F井紧急避险系统建设与范例(金龙哲)

矿井紧急避险系统建设与范例主讲人：金龙哲教授单位：北京科技大学信箱：lzjin@

主要内容2紧急避险系统的构成3潞安常村矿范例1紧急避险系统功能定位4中煤大屯煤电公司范例1、避险系统的功能定位4

矿难救援人员打通被堵巷道支护防爆装载机支架支柱被困人员救生舱（食物、水）氧气

地面指挥中心通讯大功率大扬程深水潜水泵排水十一五指南要求：容纳人数：额定8人；生存天数：不小于4天；舱体结构：分段式；抗冲击力：＞5MPa；隔热：瞬时1200℃持续260℃下12h，舱内温度：30℃以下1、紧急避险系统功能定位国外主要国家使用的应急避难所主要有以下三种类型：永久性固定避难硐室（PermanentChamber）：在矿井巷道两侧地层中直接挖掘而成，主要布置在主巷或逃生路线上。利用贯穿到地面的钻孔，向避难所内持续提供输送新鲜空气，并实现与地面的通讯。临时性固定避难硐室（TemporaryChamber）：在矿井工作面附近的巷道或煤层中挖掘而成，依靠氧气瓶等设备为避难所提供一定时间的氧气。当该工作面停产后，临时性避难所即被废弃，避难所内密封门、氧气瓶、通讯、监测仪器等设备被转移到新的临时避难所中。可移动式救生舱（PortableChamber）：多数为舱体式结构，具有行进装置或者吊装、拖曳部件，能在巷道中移动，随工程进度不断改变位置。氧气瓶、通讯、监测仪器等设备均安装在舱体内。南非煤矿井下安全防护体系与技术装备调研报告（2008年9月）功能冒顶片帮煤与瓦斯突出火灾、爆炸1、避险系统的功能定位2紧急避险系统的构成2紧急避险系统的构成2紧急避险系统的构成可实现全员覆盖救护能力：8人救生舱救生舱技术成果扩大拓展延伸把矿用可移动式救生舱生命保障技术进行放大拓展延伸，形成和开发避难硐室成套技术装备。避难硐室具有救生舱的一切防护功能，而且具有更大的维生空间，可以满足一定区域内所有矿工的避险维生需求，实现井下避险全员覆盖。避难硐室救护能力：10人-100人3、潞安常村矿范例3.1构建目标全矿井建立新型安全防护体系，建立全国首个“安全防护示范矿”常村煤矿N3采区布置救生舱和避难硐室，建立首个示范采区目标逐步在整个潞安矿业集团推广“新型安全防护体系”，提高煤矿安全生产水平12N3采区防护设施布置选址图永久避难硐室可移动式救生舱133.2避难硐室的系统组成供氧系统：通讯系统：启动顺序供氧方式主要内容1压风管路供氧通过与矿井压风系统相连的压风管路向避难硐室供氧2瓶装氧气供氧当压风系统故障时，通过瓶装氧气向避难硐室供氧3地面钻孔供氧当地面钻孔打开后，压风管路、瓶装氧气关闭，通过地面钻孔向避难硐室压风供氧通讯方式说明实埋通信电缆通过深埋方式进入避难硐室地面通信电缆由地面钻孔进入避难硐室的7芯电缆井下小灵通通信信号通过井下中继站到达地面扩音群呼电话3.2避难硐室的系统组成环境监测系统：系统构成说明内部环境监测系统包括H2S、O2、CO、CO2、CH4、温度检测仪外部环境监测系统包括CO、O2、CO2、CH4传感器环境控制系统：系统构成说明温度控制采用各种空调调节温度湿度控制通过循环风和吸附剂控制湿度空气净化化学吸附剂氧气控制氧气瓶控制氧气浓度3.1避难硐室的系统组成支护（1）煤体性质（2）支护荷载（3）断面尺寸（4）支护形式（1）支护形式（5）支护材料3.3硐室内部支护方式图（1）煤体性质（实验测定）（2）支护荷载

支护荷载、断面形状三轴抗拉压度单轴抗压强度原岩应力原岩应力：围岩变形阻力构造运动煤层重力塑性变形弹性变形膨胀变形碎胀变形重力变形3.3硐室内部支护方式图18（3）避难所断面尺寸：净宽3.5m、净高3m半圆拱、带底拱；（4）支护形式：锚喷、锚杆、锚索、锚网、砌碹、金属支架、

联合支护等；（5）支护材料：钢筋混凝土、充填、密闭材料等。断面尺寸图避难硐室支护施工图3.3硐室内部支护方式图192023/1/1419性能要求材料抗压性能冲击波1MPa16Mn钢耐高温性能瞬间1000℃防火涂料，保温填充材料气密性能隔绝CO、H2S等有毒有害气体耐高温胶条，六点锁紧机构（1）防火防爆系统防爆密闭门和墙（2）密闭系统该系统将避难所与外部空间隔离，防止关门后有毒有害气体的渗入，具有阻燃、密闭、缓冲功能避难硐室密闭充填层（3）阻隔系统将伴随人员进入的有毒有害气体阻隔在避难硐室外，从而避免避难所内部空间被毒害气体侵入。阻隔气幕22保证空间所需氧气含量，提出“三级供氧系统”的概念；（4）供气系统23一级供氧——地面钻孔压风供氧

通过地面钻孔的方式，将压风管路、通讯管路和其他相关管路输送到避难硐室内与散气管路连接，实现硐室内部与地面的连通。地面钻孔压风示意图避难硐室内钻孔实景二级供氧——井下压风供氧通过引入井下压风管路，实现避难硐室内部的氧气供给。井下压风管路供氧示意图25压风的控制启闭阀、减压阀出气压力0.1~0.3MPa进气压力0.3~0.7MPa压风控制柜矿井压风自救系统应能为紧急避险设施供给足量氧气，接入的矿井压风管路应设减压、消音、过滤装置和控制阀，压风出口压力在0.1~0.3兆帕之间，供风量不低于0.3米3/分钟·人，连续噪声不大于70分贝。26三级供氧——生氧净化器供氧

生氧净化器装置能够去除空气中多余二氧化碳，混合氧气并释放到避难硐室内，当氧气瓶用尽时还可提供化学氧。氧气汇流架氧气控制箱生氧净化器（5）通讯系统硐室内的有线电话，实现与地面的连通，降低搜救工作的难度；（6）监测监控系统硐室内人员根据监测系统提供的CO、CH4、CO2、O2、H2S等含量，调整相应系统。地面指挥人员根据监控和检测系统提供的信号，组织救援；（7）其他系统医疗系统、食品、水、卫生系统和自救器等。避难硐室内通讯及监测系统避难硐室电力系统具备自备氧供氧系统和有害气体去除设施。供氧量不低于0.5升/分钟·人，处理二氧化碳的能力不低于0.5升/分钟·人，处理一氧化碳的能力应能保证在20分钟内将一氧化碳浓度由0.04%降到0.0024%以下。在整个额定防护时间内，紧急避险设施内部环境中氧气含量应在18.5%～23.0%之间，二氧化碳浓度不大于1.0%，甲烷浓度不大于1.0%，一氧化碳浓度不大于0.0024%，温度不高于35摄氏度，湿度不大于85%，并保证紧急避险设施内始终处于不低于100帕的正压状态。采用高压气瓶供气系统的应有减压措施，以保证安全使用。按额定避险人数配备食品、饮用水、自救器、人体排泄物收集处理装置及急救箱、照明设施、工具箱、灭火器等辅助设施。配备的食品发热量不少于5000千焦/天·人，饮用水不少于1.5升/天·人。配备的自救器应为隔绝式，有效防护时间应不低于45分钟。（五）其他系统28第三步第一步在常村煤矿N3采区布置救生舱和避难硐室，建立首个示范采区第二步在常村煤矿全矿井建立新型安全避险系统，建立全国首个“安全防护示范矿”在整个潞安集团推广“新型安全避险系统”，提高煤矿安全生产水平3.4.1建设目标(三步走)第二步常村矿新型安全避险系统建设全部完成后，包括2座永久性固定避难硐室、5座临时性固定避难硐室，62台可移动式救生舱，最终将实现覆盖井下当天当班全部970名作业人员的防护目标。3.4潞安集团常村煤矿避险系统29足够坚固，能够抵御外部如顶板冒落、瓦斯煤尘爆炸冲击能够将外部有害的气体环境、高温热环境隔

绝能够监测

空间内外环境

状况，并能依靠通讯设备向外主动传递井下信息

能在一定的时间内提供维持生命所必需的氧气、水、食物等舱体设计气密隔热内部设备内部空间3.4.2紧急避险体系的功能定位3.4.3潞安常村矿避险体系设置原则1.全面对接,互联互通矿井现有安全生产系统接入供电系统压风系统通讯系统避难空间安全防护设备空气供应设备内部动力供应设备监测监控、通讯设备

各个避难空间（尤其救生舱和永久避难硐室之间）实现互联互通，形成防护系统的网络化，每一个固定避难硐室都能在灾变条件下成为井下的临时救援指挥中心。312.多级防护，独立运行当矿井各固有系统和网络因灾害、事故崩溃时，所有避难空间内都能形成独立运行、完整有效的维生系统，保证避险人员的生命安全。矿用可移动式救生舱（2级防护）永久避难硐室（3级防护）临时避难硐室（2级防护）3.4.3潞安常村矿避险体系设置原则3.多点布置，全员覆盖新型安全避险系统将会根据井下的作业条件、巷道位置、劳动组织、人员分布情况多点布置不同规格的紧急避险空间和维生设施。确保全员覆盖井下每名矿工，使井下人人享有一个避险维生的防护空间。3.4.3潞安常村矿避险体系设置原则33编号年龄时间间隔/min距离/m速度/m/min地点行走方式巷道照明1351105105轨道上山正常有2281117117轨道上山正常有3301106106轨道上山正常有4241151151皮带上山快速有5281138138皮带上山快速无6281125125皮带上山快速无73919898综采工作面正常无8261115115掘进工作面正常无9271110110掘进工作面正常无10331107107掘进工作面正常无平均速度（m/min）117.2实测表明，矿工在井下正常情况下行走平均速度为117m/min，考虑到井下发生事故时的复杂情况：行进速度考虑50%安全系数自救器使用时间考虑50%安全系数最终确定距离设置小于500~1000m4.就近避难，迅速便捷3.4.3潞安常村矿避险体系设置原则煤与瓦斯突出矿井应建设采区避难硐室。突出煤层的掘进巷道长度及采煤工作面推进长度超过500米时，应在距离工作面500米范围内建设临时避难硐室或设置可移动式救生舱。其他矿井应在距离采掘工作面1000米范围内建设避难硐室或设置可移动式救生舱。343.4.5救生舱在巷道中的布置方式3.648h载人模拟试验分析试验时间试验阶段验证避难硐室三种供氧系统可靠性；监测避难硐室三种供氧系统下各环境参数实际变化情况及规律；试验目的检验避难硐室内各个设备仪器的运行状态。高压氧气瓶供氧试验16h16h16h地面钻孔供氧试验矿井压风供氧试验3.548h载人模拟试验分析三组试验地面钻孔和井下压风供氧量维持在20%~20.5%之间生氧净化器供氧量在19%~21.5%范围内波动；三组试验二氧化碳浓度都没有超过1%，均符合要求。

-地面钻孔试验二氧化碳平均浓度在0.45%左右;-井下压风试验二氧化碳平均浓度在0.6左右;-生氧净化器试验二氧化碳浓度在0.6%左右。2、80人井下48h载人模拟试验分析试验结果表明：

空调系统在硐室仍然十分必要；

人体排放CO量仍很高；

在傍晚人体集中排放H2S；

压风管路的设计十分重要，应降低噪音；

煤巷中布置硐室应注意CH4涌出问题。…按额定避险人数配备食品、饮用水、自救器、人体排泄物收集处理装置及急救箱、照明设施、工具箱、灭火器等辅助设施。配备的食品发热量不少于5000千焦/天·人，饮用水不少于1.5升/天·人。配备的自救器应为隔绝式，有效防护时间应不低于45分钟。3.648h载人模拟试验分析应急救援指挥信息管理系统——瓦斯突出事故模拟应急救援指挥信息管理系统——瓦斯煤尘爆炸事故模拟4、中煤大屯公司范例4.1徐庄矿避险系统设计永久避难硐室选址选址依据：1.《暂行规定》2.人员分布3.地质条件：中等稳定～稳定型岩层选址结果：

-750水平Ⅱ⑶采区下部车场附近构建1个永

久避难硐室，服务于Ⅱ⑶采区上山与Ⅱ⑶下采区准备工程

掘进五队和掘进九队的工作人员的避险需求。规模：

徐庄矿Ⅱ（3）采区每班最多作业人数91人，取1.2富裕系数，确定Ⅱ⑶采区永久避难硐室的规模为100人。尺寸：

该避难硐室生存室长度设计为37m，过渡室长度设计为6.5m，硐室设计总长度为54m，硐室宽度为3.1m，总面积167.4m2，去除设备满足人均1.2m2。支护：中等稳定～稳定型岩层，采用锚喷支护。4.2徐庄矿避难硐室设计2023/1/14缓冲区域生存区域防爆密闭墙4.2徐庄矿避难硐室设计硐室构成37561供氧系统空气阻隔系统其他附属系统空气调节系统24净化系统密闭系统监控系统8通讯系统4.3徐庄矿避难硐室系统组成464.3.1供氧系统：启动顺序供氧方式主要内容1压风供氧通过与矿井压风系统相连的压风管路向避难硐室供氧。2氧气瓶供氧当压风系统故障时，通过瓶装氧气向避难硐室供氧方式。3化学氧供氧当上述两种方式均失效时，采取化学氧供氧方式。4.3徐庄矿避难硐室的系统组成47常村矿避难硐室密闭充填情况4.3.2密闭系统密闭系统将避难所与外部空间隔离，防止关门后有毒有害气体的渗入，具有阻燃、密闭、缓冲功能由于徐庄硐室建在岩层，大为降低了密闭工程费用。徐庄矿避难硐室内部硐室打压试验数据表明：1）避难区密闭最高压差可达1800Pa，历经10min左右，压差降至100Pa左右时，避难区内压力变化趋于平

缓，压差保持稳定。2）硐室整体密闭性最高压差可达2700Pa左右，当压差

降至180Pa左右时，硐室内压力变化趋于平缓压差保持

稳定。压风系统正常运行时，整个硐室可以维持2700Pa左右的正压状态。4.3.2密闭系统选用了新型气幕装置（美国产）以及压风喷淋系统，可有效阻隔与洗涤有毒有害气体。阻隔气幕4.3.3空气阻隔及喷淋系统压风喷淋50通讯方式说明有线通