣密性，因此在避難所的周邊充填200 mm化學(xué)阻燃、耐高溫、無(wú)毒害材料。并在化學(xué)材料和避難所有效空間形成一定阻隔，澆筑300 mm鋼筋混凝土。故整個(gè)避難硐室的將被設(shè)計(jì)成一個(gè)貫通軌道上山和皮帶上山的長(zhǎng)約49 000 mm，跨度 4 500 mm，拱高 2 250 mm，直墻高1 300 mm，仰拱高850 mm的整體。

圖1 避難硐室位置設(shè)置

2）硐室的支護(hù)形式：本次選擇錨桿、錨網(wǎng)、錨噴聯(lián)合支護(hù)方式，這是目前較為行之有效的支護(hù)方式。頂部使用雙鋼筋托梁搭接，規(guī)格φ16 mm×4 000 mm×130 mm。錨桿長(zhǎng)度：根據(jù)巷道圍巖松動(dòng)圈理論，錨桿有效長(zhǎng)度按加固拱理論設(shè)計(jì)，選用2.4 m。錨桿直徑根據(jù)錨桿錨固力的要求，每根錨桿的錨固力不小于40 kN，從施工管理及經(jīng)濟(jì)角度考慮，選用端頭錨固的錨桿，桿體材料選直徑22 mm螺紋鋼。錨桿間排距：為了施工方便，結(jié)合錨桿支護(hù)的組合拱理論，錨桿間排距不得超過(guò)錨桿長(zhǎng)度的1/2，選取錨桿間距0.95 m，排距1 m。托板：方形鋼板8 mm×150 mm×150 mm。錨固劑采用兩根Z2350錨固劑錨固。噴射層厚度：100 mm，分兩次噴射，每次噴射50 mm。使用幫雙鋼筋托梁與頂部雙鋼筋托梁搭接。幫雙鋼筋托梁規(guī)格φ16 mm×3 000 mm×130 mm。采用兩根CK2350錨固劑。錨索布置采用小五花布置，間距見(jiàn)圖3.3所示，排距1 000 mm。頂板部分使用φ17.8 mm×6 300 mm錨索，非頂板部分使用φ17.8 mm×8 300 mm錨索，采用三根Z2350錨固劑錨固。錨桿支護(hù)有效地控制了圍巖變形，掘進(jìn)中及時(shí)對(duì)巷道頂板及兩幫進(jìn)行錨固力試驗(yàn)，頂部、兩幫錨桿的錨固力均大于40 kN。

3）密閉門(mén)采用鋼板-鋼筋骨架-聚氨酯泡沫復(fù)合夾層板。為防止外面火災(zāi)對(duì)密閉門(mén)的損害，故門(mén)扇外表用防火、防銹、防腐涂料（紅丹漆、調(diào)和漆）。①密閉門(mén)要求能夠抵住瓦斯爆炸的沖擊波。密閉門(mén)應(yīng)承受的壓力為1 MPa，溫度是瞬間1 000℃。為減小沖擊波沖擊效能，構(gòu)筑密閉門(mén)時(shí)，應(yīng)使其與正面沖擊波成一定角度而非垂直。與平面門(mén)比較，圓弧門(mén)對(duì)沖擊波正面沖擊，沖擊力減少約25%，當(dāng)量強(qiáng)度提高約50%。②密閉門(mén)要求要能完全密閉。本次采用耐腐膠管密封。其優(yōu)點(diǎn)是：膠管是中空的，密閉門(mén)的變形不太嚴(yán)重時(shí)，對(duì)其密封性能影響不大；而膠管的張力較大，將其固定于門(mén)框上后，可以起到限制密閉門(mén)變形的作用，有利于提高密閉門(mén)的密封性能。本次采用環(huán)氧樹(shù)脂將膠管粘于門(mén)框周邊。門(mén)體門(mén)框的密封處門(mén)上設(shè)計(jì)有壓緊裝置，使其受力一致，通過(guò)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到壓緊目的。③密閉門(mén)的開(kāi)啟方式，由于煤礦井下環(huán)境條件較為惡劣，如濕度達(dá)75%以上、粉塵濃度較高等特點(diǎn)，為確保密閉門(mén)的安全可靠，本處擬選用氣動(dòng)啟閉門(mén)，同時(shí)考慮到在氣動(dòng)失效情況下，手動(dòng)啟閉。本系統(tǒng)氣動(dòng)啟閉裝置由三部分組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和氣源。④整體避難硐室要能保證足夠的氣密性，抵御有毒有害氣體對(duì)人體的傷害。避難硐室通氣系統(tǒng)由一個(gè)壓風(fēng)管道，一個(gè)回風(fēng)管道組成。一旦礦難發(fā)生，工人躲進(jìn)避難所，通過(guò)通訊系統(tǒng)向地面報(bào)警啟動(dòng)通氣系統(tǒng)。壓風(fēng)管道通過(guò)墻體進(jìn)入避難硐室內(nèi)部。為了保證壓風(fēng)管道被沖擊波破壞以后管道連接處的密閉性能，在避難硐室側(cè)連接處設(shè)置閥門(mén)，保證避難所密閉性。

4）實(shí)踐中的問(wèn)題：由于硐室結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固，能抵御一定的外部危害因素的沖擊，能將外部有害氣體環(huán)境、高溫?zé)岘h(huán)境隔絕；空間內(nèi)部能在一定的時(shí)間內(nèi)提供維持生命所需的氧氣、水、食物等；內(nèi)部設(shè)備能夠監(jiān)測(cè)空間內(nèi)外環(huán)境狀況，并能依靠通訊設(shè)備向外主動(dòng)傳遞井下信息。但是每個(gè)煤礦的地質(zhì)條件及開(kāi)采技術(shù)水平均不相同，設(shè)置避難設(shè)施需要考慮以下因素：①每個(gè)礦井的井下地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)水平等不相同，避難硐室的功能可以結(jié)合自身?xiàng)l件設(shè)置，常村煤礦固定式避難硐室根據(jù)自身地質(zhì)條件不用考慮防止透水功能。②作為緊急避難設(shè)施，結(jié)合礦井的實(shí)際情況、經(jīng)費(fèi)等因素確定硐室的規(guī)模。③電力系統(tǒng)受限制，供應(yīng)跟不上。避難硐室都是安置或修建在井下，為避難人員提供一個(gè)相對(duì)安全的密閉環(huán)境，此時(shí)外界可能發(fā)生如瓦斯爆炸等情況，在這些惡劣的條件下艙室或避難所不可能從外界地面上得到電力動(dòng)力等支持，因此電力供應(yīng)適時(shí)考慮。④避難硐室內(nèi)要為避難人員提供必要的生存環(huán)境，就必須有必要的生存系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都會(huì)有附加設(shè)備，而設(shè)備本身有使用期限，故需定期更換。

3 避難硐室的發(fā)展意義

實(shí)際的救援工作表明，井下作業(yè)環(huán)境的特殊性需要多樣化的救援方式，只有這樣才能充分發(fā)揮各種救援方式和設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，從而保證更多作業(yè)人員的安全?！暗V井固定式避難所”只是其中較好的一種。相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)針對(duì)“固定式應(yīng)急避難所”的研究還處于發(fā)展階段，所以需要緊密結(jié)合我國(guó)井下實(shí)際開(kāi)采情況，吸取國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)展開(kāi)更深入的研究。山西省現(xiàn)在六大標(biāo)準(zhǔn)中提出，不論是在建礦井還是生產(chǎn)礦井都必須建設(shè)井下六大系統(tǒng)（安全監(jiān)控系統(tǒng)，通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，供水施救系統(tǒng)，壓風(fēng)自救系統(tǒng)，人員定位系統(tǒng)，緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)），只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)煤礦井下完善的安全救災(zāi)體系。因此，“礦井固定式避難硐室”的發(fā)展研究具有重要意義、社會(huì)意義、經(jīng)濟(jì)意義，也是井下救援研究的趨勢(shì)及重要組成部分。

[1] 北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院.礦井固定式應(yīng)急避難所研究報(bào)告[R].北京科技大學(xué),2012.

[2] 安監(jiān)總煤裝[2011]15號(hào).煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定[S].安監(jiān)總局，2011.

[3] 安監(jiān)總煤裝[2012]15號(hào).關(guān)于煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)管理相關(guān)事項(xiàng)的通知[S].安監(jiān)總局，2012.