井下紧急避险系统知识.ppt

井下人员紧急避险系统 电话真 010 61590332Email yaojian1998 姚建 2 TheMaintenanceofaSafeandBreathableAtmosphereinPermanentRefugeBaysandPortableRescueChambers Havebecomeanintegralpartoftheescapeandrescuestrategiesinundergroundmines Theprimaryfunctionofrefugebaysistosustainlifeintheeventofundergroundincidents e g rockfalls fires water explosionetc bypreventingtheingressofnoxiousgasesandprovidingasourceofrespirableair 为永久性和便携式安全救生舱提供一个安全的和可以呼吸的环境 安全救生舱的基本功能是一旦井下发生岩崩 火灾 透水 爆炸等事件时 能够防止有毒气体的进入 并提供呼吸空气的来源 以保持生命 已经成为井工矿逃生和救援策略的一个必要的部分 1 矿山井下避难所的定义与基本功能 3 煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定 4 煤矿井下紧急避险系统是指在煤矿井下发生紧急情况下 为遇险人员安全避险提供生命保障的设施 设备 措施组成的有机整体 紧急避险系统建设的内容包括为入井人员提供自救器 建设井下紧急避险设施 合理设置避灾路线 科学制定应急预案等 5 井下紧急避险设施是指在井下发生灾害事故时 为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障的密闭空间 该设施对外能够抵御高温烟气 隔绝有毒有害气体 对内提供氧气 食物 水 去除有毒有害气体 创造生存基本条件 为应急救援创造条件 赢得时间 紧急避险设施主要包括永久避难硐室 临时避难硐室 可移动式救生舱 永久避难硐室是指设置在井底车场 水平大巷 采区 盘区 避灾路线上 具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室 服务于整个矿井 水平或采区 服务年限一般不低于5年 临时避难硐室是指设置在采掘区域或采区避灾路线上 具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室 主要服务于采掘工作面及其附近区域 服务年限一般不大于5年 可移动式救生舱是指可通过牵引 吊装等方式实现移动 适应井下采掘作业地点变化要求的避险设施 4 1 矿山井下避难所的定义与基本功能 瓦斯爆炸过程后 矿井中氧气浓度下降 燃烧生成大量的CO2和H2O 不完全反应产生的CO浓度一般也达到1000ppm以上 成为井下人员伤亡的主要因素之一 灾后缺氧环境 16 有毒有害气体环境 CO HCN HF H2S HCl NH3 SO2 Cl2 COCl2 NO2 高温烟气 火焰锋面温度可达到2150 2650 二次爆炸冲击 可达2MPa以上 等危害是造成人员伤亡的主要原因 正常矿井环境O2 20 85 CO2 0 03 CO 24ppmH2O 0 5 N2 78 62 灾变 灾后矿井环境O2 15 3 CO2 3 6 CO 1000 4000ppmH2O 6 2 N2 74 9 据统计 在瓦斯煤尘爆炸事故中 死于CO中毒或窒息的人数占总死亡人数的80 以上 5 2 国内外矿山井下避难所建设情况 通过调研发现 南非 加拿大 美国 澳大利亚等采矿业发达国家 对矿井事故的应急救援工作十分重视 将应急避难所和救生舱作为地下矿山应急救援工作的重要部分进行了大量的研究 并有了多次成功营救的经验 例如 2006年12月美国西弗吉尼亚发生矿难后 12人被困 11人死亡 各州政府即制定了相关标准与法规 要求井下必须装置救生舱或避难所 2008年12月31日美国联邦政府在 地下煤矿强制安全标准 修订版 中专门制定了矿用救生舱的标准 6 机械结构 国外应急救生舱多数为整体式结构 舱体体积较大 欧洲某种型号可容纳15人的应急救生舱规格达到8m L 2 4m W 2 5m H 澳大利亚某公司的产品拥有可容纳4人 8人 12人 15人 20人 30人的6种规格 防护设计 国外应急救生舱多数只为隔绝有毒有害气体 舱体防护仅采用单层钢结构 隔温与防爆能力有限 如 美国救生舱承受的爆炸波压力为0 6MPa 使用材料 国外大部分硬体救生舱的制造采用了钢质材料 软体舱多采用乙烯基等聚合材料或橡胶材料 在矿井灾变高温环境下 这些材料有可能分解生成某些有毒有害气体在救生舱内部扩散 1 国外救生舱特点 7 在巷道旁侧建立的避难硐室 预留专用煤柱建立的避难硐室 工作面之间建立的避难硐室 2 2避难硐室的设置方式 8 国外救生舱开发情况南非 Survivair RRC 硬体式美国 STRATA 硬体舱 软体舱 中继站ChemBio 主要为软体舱澳大利亚 MineARC 硬体舱加拿大 RANA 硬体舱 空气供给与废气处理设备德国 DREGER 硬体舱 快速充气站英国 Molecular 有害气体处理设备 2 3国外井下避难所生产情况 9 2 4国外对井下避难所的基本要求 1 南非避难所的设置 南非 矿山健康与安全规程 规定 长壁开采的工作面 距离工作面不超过750m的地点必须建立避难所 采用房柱式开采时 每1000m应设置避难所避难所的选址 必须考虑 从工作地点到避难所行走难易程度 如巷道高度 倾角 设备设施布置 人员方向迷失的可能性等 逃入避难所所需时间 随身佩戴自救器维持时间 10 1 南非避难所容积 应能够容纳该服务区域内可能出现的所有人员 且每人占有容积不小于0 6m3 强制执行的职业守则 规定为1 0 1 5m2 避难所结构 两道风门结构 以便形成风障 防止有毒有害气体侵入 避难所设施 必须有供氧 通讯 报警设备及自救器 饮用水等 有效防护时间8 24h 2 4国外对井下避难所的基本要求 11 2 美国 2006年 西弗吉尼亚州政府率先对避难所做出规定 并对救生舱产品实施州政府批准 规定防护时间不得少于48h2008年12月 MSHA发布救生舱条例 规定2009年12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96h 条例中对救生舱等避难所的设置提出了具体要求避难所设置要求 1 矿工在30min或更短时间内能够到达地面的矿山不需要布置2 足以容纳所有工作人员 包括经理 供应商 检测员及联邦监察员3 必须能够容纳邻近区域工作的最大矿工人数 包括轮班替换人员4 设置位置距离最近工作面不超过300m5 在距离工作面较远区域 两个避难所间隔不超过矿工1h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30min 2 4国外对井下避难所的基本要求 12 2 美国 救生舱的功能要求1 至少为每人提供15ft2 约1 4m2 的地面空间和30 60ft3 约0 85 1 70m3 的立体空间 如果废物在救生舱外处理 则气密室的空间与容积可计入在内2 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3 为每人提供的可吸入气体可维持96h O2在18 5 23 之间 CO2平均浓度不高于1 且最大浓度不高于2 5 4 在使用期间 应对救生舱内的大气进行监测5 具有有害气体清除措施 有效清除CO CO2 CH4等有毒有害气体6 当用户依照生产商的操作说明及定义的极限使用时 救生舱在全部满员情况下的体感温度不得超过95 35 7 应配备一套双向通信设施 照明 人体排泄物处理方法 急救物品 维修工具 符合要求的灭火器8 存储组件或给养的容器应密封 防水及防啃 醒目标注到期日期及使用说明 13 3 加拿大 加拿大采矿安全规程 其它安全规程或指南规定 每个矿井必须设置固定式避难硐室或者移动式救生舱 并且必须考虑以下4方面因素 避难所的设置位置 容量 安全防护时间 O2和CO2的控制指标避难所的设置位置应考虑以下因素 1 工作地点的特征 下列地点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2 遇险人员抵达的难易程度 必须设置在正常避灾路线上 必须远离可能存在危险的地点并保证有足够的安全距离 如距离火药库至少60m 离5kV变电站至少15m 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3 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15 30min 14 4 澳大利亚 2005年西澳州矿山安全和检查规章4 361995规定 地下矿井中必须有明确的紧急情况预防措施 为遇险人员提避难室和新鲜空气避难所距离工作地点最大距离确定原则 人以合适身体状态 使用50 自救器防护时间 中等行进速度可以走出的最远距离避难所覆盖所有工作人员 包括管理人员 推荐避难所容量应该是本地作业人员数量的2倍以上避难所建设位置 应远离潜在岩崩 淹井 火灾 爆炸等危险的区域 如变电站 炸药库 燃料存贮设施或停车场等 岩层稳定 支护良好避难所存在三种工作方式 备用方式 外部支持和独立方式 独立方式应维持36h具备通讯 内部装备 并应考虑避险人员心理问题 照明 避难所在井下首次安装时应进行实验测试 包括真空测试 电源支持测试 以后一个合理周期 6或12月 也应检测按照制造商要求对避难所进行检查和维护 并作为日常工作的重点 15 3 矿井可移动式救生舱基本构成 3 1密闭空间人体生存参数研究 为了得到人体对密闭空间各类气体成分 温度 湿度等相关参数的影响及其边界条件 为矿用救生舱的设计提供依据 课题组在北科大建造了实验模拟舱 实验模拟舱外形尺寸 500 1300 1800mm 内部结构 设两道门 分为门舱和乘员舱 空间总容积为8 6m3 门舱尺寸 835 1180 1680mm 容积1 7m3 乘员舱尺寸 3470 1180 1680 容积为6 9m3 依据 人体生存所需最小空间为1m3 16 环境监测系统 硬件 17 空气净化系统 18 3 1密闭空间人体生存参数研究 4人10h舱内CO浓度随时间的变化 实验进行到360min 6h 舱内检测出CO 初步确定为舱内人员产生的 舱内出现CO后 至舱内4人实验结束时 测定值为16 10 6 19 矿用可移动式救生舱环境要求 舱内环境指标大气压力 101 33 5 kPa氧气浓度 18 5 22 二氧化碳浓度 0 3 0 8 大气温度 20 30 大气相对湿度 30 80 大气流动速度 0 1 0 4 m s微量气体浓度 不超过规定值 20 实验目的 模拟矿井灾变环境 测试救生舱的综合生存保障能力 考察救生舱内外仪器设备的性能 指标 系统地掌握密闭空间人员长时间生存的试验数据 实验条件 救生舱工业性试验标准试验大气条件为温度20 25 相对湿度60 85 试验过程中在试验控制室内通过标准气体钢瓶向巷道空间内注入一定浓度有毒有害气体 改变救生舱外气体成分 模拟矿井灾变环境 本次试验外部巷道实际气体环境及浓度为 CO 1400 10 6 CH4 2 CO2 3 7 N2 84 3 4救生舱样舱现场试验 21 实验设计 试验人员进舱前在医院进行了体检 舱内定期体检项目 测量心跳 血压 脉搏等基本生理数据并作记录 22 3 5样舱模拟实验主要结论 本次实验的救生舱各系统运转状态良好 具备了在矿井灾变环境下 8人四天的生存条件 所得每人耗氧量取平均值为0 31L min 状态为较安静状态 从实验曲线直接观察得 供氧量为 流量 60L min O2浓度基本不变或者稍有上升 换算为每人耗氧量为 0 32L min CO2浓度上升时间 人体呼出CO2 使浓度从0 3 0 8 上升0 5 正常需要时间27 37min 处于休息状态下 浓度上升需要40 55min 空气净化系统吸收时间 空气净化系统 12w 0 4A 吸收CO2 使CO2浓度从0 8 下降至0 3 需要时间20 35min 一组JS 1药剂完全吸收平均吸收效率为1 56L min 如果超过35min 在密闭空间内 人体排放的CO可以导致窒息事故发生 因此 必须加以严格的控制 尽管各类气体监测 检测仪表均进行了权威检定 但存在一定的误差 尤其是CO检测仪表 便携式与在线监测仪表存在一定差异 23 3 6救生舱外部防护检验 科技部 十一五 科技支撑计划在关于 可移动式救生舱关键技术 的技术指标中对救生舱舱体明确提出了隔热和抗冲击两项技术指标 隔热性能 瞬时1200 260 下持续12h 舱内温度30 以下抗冲击力 5MPa因此 为了检验救生舱的外部防护水平 研究救生舱的检验标准 有必要设计高温及爆炸试验 按照上述指标对救生舱测试 24 3 6 1救生舱隔温检验 外部环境260 救生舱内温度12h不超过30 25 3 6 2救生舱隔爆检验 瓦斯煤尘爆炸试验 进行200m3瓦斯 煤尘爆炸试验 救生舱安装位置距爆源为120m 该位置进行了4次试验 瓦斯 煤尘爆炸试验程序基本相同 只是在封闭瓦斯气体以前 采用煤粉架 在平巷中距离爆源35 130m处吊挂和平铺均匀布置180 220kg煤粉 煤粉粒度150 200目 煤挥发分为35 40 之后再用塑料薄膜封闭巷道 充入瓦斯 试验中电火花引爆瓦斯与空气的混合性爆炸气