胡文軍，胡章地，陳 龍，董 強，竇宇雄，張電吉

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢工程大學(xué)法商學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

礦山井下安全避險“六大系統(tǒng)”包括：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、緊急避險系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng).國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2011 年7 月下發(fā)了《關(guān)于切實加強金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)的通知》，要求國內(nèi)所有的已建設(shè)的地下礦山在2013 年6 月底前必須完成“六大系統(tǒng)”的建設(shè)任務(wù).筆者主要針對中小型磷礦進行了“六大系統(tǒng)”建設(shè)方案的研究[1-6].

中小型地下開采磷礦一般具有如下特點：緩傾斜磷礦層，平硐或斜井/斜坡道開拓，淺孔房柱采礦法，年生產(chǎn)能力較小，井下同時作業(yè)人數(shù)較少，井下安全出口較多.

中小型磷礦開采過程中可能存在的主要危險因素有：采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、冒頂片幫、中毒和窒息、放炮和火藥爆炸、火災(zāi)、車輛傷害、機械傷害、高處墜落、物體打擊、觸電(包括雷擊)、透水等；有害因素有：粉塵危害、噪聲危害、其它危害等.井下安全避險“六大系統(tǒng)”(含避災(zāi)硐室)應(yīng)具備防范采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、冒頂片幫、火災(zāi)、水災(zāi)、中毒和窒息、放炮和火藥爆炸等事故的基本功能.

本文將中小型磷礦劃分為以下兩類：①普通類.平硐開拓、自流排水，水文地質(zhì)條件簡單，且生產(chǎn)中段在地面最低安全出口以下垂直距離小于300 m，距中段安全出口實際距離小于2 000 m，其“六大系統(tǒng)”(含避災(zāi)設(shè)施)暫可不具備防范透水事故的功能.經(jīng)論證，此類礦山中有些礦山可緩建或不建避災(zāi)設(shè)施.②防透水類.斜井/斜坡道開拓，水文地質(zhì)條件中等或復(fù)雜，生產(chǎn)中段在地面最低安全出口以下垂直距離超過300 m，距中段安全出口實際距離超過2 000 m，其“六大系統(tǒng)”(含避災(zāi)設(shè)施)應(yīng)具備防范透水事故的功能.

1 緊急避險系統(tǒng)

緊急避險系統(tǒng)包括個體防護(自救器、礦燈、通訊設(shè)備)、避災(zāi)設(shè)施、合理設(shè)置的避災(zāi)路線、科學(xué)制定的應(yīng)急預(yù)案等[1].

根據(jù)“撤離優(yōu)先，避險就近”的原則，結(jié)合各礦具體情況，制定避災(zāi)路線.

根據(jù)《生產(chǎn)經(jīng)營單位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》(AQ/T 9002-2006國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局)及安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)等要求，編制應(yīng)急救援預(yù)案.

緊急避險設(shè)施設(shè)置原則應(yīng)符合《金屬非金屬地下礦山緊急避險系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》(AQ 2033-2011)要求.

避災(zāi)設(shè)施包括救生艙和避災(zāi)硐室等.根據(jù)礦山實際情況選用.選用救生艙應(yīng)考慮避災(zāi)人數(shù)、運輸及安裝條件等.

中船重工礦用救生艙分A、B、C、D四個系列，分別為全能型(圓形)、防爆型(方形)、防透水型(圓形)、避難艙室(圓形).

避災(zāi)硐室方案分為大直徑鉆孔通風(fēng)方案；井巷內(nèi)鋼管供風(fēng)供水局扇通風(fēng)換氣方案.

選用大直徑鉆孔通風(fēng)避災(zāi)硐室方案應(yīng)充分考慮鉆孔深度、地質(zhì)地層及鉆孔設(shè)備條件.中小型礦山可采用大直徑鉆孔通風(fēng)的變形方案——井巷內(nèi)鋼管供風(fēng)供水局扇通風(fēng)換氣方案.

避災(zāi)硐室(容納30人)如圖1.硐室凈寬大于4 m，長15 m，凈高>2.8 m，(半圓)拱形斷面，采用錨桿+錨索+現(xiàn)澆鋼筋砼(500 mm厚)，并安裝防水設(shè)施，防止硐室滴水.硐室底板打地坪，高于巷道底板0.5 m，并采用向外開啟的2道隔離門，高1.8 m，寬0.8 m.兩道門間距為2 m.且在隔離門墻體周邊掏槽，深度0.2 m，墻體用空心磚砌.各種管線在進入硐室前先埋設(shè)于巷底.

圖1 避災(zāi)硐室布置圖Fig.1 Refuge chamber layout

避災(zāi)硐室采用向外開啟的兩道門結(jié)構(gòu).外側(cè)第一道門采用能抵擋一定強度的沖擊波、水壓、有毒有害氣體的防護密閉防水門；第二道門采用能阻擋有毒有害氣體的密閉門.兩道門之間為過渡室，密閉門之內(nèi)為避險生存室.門墻設(shè)單向排水管和單向排氣管，排水管和排氣管加裝手動閥門.避災(zāi)硐室內(nèi)采用壓縮空氣供氧，硐室外設(shè)有減壓閥門，壓風(fēng)管線沿硐室內(nèi)四周鋪設(shè)，設(shè)有供氣閥門(可接供氣機，帶消聲器).在避災(zāi)硐室內(nèi)部布置成彌撒式和防護罩式相結(jié)合的供氣系統(tǒng)，最后通過單向排氣管路實現(xiàn)避災(zāi)硐室內(nèi)的空氣循環(huán)，整個避災(zāi)硐室內(nèi)始終保持不低于200 Pa的正壓，防止毒害氣體的滲入.在無壓風(fēng)的情況下，可采用備用的供氧系統(tǒng)(“醫(yī)用氧氣瓶+管道”方案)供氧.為適應(yīng)水災(zāi)事故避災(zāi)需要，排氣管道直通地表，排氣口安裝抽出式局扇.

緊急避險設(shè)施應(yīng)具備安全防護、氧氣供給保障、有害氣體排除、環(huán)境監(jiān)測、通訊、照明、人員生存保障等基本功能，在無任何外界支持情況下額定防護時間不低于96 h.

避災(zāi)硐室內(nèi)設(shè)有電源柜，電纜從變電所直接引入，專為硐室有關(guān)設(shè)備用.另外，配備額定使用時間不少于96 h的備用電源(蓄電池).

硐室內(nèi)設(shè)有電話，直通礦部中央監(jiān)控室.硐室內(nèi)設(shè)有紅外線攝像頭.硐室內(nèi)設(shè)衛(wèi)生間，安裝集便器(機械打包便器).飲水：通過地面生活水池鋪設(shè)供水管線和轉(zhuǎn)換閘閥至生產(chǎn)水管，再從生產(chǎn)水管延伸至硐室，災(zāi)變時轉(zhuǎn)供生活用水至硐室，另備滿足硐內(nèi)全員96 h的飲用水.食物：硐室內(nèi)必須配備滿足當(dāng)班作業(yè)人員96 h的食品.硐室內(nèi)備有擔(dān)架和一定量的繃帶、止血藥等應(yīng)急藥品.每個避災(zāi)硐室配相應(yīng)的位置說明、井下可供逃生的各途徑說明、所指引的方位圖示、應(yīng)注意的重要問題和心理輔導(dǎo)事項.

避災(zāi)硐室內(nèi)有毒有害氣體處理：空氣凈化處理裝置在凈化空氣的同時還能夠?qū)崿F(xiàn)制冷除濕功能.可根據(jù)避災(zāi)硐室通風(fēng)效果選用.

避災(zāi)硐室內(nèi)溫濕度控制：可根據(jù)避災(zāi)硐室通風(fēng)效果選擇安裝降溫除濕設(shè)備.正常情況下，避災(zāi)硐室的外部礦山專用防爆制冷機組可依靠礦井電力維持運行，完成避災(zāi)硐室內(nèi)冷量儲備后，以較低的電能消耗維持蓄冷設(shè)備運行；當(dāng)?shù)V井發(fā)生事故造成電力供應(yīng)中斷或外部機組受損停止運行時，避災(zāi)硐室內(nèi)可以通過蓄冷設(shè)備釋放儲存冷量來平衡人體散熱、設(shè)備放熱甚至外部傳熱.

避災(zāi)硐室內(nèi)配備獨立的內(nèi)外環(huán)境參數(shù)檢測或監(jiān)測儀器，在突發(fā)緊急情況下人員避險時，能夠?qū)Ρ茈U設(shè)施生存室內(nèi)的CO、CO2、O2、溫度、濕度和大氣壓進行檢測或監(jiān)測.

避災(zāi)硐室內(nèi)按額定人數(shù)配備ZY45隔絕式壓縮氧自救器.

避災(zāi)設(shè)施必須進行多次無人試驗、短時試運行，對設(shè)備進行調(diào)試，環(huán)境參數(shù)檢測合格后方可投入運行.

2 壓風(fēng)自救和供水施救系統(tǒng)

壓風(fēng)自救系統(tǒng)由空氣壓縮機、送風(fēng)管路、閥門、油水分離器、壓風(fēng)自救裝置組成.當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時，井下逃生人員可利用壓風(fēng)自救裝置，實現(xiàn)自救[2-3].

在地表空壓機房內(nèi)安裝螺桿式空壓機(及壓氣過濾裝置)，鋪設(shè)鋼管至避災(zāi)硐室、采礦工作面、掘進工作面，形成一枝狀管網(wǎng).鋪設(shè)供氣鋼管至主要行人巷道，每200 m左右設(shè)置一只供氣閥門，在人員集中的采掘工作面、爆破時撤離人員集中地點和避險硐室等場所設(shè)置閥門.

在每個采場附近安裝ZYJ壓風(fēng)自救裝置，可直接聯(lián)入壓風(fēng)系統(tǒng)中.發(fā)生災(zāi)難時，避災(zāi)人員立即趕到附近的壓風(fēng)自救裝置處迅速開通閥門開關(guān)，手拿自吸過濾式面罩，按在嘴上進行呼吸自救.

供水施救系統(tǒng)是地下開采礦山生產(chǎn)過程中發(fā)生災(zāi)害事故時能為井下重點區(qū)域提供生活飲用水的系統(tǒng)，包含水源、供水管道、三通閥門、供水接頭、控制閥門、檢修閥門、過濾裝置、供水施救設(shè)備及切換裝置等.

從高位飲用水水池接鋼管進入井下，采用獨立式枝狀管網(wǎng)向井下進行供水施救.優(yōu)先采用靜壓供水.管道系統(tǒng)上，大約每隔200 m設(shè)置一組三通及閥門.與壓風(fēng)自救系統(tǒng)供氣閥門配套.

供水施救系統(tǒng)中個人生活用水量按每天每人6 L計算.用水地點管道出口水壓不應(yīng)小于0.1 MPa.對于靜壓供水系統(tǒng)，選擇一條最不利管線進行計算，只要最不利點能夠滿足水壓和水量要求，則其它供水點均能滿足.

3 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是由主機、傳輸接口、傳輸線纜、分站、傳感器等設(shè)備及管理軟件組成的系統(tǒng)，具有信息采集、傳輸、存儲、處理、顯示、打印和聲光報警功能，用于監(jiān)測金屬非金屬地下礦山有毒有害氣體濃度，以及風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、煙霧、通風(fēng)機開停狀態(tài)、地壓等.

3.1 井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

為了提高礦井的現(xiàn)代化水平，保證礦井安全生產(chǎn)，根據(jù)該礦井的具體情況，設(shè)置井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境中一氧化碳等有毒有害氣體濃度，主要工作地點風(fēng)速、風(fēng)壓，重要機電硐室溫度等，可以對全礦井生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測、監(jiān)視，便于生產(chǎn)調(diào)度指揮，使礦井生產(chǎn)安全可靠，有效地預(yù)防和及時處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)害.

礦井井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)選用較成熟的KJ70N系統(tǒng)，主要由地面中心站、傳輸接口、監(jiān)控分站、各種傳感器等部分組成.

地面中心站主要由兩臺監(jiān)控主、備機組成，系統(tǒng)通過自己專用的傳輸信道，完成對整個系統(tǒng)測點數(shù)據(jù)的監(jiān)測、記錄、添減及修改等.為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)選用工業(yè)控制計算機，雙機熱備份.若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續(xù)運行.

為防止井下有毒氣體、火災(zāi)等危害人身和設(shè)備安全，在井下采掘工作面、主要巷道、機電硐室等處設(shè)置各種傳感器，監(jiān)測一氧化碳、溫度、風(fēng)速、負壓等各類環(huán)境參數(shù)，由各傳感器采集的監(jiān)測信息，通過分站傳送到地面調(diào)度中心.當(dāng)出現(xiàn)超限情況時，地面調(diào)度中心及現(xiàn)場均應(yīng)有聲、光報警.

另配一定數(shù)量的便攜式氣體檢測報警儀.

3.2 視頻監(jiān)控

為能實時、直觀地了解礦井各主要環(huán)節(jié)的生產(chǎn)、運行情況，設(shè)置一套礦井工業(yè)電視系統(tǒng)，將地面及井下重要生產(chǎn)崗位的圖像實時傳送到礦井調(diào)度室，使調(diào)度人員和主管領(lǐng)導(dǎo)可以直觀掌握現(xiàn)場情況，便于調(diào)度指揮.工業(yè)電視墻設(shè)在礦井調(diào)度中心，由幾組監(jiān)視器組成，可通過電視墻對礦井上、下重要的生產(chǎn)和運輸系統(tǒng)進行實時監(jiān)視.系統(tǒng)將現(xiàn)場傳來的視頻信號各分為兩路，一路經(jīng)視頻矩陣切換器送電視墻顯示，另一路送視頻服務(wù)器進MPEG4數(shù)字壓縮編碼錄像與存儲.

在地面各井口等處設(shè)槍機攝像機，在各工業(yè)場地設(shè)球機攝像機.地面攝像機通過光纖，將視頻信號傳至調(diào)度中心.在井下主要機電硐室、中段馬頭門等處設(shè)井下防爆攝像機，井下攝像機通過礦用光纜將視頻信號上傳至調(diào)度中心.

3.3 地壓監(jiān)測

采空區(qū)地壓監(jiān)測采取綜合監(jiān)測方案，隨著礦山采空區(qū)不斷擴大，應(yīng)該不斷記錄、分析監(jiān)測結(jié)果.采空區(qū)地壓綜合監(jiān)測方案包括：巖體聲發(fā)射監(jiān)測方案(采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀)、采空區(qū)頂板變形監(jiān)測方案(頂板動態(tài)報警儀系統(tǒng)、動態(tài)礦壓傳感器)、礦柱應(yīng)力監(jiān)測方案(安裝鉆孔應(yīng)力計)、地面沉降監(jiān)測方案.

4 人員定位和通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

井下人員定位系統(tǒng)利用射頻傳輸和數(shù)字編碼識別技術(shù)，能成功識別井下人員及動態(tài)目標(biāo)，可以及時反饋井下人員的各種信息，一旦發(fā)生事故，可使救治工作以最快的速度有效展開，最大限度地減少災(zāi)害損失[4].

對于中小型磷礦，可根據(jù)井下工作人員多少新建井下人員定位系統(tǒng)，設(shè)置人員定位傳輸分站和無線讀卡器；或(當(dāng)井下最多同時作業(yè)人數(shù)少于30人)設(shè)置考勤系統(tǒng)，完善人員出入井信息管理制度，準(zhǔn)確掌握井下各個區(qū)域作業(yè)人員的數(shù)量.

通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)是調(diào)度人員與各環(huán)節(jié)的工作人員之間能直接通話聯(lián)系，為金屬非金屬地下礦山提供通信聯(lián)絡(luò)的系統(tǒng).根據(jù)《金屬非金屬地下礦山通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》(AQ 2036-2011)，應(yīng)具備調(diào)度室發(fā)起強拆、強插、緊呼等功能.

對原有有線通信系統(tǒng)進行升級改造，滿足規(guī)范要求，為了提高原有井下通信線路承載強度，保證井下通信安全和暢通，使用礦用通信光纜替換原有通信電纜.同時為適應(yīng)井下環(huán)境，井下電話機選用防灰塵、寬電壓、寬溫濕度范圍的防爆電話機.

“六大系統(tǒng)”中的電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)需安裝電源防雷器、網(wǎng)絡(luò)信號防雷器、電話防雷模塊等進行防雷保護.

“六大系統(tǒng)”的光纜、電纜、管線應(yīng)有保護措施.可選用穿管、槽鋼等方案進行保護.

5 結(jié) 語

本文結(jié)合中小型磷礦的實際，對金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)方案進行了研究，針對不同的礦山條件，形成了相應(yīng)的“六大系統(tǒng)”建設(shè)方案.主要研究結(jié)論如下：

a. 緊急避險系統(tǒng)由個體防護、避災(zāi)設(shè)施、避災(zāi)路線、應(yīng)急預(yù)案等組成.有些礦山經(jīng)論證可緩建或不建避災(zāi)設(shè)施，防透水型避災(zāi)硐室可采用井巷內(nèi)鋼管供風(fēng)供水、地表局扇抽出式排氣方案.

b. 壓風(fēng)自救和供水施救系統(tǒng)從地表空壓機或高位飲用水水池安裝鋼管至避災(zāi)硐室、采礦工作面、掘進工作面等人員集中場所，形成一枝狀管網(wǎng).管道每200 m左右設(shè)置一只閥門.供氣、供水閥門配套.

c. 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中選用較成熟的KJ70N等礦井井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)將地面及井下重要安全生產(chǎn)崗位的圖像實時傳送到礦井調(diào)度室.采空區(qū)地壓監(jiān)測采取綜合監(jiān)測方案，包括：巖體聲發(fā)射監(jiān)測方案(采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀)、采空區(qū)頂板變形監(jiān)測方案(頂?shù)装鍎討B(tài)報警儀系統(tǒng)、動態(tài)礦壓傳感器)、礦柱應(yīng)力監(jiān)測方案(安裝鉆孔應(yīng)力計)、地面沉降監(jiān)測方案.

d. 對于中小型磷礦，可根據(jù)井下工作人員數(shù)量新建井下人員定位系統(tǒng)，設(shè)置人員定位傳輸分站和無線讀卡器；當(dāng)井下最多同時作業(yè)人數(shù)少于30人時可設(shè)置考勤系統(tǒng).通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)按規(guī)范要求安裝.

以上這些方案均已通過了省安監(jiān)局組織的專家驗收評審，在相應(yīng)的礦山進行了實施，目前已相繼投入運行.

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