張軍穎，尤 飛，劉亞林

（1.神華寧煤集團(tuán)， 寧夏 銀川 750324；2.北京科技大學(xué)， 北京 100083）

烏蘭煤礦永久避難硐室的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

張軍穎1，尤 飛2，劉亞林1

（1.神華寧煤集團(tuán)， 寧夏 銀川 750324；2.北京科技大學(xué)， 北京 100083）

根據(jù)烏蘭煤礦目前井下人員分布及近期開(kāi)采情況，為烏蘭煤礦設(shè)計(jì)永久避難硐室，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：選址、尺寸、避難硐室內(nèi)保障系統(tǒng)。該避難硐室的設(shè)計(jì)和構(gòu)建對(duì)烏蘭煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的完善和應(yīng)急救援技術(shù)提高具有重要意義。

避難硐室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；緊急避險(xiǎn)；生命保障系統(tǒng)

“井下緊急避險(xiǎn)六大系統(tǒng)”的提出與推廣旨在從根本上提高井下緊急避險(xiǎn)的保障能力，其中緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)中避難硐室的建設(shè)對(duì)于提高神華寧煤集團(tuán)烏蘭煤的整體救援能力具有重要意義。該礦擬定在1150水平構(gòu)建一個(gè)示范永久避難硐室，進(jìn)而完善該礦六大緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的建設(shè)［1］。

1 礦井概況

烏蘭礦現(xiàn)有＋1350、＋1150、＋900三個(gè)開(kāi)采水平，以主斜井筒為界分為南、北翼兩個(gè)采區(qū)，各采區(qū)采用單翼布置，礦井各煤層均采用走向長(zhǎng)壁采煤法，礦井采煤機(jī)械化程度100%。礦井原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)改造現(xiàn)礦井生產(chǎn)能力為240萬(wàn)t/a。

2 避難硐室選址及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

避難硐室在近幾年將主要為開(kāi)采1150水平的南、北翼工作人員以及附近巷道檢修等工作人員提供服務(wù)，因此將避難硐室布置于1150集中運(yùn)輸巷附近，并利用原有非常材料庫(kù)進(jìn)行改裝（見(jiàn)圖1）。

圖1 烏蘭煤礦避難硐室選址

根據(jù)國(guó)家對(duì)建設(shè)避難硐室的要求規(guī)范，結(jié)合烏蘭煤礦井下情況，設(shè)計(jì)避難硐室為2個(gè)緩沖區(qū)和1個(gè)避難區(qū)，緩沖區(qū)長(zhǎng)度分別為11m、7m，避難區(qū)長(zhǎng)度25m，避難硐室斷面寬4.6m，直墻高1.6m，呈半圓拱直墻的結(jié)構(gòu)，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)［2］。

3 避難硐室內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)

3.1 避難硐室供氧系統(tǒng)

避難硐室內(nèi)采用4級(jí)供氧的方式：地面鉆孔供氧、井下壓風(fēng)供氧、高壓醫(yī)用氧氣瓶供氧以及便攜式自救器供氧［3］。

（1）地面鉆孔供氧。地面鉆孔供氧是通過(guò)硐室內(nèi)與地面貫通的鉆孔為硐室內(nèi)提供壓縮空氣。發(fā)生緊急情況時(shí)，地面的壓縮機(jī)通過(guò)鉆孔內(nèi)壓風(fēng)管道為硐室內(nèi)提供壓縮空氣。

（2）井下壓風(fēng)供氧。井下壓風(fēng)供氧是將井下壓風(fēng)接入硐室內(nèi)，通過(guò)“壓風(fēng)控制系統(tǒng)”進(jìn)行減壓、過(guò)濾、控制和消音等過(guò)程后釋放到硐室內(nèi)（見(jiàn)圖2）。“壓風(fēng)控制系統(tǒng)”的出風(fēng)壓力為0.1～0.2MPa［4］。

圖2 井下壓風(fēng)系統(tǒng)

（3）高壓醫(yī)用氧氣瓶供氧。在井下壓風(fēng)與地面壓風(fēng)損壞時(shí)，硐室內(nèi)采用高壓氧氣瓶配合生氧凈化器供氧（見(jiàn)圖3）。開(kāi)啟氧氣瓶，氣體經(jīng)由“氧氣控制系統(tǒng)”減壓、調(diào)節(jié)后，出口壓力為0.1～0.2MPa，硐室內(nèi)人均需純氧量按照0.5L/min計(jì)算供給。人均呼吸新鮮空氣12.5L/min，生氧凈化器將每分鐘處理12.5m3氣體，若CO2濃度高于0.5%，則更換凈化器中藥劑［5］。

圖3 醫(yī)用氧氣瓶系統(tǒng)

（4）自救器供氧。硐室內(nèi)儲(chǔ)備有150個(gè)隔絕式ZH－40化學(xué)氧自救器，在硐室內(nèi)有害氣體超標(biāo)等緊急情況下可啟用［6－7］。

3.2 供電系統(tǒng)

避難硐室內(nèi)除了引進(jìn)巷道內(nèi)動(dòng)力電纜外，還從地面單獨(dú)供應(yīng)了動(dòng)力電纜，從而形成兩個(gè)獨(dú)立的供電系統(tǒng)。當(dāng)災(zāi)害損壞了巷道內(nèi)電纜時(shí)，啟動(dòng)地面救援機(jī)房中發(fā)電機(jī)組開(kāi)始供電（見(jiàn)圖4）。

圖4 硐室內(nèi)雙路動(dòng)力系統(tǒng)

3.3 地面鉆孔系統(tǒng)

3.3.1 鉆孔內(nèi)部布置

根據(jù)避難硐室中間硐室密閉性要求，地面鉆孔位置不宜設(shè)在避難硐室人員主要活動(dòng)區(qū)域。鉆孔內(nèi)包括壓風(fēng)管路、動(dòng)力電纜套管、通信監(jiān)測(cè)套管以及流食管，鉆孔中各種管路布置如圖5所示。

圖5 鉆孔內(nèi)管道布置

（1）壓風(fēng)管。其功能等同于井下壓風(fēng)管路，與避難硐室中布?xì)庀到y(tǒng)連接，為硐室供應(yīng)氧氣，相比井下壓風(fēng)管，其安全性能更高，不易受巷道事故破壞［8］。

（2）動(dòng)力電纜套管。該管路與井下電纜共同為硐室內(nèi)所有用電設(shè)備供電，相比井下電纜，地面鉆孔中電纜不易受事故破壞而導(dǎo)致斷電，可與井下電纜之間進(jìn)行安全切換。

（3）通信監(jiān)測(cè)套管?？蔀楸茈y硐室中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)提高電力和信號(hào)傳輸需求。

（4）流食管。該管路可為井下人員提供牛奶等流質(zhì)食物，為避險(xiǎn)人員提供能量補(bǔ)給。

3.3.2 地面鉆孔方案

烏蘭煤礦鉆孔孔深為450m，鉆孔最大孔徑為400mm，至避難硐室內(nèi)部管徑為250mm，套管選用DN＞200mm壁厚的無(wú)縫鋼管，在鉆孔與管壁周?chē)鷫喝胨酀{并凝固72h。

3.3.3 吊裝工藝

（1）無(wú)縫鋼管采用焊接的方式固定于地面槽鋼上，槽鋼下使用工字鋼作為支撐。

（2）大套管內(nèi)部壓風(fēng)管等使用吊車(chē)進(jìn)行分段式吊裝，選用30t吊車(chē)配以6mm×19mm×21.5mm型鋼絲繩進(jìn)行吊裝。露出地面套管焊接與法蘭盤(pán)上，并采用上下托盤(pán)鎖緊的形式。

（3）動(dòng)力、通訊等電纜在鉆孔口使用卡套將電纜與鋼絲繩卡牢，鋼絲繩捆綁在工字鋼上，用鋼絲擰緊。

3.4 通訊、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（1）烏蘭煤礦避難硐室中設(shè)有兩路固定電話。一路通訊系統(tǒng)與地面通訊電纜相連接，信號(hào)直接通過(guò)地面鉆孔傳輸?shù)降孛驺@孔設(shè)備室或應(yīng)急救援車(chē)；第二路通訊系統(tǒng)直接接入井下有線通訊電纜中。

（2）烏蘭避難硐室內(nèi)均布置監(jiān)測(cè)器，同時(shí)監(jiān)測(cè)硐室內(nèi)的 O2、CO、CO2、CH4、H2S、溫度、濕度等7種環(huán)境參數(shù)。監(jiān)測(cè)器在環(huán)境參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的極限時(shí)發(fā)出警報(bào)，硐室內(nèi)人員根據(jù)提示開(kāi)啟硐室內(nèi)相應(yīng)設(shè)備。監(jiān)測(cè)器的信號(hào)將利用地面鉆孔內(nèi)通訊電纜實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室內(nèi)。

3.5 人員定位、攝像系統(tǒng)

烏蘭煤礦避難硐室在中間避難區(qū)兩端布置了人員定位及攝像系統(tǒng)。人員定位接收器所接受的信號(hào)和攝像視頻信號(hào)通過(guò)分站傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心或鉆孔上方應(yīng)急救援車(chē)上，以方便了解硐室內(nèi)人員情況。

（1）人員定位系統(tǒng)。避難硐室的人員定位系統(tǒng)選用能接入礦方通信系統(tǒng)的KJ139型分站與讀卡器，通過(guò) MHYV1×4×7/0.52電纜線傳輸信號(hào)。

（2）攝像系統(tǒng)。選用與礦上對(duì)接的KBA113A攝像儀與KTG102－127A型四路光端機(jī)，通過(guò)MGTSV－8B型光纜傳輸采集的視頻信號(hào)。

3.6 回風(fēng)系統(tǒng)

避難硐室的壓風(fēng)系統(tǒng)能夠?yàn)轫鲜覂?nèi)部供給氧氣，同時(shí)也能帶走人體產(chǎn)生的二氧化碳等廢氣，降低硐室的溫度和濕度。硐室的壓風(fēng)系統(tǒng)包括進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)［9］。對(duì)于設(shè)置了地面鉆孔的永久避難硐室，可通過(guò)2種方式實(shí)現(xiàn)回風(fēng)：

（1）在硐室兩端均設(shè)置了超壓回風(fēng)口，當(dāng)硐室內(nèi)氣壓超過(guò)100Pa時(shí)自動(dòng)泄壓［10］；

（2）地面鉆孔直接通向地面，其本身就是一個(gè)安全、有效的回風(fēng)口，通過(guò)緩沖硐室內(nèi)鉆孔套管向地面回風(fēng)。

3.7 排水系統(tǒng)

硐室兩端均設(shè)計(jì)有排水系統(tǒng)，排水管路從硐室內(nèi)深埋至硐室外排水溝，為保證排水順暢，管道坡度不小于1%，在硐室內(nèi)的排水端口還連接有單向閥以防止水災(zāi)情況下巷道積水逆流進(jìn)硐室內(nèi)，排水管直接通往硐室外部的排水溝內(nèi)。

3.8 醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)

避難硐室緩沖區(qū)放置有4個(gè)機(jī)械打包式馬桶，以方便避險(xiǎn)人員生存需求。為了處理避險(xiǎn)過(guò)程中的受傷人員，硐室內(nèi)還儲(chǔ)備有4個(gè)急救箱，里面?zhèn)溆兄寡獎(jiǎng)?、消毒液、繃帶等藥品?/p>

3.9 附屬系統(tǒng)

硐室內(nèi)儲(chǔ)備有瓶裝礦泉水、軍用壓縮餅干和營(yíng)養(yǎng)液，可保證100人96h所需，每人每天輸入1.5L水以及5000kJ能量。如果避險(xiǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，地面人員可通過(guò)鉆孔流食管向硐室輸送流食。

4 硐室維護(hù)及使用

下井工作人員需要接受避難硐室避險(xiǎn)培訓(xùn)，熟練掌握每個(gè)系統(tǒng)的功能、操作方法以及簡(jiǎn)單維護(hù)方法。避難硐室日常需要安排專(zhuān)人維護(hù)，由于硐室兩端入口均處于1150集中運(yùn)輸巷道，硐室不易形成自然通風(fēng)，所以需要維護(hù)人員每日對(duì)硐室內(nèi)部進(jìn)行手動(dòng)通風(fēng)，即每日開(kāi)啟壓風(fēng)系統(tǒng)一次，每周試運(yùn)行一次，每個(gè)月對(duì)硐室進(jìn)行整體運(yùn)行，進(jìn)而檢驗(yàn)各個(gè)系統(tǒng)并檢查是否異常［11］。

在災(zāi)變發(fā)生，人員進(jìn)入避難硐室后要統(tǒng)一聽(tīng)從指揮，硐室內(nèi)負(fù)責(zé)人員要冷靜分析現(xiàn)場(chǎng)情況并采取有效措施，同時(shí)應(yīng)及時(shí)和地面取得聯(lián)系并匯報(bào)情況。

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［2］ Rick Brake，Graham Bates.Criteria For The Design Of Emergency Refuge Stations For An Underground Metal Mine［J］.Journal of the AusIMM，1999（12）：2－5.

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［9］ 孫一堅(jiān)，沈恒根.工業(yè)通風(fēng)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010：56－62.

［10］ 中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部.防治煤與瓦斯突出細(xì)則［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.

［11］ GB 50038－2005.人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

2012－07－12）

張軍穎（1971－），男，河南遂平縣人，助理工程師，主要從事礦山安全生產(chǎn)工作，Email：zjy8055＠126.com；尤 飛（1989－），男，碩士研究生，主要從事礦山安全方面學(xué)習(xí)及研究，Email：learn word123＠sina.com。