矿井六大紧急避险系统讲座.ppt

1、煤矿井下安全避险 六大系统 魏引尚 博士 教授 硕士生导师 西安科技大学,1 引言 2 监测监控、压风自救、供水施救系统 3 井下人员定位系统 4 矿井通信联络系统 5 井下紧急避险系统,1 引言 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发201023号）要求煤矿和非煤矿山要安装 监测监控系统 井下人员定位系统 紧急避险系统 压风自救系统 供水施救系统 通信联络系统等技术装备,2 监测监控、压风自救、供水施救系统,监测监控系统瓦斯专项治理“十二字方针” 压风自救安全生产需要 2007支建煤矿“7.29”淹井事故，重要措施之一：加大送风、清淤和排水力度。 供水施救规程基本要求,3 矿井通信

2、联络系统 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求煤矿要按照在灾变期间能够通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求，进一步建设完善矿井通信联络系统。 矿井通信联络系统又称矿井通信系统，是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的重要工具。,3.1 特点 煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此矿井通信系统不同于一般地面通信系统，具有如下特点： （1）电气防爆； （2）传输衰耗大； （3）设备体积小； （4）发射功率小； （5）抗干扰能力强； （6）防护性能好； （7）电源电压波动适应能力强； （8）抗故障能力强； （9）服务

3、半径大； （10）信道容量大； （11）移动速度慢。,3.2 分类 矿井通信系统包括: (1)矿用调度通信系统； (2)矿井广播通信系统； (3)矿井移动通信系统； (4)矿井救灾通信系统等。,3.3 矿用调度通信系统 矿用调度通信系统一般由矿用本质安全型防爆调度电话、矿用程控调度交换机（含安全栅）、调度台、电源、电缆等组成，如图1所示。 矿用本质安全型防爆调度电话实现声音信号与电信号转换，同时具有来电提示、拨号等功能。 程控调度交换机控制和管理整个系统，具有交换、接续、控制和管理功能。,矿用程控调度交换机,调度台,广播控制设备,矿用本安电话,防爆广播设备,防爆广播设备,矿用本安电话,矿用本安

4、电话,录音设备,防爆显示屏,防爆显示屏,图1 矿用调度通信系统和矿井广播通信系统,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、来电声光提示、录音等功能。 矿用调度通信系统不需要煤矿井下供电，因此，系统抗灾变能力强。 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，不会影响系统正常工作。 当发生顶板冒落、水灾、瓦斯爆炸等事故时，只要电话和电缆不被破坏，就可与地面通信联络。 矿用调度通信系统抗灾变能力优于其他矿井通信系统。,3.4 矿井广播通信系统 矿井广播通信系统一般由地面广播录音及控制设备、井下防爆广播设备、防爆显示屏、电缆等组成，如图1所示。 地面广播录音及控制设备具有广播、录音、控制等功能，一般由矿用程控调度交

5、换机和调度台承担。 防爆广播设备将电信号转换为大功率声音信号，及时广播事故地点、类别、逃生路线等。 防爆显示屏显示事故地点、类别、逃生路线等信息。,3.5 矿井移动通信系统 矿井移动通信系统一般由矿用本质安全型防爆手机、矿用防爆基站、系统控制器、调度台、电源、电缆（或光缆）等组成，如图2所示。,系统控制器,基站,调度台,图2 矿井移动通信系统,矿用本质安全型防爆手机实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、来电提示、拨号、短信等功能，部分本安防爆手机还具有图像功能。 矿用防爆基站实现有线/无线转换、并具有一定的交换、接续、控制和管理功能。 系统控制器控制和管理整个矿井移动通信系统的设备，具有交换

6、、接续、控制和管理等功能。,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、广播、来电声光提示等功能。 矿用防爆基站和防爆电源设置在井下，矿用本质安全型防爆手机主要用于井下。 当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，会影响系统正常工作。 因此，严禁矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统。,3.6 矿井救灾通信系统 矿井救灾通信系统一般由矿用本质安全型防爆移动台、矿用防爆基站（含话机）、矿用防爆基站电源（可与基站一体化）、地面基站通信终端、电缆（或光缆）等组成，如图3所示。 矿用本质安全型防爆移动台实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、呼叫、来电提示等功能。,地面基站通信终端,防爆基站,矿用防爆基站实现有线/无线

7、转换、具有交换、接续、控制、管理、通话、呼叫、来电提示等功能。 地面基站通信终端具有通话、呼叫、来电提示等功能。,图3 矿井救灾通信系统,3.7 矿用IP电话通信系统 矿用IP电话通信系统一般由矿用本质安全型防爆IP电话、矿用防爆交换机、矿用防爆电源（一般有维持系统工作2小时的备用电源，可与矿用防爆交换机一体化）、调度台、地面普通交换机、光缆等组成。 调度台和地面普通交换机设置在地面。 矿用本质安全型防爆IP电话和矿用防爆交换机设置在井下。当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，会影响系统正常工作。 因此，严禁用矿用IP电话通信系统替代矿用调度通信系统。,2.8 系统作用 矿井通信系统的作用是：

8、（1）煤矿井下作业人员可通过通信系统汇报安全生产隐患、事故情况、人员情况等，并请求救援等。 （2）调度室值班人员及领导通过通信系统通知井下作业人员撤人、逃生路线等。 （3）日常生产调度通信联络等。 （4）矿井救灾通信系统主要用于灾后救援。,3.9 救援案例 2007年7月29日河南省陕县支建煤矿发生透水事故，共有69人被困。 被困人员通过电话及时将被困人数、位置和状况向地面汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救援时间。 同时通过该电话安抚被困人员，增强了被困人员生还信心。 最终被困69人成功获救。,3.10 现存问题 矿井通信系统是煤矿安全生产、紧急避险、应急救援的重要工具。 但部分煤矿没有按照

9、煤矿安全规程等有关要求，装备矿井通信系统； 矿用本质安全型防爆电话装备数量和地点均不符合煤矿安全规程等有关要求； 许多煤矿没有装备防爆语音广播设备。,3.11 技术及装备要求 煤矿必须装备矿用调度通信系统；积极推广使用矿井移动通信系统和矿井广播通信系统。矿山救护队应装备矿井救灾通信系统。 （1）矿井通信系统应符合有关标准要求，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证。 （2）用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。用于煤矿井下的电话必须是矿用本质安全型防爆电话。,（3）煤矿必须装备矿用调度通信系统。 用于煤矿井下的调度电话必须是矿用本质安全型防爆

10、电话。 调度电话应直接连接设置在地面的地面一般兼本质安全型调度交换机（含安全栅），并由调度交换机远程供电。 为防止煤矿井下因事故停电，影响系统正常工作，严禁调度电话由井下就地供电，或经有源中继器接调度交换机。 调度电话至调度交换机应采用矿用电缆连接。 调度电话至调度交换机的无中继通信距离应不小于10km。,（4）矿井地面变电所、地面通风机房、主副井绞车房、压风机房、井下主要水泵房、井下中央变电所、井底车场、运输调度室、采区变电所、上下山绞车房、水泵房、带式输送机集中控制硐室等主要机电设备硐室、采掘工作面、突出煤层采掘工作面附近、爆破时撤离人员集中地点、采区和水平最高点、井下避难硐室（或救生舱）

11、等必须设有直通矿调度室的调度电话。,（5）积极推广应用矿井广播通信系统，当发生险情时，及时通知井下人员撤离。 用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。 系统应具有扩音广播功能，宜具有显示功能。发生险情时，系统应能通过广播和显示牌，通知事故地点、类别、撤离路线等。 井下各行人巷道和作业地点应设置广播设备，宜设置显示牌。,（6）积极推广应用矿井移动通信系统，以提高通信的及时性和有效性。 但需要注意的是，矿井移动通信系统和矿用IP电话通信系统均不能替代矿用调度通信系统，这是因为矿井移动通信系统的基站和矿用IP电话通信系统的井下网络交换等设备均需井下供

12、电，其抗灾变能力远远低于不需井下供电的矿用调度通信系统。,（7）矿井移动通信系统具有通信及时和便捷的优点，特别适合煤矿井下移动的作业环境和流动作业人员。 煤矿井下带班领导、技术人员、区队长、班组长、瓦斯检查员、安全检查员、电钳工等流动作业人员，宜配备矿用移动电话，以便及时通报安全隐患、紧急避险和调度指挥。 （8）救护队应装备矿井救灾通信系统。 （9）完善管理制度，制定事故应急预案，在发生灾变时迅速通知井下人员撤离避险。,4 井下人员定位系统 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发

13、挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。 煤矿井下人员定位系统又称煤矿井下人员位置监测系统和煤矿井下作业人员管理系统。,煤矿井下人员位置监测系统具有:人员位置、 携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、 限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。 在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。,4.1 特点 煤矿井下是一个特殊而又恶劣的环境，无线电信号传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道、有甲烷等易燃易爆气体。 因此，GPS不能用

14、于煤矿井下。 目前煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID技术。 部分系统采用漏泄电缆，还可采用WIFI、ZigBee等技术，除具有人员位置监测功能外，还具有单向或双向紧急呼叫等功能 。,4.2 系统组成及工作原理 煤矿井下人员位置监测系统一般由识别卡、位置监测分站、电源箱（可与分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成，如图4所示。,矿务局（集团公司）,服务器,电视墙或投影,用户,重点产煤县、市,打印机,打印机,主机,主机,交换机,防火墙,传输接口,分站,识别卡,识别卡,分站,识别卡,识别卡,用户,服务器,路

15、由器,图4 煤矿井下人员位置监测系统,识别卡由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。 位置监测分站通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信息，并发送至地面传输接口。 电源箱将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。,传输接口接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。 主机主要用来接收监测信号、报警判别、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、控制打印输出、与管理网络联接等

16、。,4.3 系统作用 煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。 （1）遏制超定员生产。通过监控入井人数，进入采区、采煤工作面、掘进工作面等重点区域人数，遏制超定员生产。 （2）防止人员进入危险区域。通过对进入盲巷、采空区等危险区域人员监控，及时发现误入危险区域人员，防止发生窒息等伤亡事故。,（3）及时发现未按时升井人员。通过对人员出/入时刻监测，可及时发现超时作业和未升井人员，以便及时采取措施，防止发生意外。 （4）加强特种作业人员管理。通过对瓦斯检查员等特种作业人员巡检路径及到达时间监测，及时掌握检查员

17、等特种作业人员是否按规定的时间和线路巡检。,（5）加强干部带班管理。通过对带班干部出入井及路径监测，及时掌握干部下井带班情况，加强干部下井带班管理。 （6）煤矿井下作业人员考勤管理。通过对入井作业人员，出/入井和路径监测，及时掌握入井工作人员是否按规定出/入井，是否按规定到达指定作业地点等。,（7）应急救援与事故调查技术支持。通过系统可及时了解事故时入井人员总数、分布区域、人员的基本情况的等。 若事故时，系统不被完全破坏，还可在事故后2小时内（系统有2小时备用电源），掌握被困人员的流动情况。 在事故后7天内（识别卡电池至少工作7天），若识别卡不被破坏，可通过手持设备测定被困人员和尸体大致位置，

18、以便及时搜救和清理。,（8）持证上岗管理。通过设置在人员出入井口的人脸、虹膜等检测装置，检测入井人员特征，与上岗培训、人脸、虹膜数据库资料对比，没有取得上岗证的人员不允许下井，特殊情况（如上级检查等）需经有关领导批准，并存储纪录。 （9）具有紧急呼叫功能的系统，调度室可以通过系统通知携卡人员撤离危险区域，携卡人员可以通过预先规定的紧急按钮向调度室报告险情。,4.4 相关标准 有关煤矿井下人员位置监测系统安装、使用、维护与管理的标准有AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范。 有关煤矿井下人员位置监测系统生产、设计、测试与检验的标准有: AQ 6210-2007煤矿井下作业人

19、员管理系统通用技术条件 MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件,MT/T1005-2006矿用分站 MT/T1007-2006矿用信息传输接口 MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求 MT/T1081-2008矿用网络交换机 MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源 MT/T772-1998煤矿监控系统性能测试方法 MT/T899-2000矿用信息传输装置等。,4.5 装备要求 （1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入井、出/入采掘工作面等重点区域、出/入盲巷等限制区域

20、的要求。 基于RFID的煤矿井下人员位置监测系统，宜设置2台以上分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。 （2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入方向的要求。 巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。,（3）下井人员应携带识别卡。识别卡严禁擅自拆开。 （4）工作不正常的识别卡严禁使用。性能完好的识别卡总数，至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的识别卡，性能完好的识别卡总数至少比每班最多下井人数多10%。 （5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。,（6）各个人员出入井口应设置检测识别卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及

21、有关人员。 识别卡工作正常和唯一性检测可以采用机器与人工配合的方法，也可采用虹膜、人脸等自动检测方法。 煤矿井下人员位置监测系统识别卡正常工作和下井人员每人一张卡，且仅携带表明自己身份的卡，是遏制超能力生产、加强煤矿井下作业人员管理、为应急救援提供技术支持的必要条件。,5 井下紧急避险系统,国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求建设煤矿井下装备井下紧急避险系统。 煤矿井下紧急避险系统，改善原有矿井避灾系统功能，促进矿井救灾实质性作用。,46,煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定,1.煤矿井下紧急避险系统是指在煤

22、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。 2.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。,永久性固定避难所（Permanent Chamber）：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

23、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。 临时性固定避难所（Temporary Chamber）：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（Portable Chamber）：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。,48,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

24、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21502650）、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: 24ppm H2O: 0.5% N2: 78.62%,灾变,灾后矿井环境 O2：15.3% CO2：3.6% CO: 10004000ppm H2O:6.2% N2: 74.9%,据统计，在瓦斯煤尘爆炸事故中，

25、死于CO中毒或窒息的人数占总死亡人数的80%以上。,国内矿山井下避难所建设情况,2008年8月，温家宝总理、张德江副总理做出批示，要求学习南非等国的先进经验进一步提高我国应急救援水平，减少因矿难事故造成的损失；张德江副总理及国家安监局领导多次考察并指导救生舱等应急装备的研发工作。 矿井所特有的灾变环境，使得矿用救生舱的设计有别于太空舱、潜艇舱等舱室的设计。,50,2006年科技部批准立项的国家“十一五”科技支撑计划专题“遇险人员快速救护关键技术与装备的研究”（编号：2006BAK25B00-4）子专题“可移动式救生舱研究”项目由北京科技大学和潞安矿业集团公司共同承担，已于2009年3月通过技术

26、鉴定；2010年3月通过科技部的验收。 目前，已有数十家企业参与到救生舱制作工作，有望形成一个新兴安全产业。,51,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,52,我国煤矿避险系统建设阶段,2010年5月19日，“全国煤矿坚决遏制重特大事故”现场会在潞安集团举行，赵铁锤局长表示，到2012年，国有重点煤矿建立将建立“监测监控”、“人员定位”、“紧急避险”、“压风自救”、“供水施救”和“通信联络”等安全避险六大系统；到2015年中国所有煤矿必须都建设完成。 国务院23号文明确：将紧急避险系统

27、的研发与制造作为安全产业加以培育，纳入国家振兴装备制造业的政策支持范畴，并要求2013年前建设六大系统。 2010年10月14日，智利矿难成功救出33名矿工后，在接受媒体采访时赵铁锤表示“矿井救生舱是重中之重”。 2010年11月12日，国家局召开的推进煤矿井下安全避险“六大系统”建设专题会（电话会）上，王树鹤副局长重申了实施安全避险系统的时间表。,53,具备较高起点。在充分借鉴发达国家成功经验和做法的基础上，将潜艇、船舶、高楼逃生等领域的一些高新技术用于井下避难所研发 相关领域的单位参与。除传统矿用产品研发领域的单位开展研发外，相关领域的机构参与救生舱研究，推动整体水平的提高 设备需要实践检

28、验和优化完善。救生舱等避难所是生命工程，要求高技术含量和高可靠性。相关技术装备的引进和相关领域技术的采用应根据中国煤矿的特点，在设备研发过程中虽经大量试验，也需通过实用不断优化调整，以最大限度保证避险人员的生命安全,需要通过试点建设工作完善相关标准。在充分借鉴国内外成功经验和广泛征求意见的基础上，近两年来国家煤矿安监局先后发布了煤矿井下避难所（救生舱）基本要求（试行）、煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本要求及检查验收暂行办法 、煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定 。矿用可移动式救生舱通用要求（AQ标准）也已经过多轮修改，尚需通过试点建设工作加以完善 需要完善相关试验设施和验证手段,救生

29、舱使用功能,可移动式矿用救生舱主要适用于煤矿或非煤矿山井下发生的各类爆炸，煤与瓦斯突出、冒顶、外因火灾等事故现场的人员避难，也可作为日常的矿井气体监控设施、矿难时井下临时指挥与调度场所使用。 救生舱是矿山救援系统的重要组成部分，在设计上配备了巷道内气体、温度、压力等参数的检测系统，可独立工作的动力系统，生命维持系统、环境控制系统以及必要的保护结构。,救生舱在设计上充分考虑了使用现场环境的复杂性和恶劣性。采用了坚固的钢制外壳，防火、防锈、防腐的专用涂层。舱体设有独立的生命维持系统，在没有外界动力条件下可提供8人4天的生存环境。在设计上强化了通讯系统，支持目前广泛应用的井下电话通讯系统，并设有无线

30、电通讯设备和舱外警示装置。 针对特殊情况设计了观察窗和紧急逃生装置。装备了较为舒适的内部装饰，可缓解在紧急情况下避难人员的紧张情绪。,57,三防一隔： “防毒、防火、防震、隔爆”,四基地： 一、矿工生命的救生基地 二、救护人员的中转基地 三、救灾人员的指挥基地 四、与井上进行通讯的联络基地,58,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。,矿井避难峒室及避险系统的应用,59,生存室的宽度不得小于2.0米，长度根据设计的额定避险人数以及内配装备情况确定。生存室内设置不少于两趟单向排气管和一趟单向排水管，排水管和排气管应加装手动阀门。 永久避难硐室生存室的净高不低于2.0米，每人应有不低于1.0米2的有效使用面积，设计额定避险人数不少于20人，宜不多于100人。 临时避难硐室生存室的净高不低于1.85米，每人应有不低于0.9米2的有效使用面积，设计额定避险人数不少于10