煤矿井下紧急避险体系研究

煤矿井下紧急避险体系研究

煤炭事故主要包括砖瓦、屋顶、洪水、火灾、机械、炸药燃烧和爆炸。其中，屋顶和壁面事故的数量最多，分别为37.72%和29.18%。我国煤炭95%以上是井工开采,在应对煤矿危险威胁面前,人类控制自然的能力有限,许多情况下,人们惟一的对策是迅速撤离危险区域。根据事故统计和救援经验,矿井第一现场因爆炸、坍塌等瞬间死亡人员比例只有不到10%,绝大部分是因爆炸等造成周围氧气耗尽、高浓度有毒有害气体、逃生路线阻断无法撤到安全区或不能及时升井所致,形成人员伤亡的直接原因。产煤发达国家煤矿紧急避险体系建设较为完善,起到保护矿工生命和提高应急救援能力的作用,完成了煤矿事故发生率由高到低的转变,进入“高产量、低伤亡”阶段。本文通过对产煤发达国家紧急避险理论及应用进行分析,研究紧急避险体系建设相关参数及救援案例,借鉴国外成功经验,提出国内煤矿井下紧急避险体系建设关键问题及对策。1发达国家的紧急保障1.1紧急避险设施加拿大自1928年Hollinger矿发生死亡39人的火灾后,就出现通过面罩供氧的初级避难硐室(密封起来的废弃巷道,采用矿井压风系统提供呼吸空气),最初没有CO2吸收系统,在密闭硐室内不到10hCO2浓度达到25%,造成人员死亡。后来出现CO和CO2等有害气体处理系统,紧急避险体系扩展到救生舱、自救器、直通地面的通讯系统、避难硐室(救生舱)内的食物、饮水及供氧系统,加拿大通过立法形式强制矿山执行。这一套理论已取得效果,2006年1月29日,加拿大萨斯喀彻温省钾盐矿发生火灾事故,井下72名矿工逃进井下“避难站”,被困36h后全部被救,避难所发挥重要作用7。南非20世纪70年代出现把压风管引入盲巷形式的简易避难所。紧急避险研究主要针对矿井爆炸、火灾等事故,在距离工作面一定距离内建设庇护所,配有通风设备、救援电话、备用自救器和饮用水,矿工在逃生指示装置的指引下,在便携式自救器有效工作的时间内撤离到最近的安全庇护所,等候救援。南非通过立法要求矿山企业建设安全避难所并纳入应急救援体系,井下避难所已是南非矿山应急救援中一项成熟而有效的安全设施。2003年和2005年,南非两个特大金矿先后发生停电和火灾事故,当时一个矿井井下有3400多人,只死亡9人,救护队从井下各个避难所内救出280人;另一个矿井在2600人返回地面后,发现52人失踪,两天后在井下避难所找到,全部安然无恙7。澳大利亚自2000年一直使用可移动式救生舱,还采用“自救器+中继站”避险设施。美国早期避险理论始于避难硐室研究,在井下利用水泥砌块建造避难隔离墙,或在巷道顶板和两帮上悬挂隔离屏障形成隔离空间,供遇灾矿工避险等待救援。这一原始避险理论持续到2006年1月西弗吉尼亚州Sago煤矿爆炸事故,此次事故造成12名(1人当场死亡、11人因窒息死亡)矿工遇难,西弗吉尼亚州政府率先对井下紧急避险设施做出规定,并对救生舱产品实施州政府批准。2006年《矿山改善和新应急反应法》突出了避难硐室(移动救生舱)和应急通讯系统在避险救援中的作用,要求矿山经营者将井下避难所纳入“应急反应方案”。此阶段避险理论认为:避难硐室与救生舱结合使用,在矿井巷道两侧地层中直接挖掘或利用已有巷道建造而成,布置在主巷或逃生路线上,配备维持人员生存所必需的清新空气、跟踪定位、应急通讯和食物,具备防止火灾及爆破等灾害能力,逃生路线要用反光材料制成。国外紧急避险研究最初针对金属矿,研究内容集中在井下避难硐室(救生舱)功能、布置原则、救援效果评价及通过何种方式加以实施,为灾害事故发生不可避免情况下井下矿工无法及时撤离时,提供一个安全的避难场所,从而延长救援时间,提高应急救援的效果。目前澳大利亚、美国均能独立生产避险设施,其中MineARC、StrataSafetyProducts、Kennedy已走到行业的前列。2003~2009年美国、南非、中国煤矿死亡事故对比如表1所示。1.2紧急避险系统澳大利亚、南非、加拿大、美国等矿业发达国家开展井下紧急避险研究较早,加拿大、南非使用避险设施已有多年历史。早期的避险设施主要指井下避难硐室,后期出现了救生舱、救护器等。各国紧急避险体系功能定位:井下发生煤与瓦斯突出、火灾、瓦斯煤尘爆炸、透水、冒顶等灾变事故后,在逃生路径被阻时,为无法及时撤离的遇险人员提供一个安全的密闭空间。对外能够抵御高温烟气,隔绝有毒气体;对内能为遇险人员提供氧气、食物和水,去除有毒有害气体,提供维持数日的基本生存条件;并且能为应急救援创造通信、监测条件,赢得救援时间,最终实现安全脱险。1.3可移动救生舱硬式”生活质量保障产煤发达国家煤矿井下紧急避险体系基本包含:避难硐室(永久性、临时性)、可移动救生舱(硬体式、软体式)、个人防护设施(自救器、便携式气体检测仪)、供氧系统、应急通讯系统、避险标识系统、培训演练系统及基于避险设施的应急救援预案等。美国要求矿山经营者的应急救援预案必须得到政府管理机构批准。1.4对于不同维护时间的叶片,一般可建立2.避险设施选择与布置要考虑所服务区的特点及灾害类型,布置地点考虑离最近工作面距离、岩层性质、自救器维护时间及遇灾人到达难易程度等因素,一般以自救器50%额度维护时间测算,自救器维护时间不低于30min。避险设施位置及避灾路线标识在矿图上,保持避险设施处于可用状态,美国还要求矿山经营者每季度至少培训演练一次。1.5硬体救生舱地球物理/地面产煤发达国家紧急避险体系建设时间及功能参数各不相同,选用的避险设施类型及标准各异,如表2所示。MSHA(minesafetyandhealthadministration)要求提供96h维护时间尚未得到验证,但36h已可达到;硬体救生舱采用腔体结构,面板为5mm厚的钢板,中间充填隔热材料,避难硐室墙体为1m厚水泥砌筑;在生命维持中,南非多采用贯通硐室与地面的钻孔供氧方式;容纳人数依据避险设施类型有所不同,救生舱可容纳8~40人、避难硐室50~80人,美国、南非对人均占有空间进行了规定;实施形式上,各国均通过立法形式加以强制执行,美国、南非、澳大利亚等还要求纳入应急救援方案;硐室(救生舱)内要求密闭正压,以防止外界有毒气体侵入;避难设施动力系统,美国、澳大利亚倾向于救生舱无源动力支持。2中国煤矿应急救援系统建设2.1矿井紧急避险国内煤矿在采、掘工作面等易发生突出区域布置简易硐室,采用压风送气,硐室不密封,也没有食品、通讯等生命维持系统,容纳人数较少,属于紧急避险体系建设初级阶段。发生事故后,这些初级避难硐室作用有限,煤矿企业对紧急避险体系建设也不重视。2010年智利33名矿工被困井下69天后成功获救,井下应急避难所发挥了重要作用,受此案例启发,国家推出了国内煤矿井下安全避险“六大系统”建设,要求加强“紧急避险”研究与开发。矿用救生舱、避难硐室等紧急避险设施的研发列入国家“十一五”科技支撑计划,项目研究成果已在潞安矿业公司常村煤矿进行了试点应用。在“六大系统”建设中,“紧急避险”系统最为困难,为此,国家安全监管总局连续出台了指导性文件,要求煤矿企业完善落实。国内现有30余家企业参与避难硐室(救生舱)及配套设施研发及生产,对紧急避险系统体系结构、布置原则、产品标准及系统实施提出有益建议和方法。2.2中国煤矿应急救援系统建设的方法1紧急避险建设中的国家标准不统一国内井下紧急避险理论研究处于初级阶段,国家层面的紧急避险概念定义及功能尚无统一的行业标准,这有可能导致紧急避险建设中的标准认定困难,影响系统功效发挥。紧急避险系统建设缺乏立法形式的支持,煤炭企业执行力度有限,因其投资风险较大导致中小煤炭企业自觉性不强,需要国家层面立法支持。2紧急避险体系避险设施类型选择、布置地点,避险标识、自救器使用及供氧、饮水、食物、通信等配套系统的设置与维护,是紧急避险体系建设的重点,要能覆盖井下所有人员与区域。避难硐室与救生舱结合使用,布置时考虑距离最近工作面距离、遇灾人到达避难硐室(救生舱)难易程度、自救器50%额定维护时间等因素。煤与瓦斯突出矿井、易自燃矿井应优先建设避难硐室,同时加强自救互救、心理及避险技能训练,确保避险设施处于可用状态。3危险源感知、风险评估与人员定位紧急避险仅是加强煤矿安全保障基础工作的硬件部分,不是万能的。避险系统功能发挥应与危险源感知、风险评估、自救与互救、应急通讯与人员定位、避灾人员心理生理及避灾行为训练等相互兼容。必须开展基于紧急避险系统的应急救援新体系研究,制定科学的救援预案,打造熟悉避险设施新型救援队伍,建设富有中国煤矿特色的“ERP”应急救援新体系。4建立安全文化产煤发达国家普遍重视企业安全文化建设,澳大利亚对安全制度的自觉执行确保了井工煤矿0死亡记录。安全文化是管理思想的体现,可以引导人们自觉地行动,弥补管理制度上的不足。“首选升井地面最安全、升井不能进避难所”、“紧急避险是生命保障系统最后一道防线”、“定期培训演练”、“避险设施使用培训”等内涵的避险安全文化建设应先期开展。3聚合资源,完善应急救援体系1)紧急避险体系建设对挽救矿工生命起到重要作用,能够提高煤矿安全保障能力,避险体系建设需要立法保障。2)避险设施布置与维护是紧急避险体系建