王凱　柴冬冬

摘 要：煤礦避險系統(tǒng)主要是在我國煤礦安全形勢嚴(yán)峻的背景下，根據(jù)煤礦救援的實際需要提出的。礦用可移動式救生艙作為煤礦重大事故救援救生裝備的研制，已經(jīng)被列入國家下達(dá)的“礦井重大災(zāi)害應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)”中“遇險人員快速救護(hù)關(guān)鍵技術(shù)與裝備”研制課題的重要內(nèi)容，成為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中“公共安全”重點領(lǐng)域的優(yōu)先主題。

關(guān)鍵詞：煤礦避險系統(tǒng)；救生艙；系統(tǒng)設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.256

0 引言

由于礦用可移動式救生艙的應(yīng)用條件復(fù)雜，對產(chǎn)品的整體性能要求較高。在產(chǎn)品的研制過程中研發(fā)人員遇到諸多技術(shù)難點。如救生艙整體結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊設(shè)計，氣幕噴淋系統(tǒng)設(shè)計、艙內(nèi)人員空氣凈化系統(tǒng)設(shè)計、艙內(nèi)溫濕度保持系統(tǒng)設(shè)計、艙內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、通訊與照明系統(tǒng)設(shè)計、動力保障系統(tǒng)設(shè)計以及生命保障系統(tǒng)設(shè)計等。針對各項關(guān)鍵技術(shù)采取了科學(xué)的設(shè)計理念和手段逐一解決。

1 整體結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊設(shè)計

針對救生艙在能容納一定避難人員的生存空間，以及要承受較大沖擊力和壓力的技術(shù)需求，煤礦避險系統(tǒng)的橫截面為方形倒角，基本的艙體單元為骨架結(jié)構(gòu)。艙體采用外連接方式，艙體之間通過34個M16高強(qiáng)螺栓連接，均勻分布保證連接強(qiáng)度及密封性。骨架外側(cè)焊接外殼鋼板，兩端焊接法蘭結(jié)構(gòu)?；九擉w通過法蘭結(jié)構(gòu)由螺栓相聯(lián)接。骨架結(jié)構(gòu)采用矩形空心型鋼組焊而成，材料為80×40×5優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)用矩形鋼管；艙體外殼板厚度為8mm，材料為高強(qiáng)度焊接用鋼HG70；艙體法蘭厚度為25mm，材料為高強(qiáng)度焊接用鋼Q550。主艙門門板厚度為20mm，艙門法蘭厚30mm，艙口法蘭寬60mm，厚25mm。逃生門門板厚度為20mm，艙門法蘭厚30mm，艙口法蘭寬60mm，厚25mm。門區(qū)采用截面為20mm x30mm的加強(qiáng)筋加強(qiáng)。進(jìn)一步通過有限元分析驗證了救生艙殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。

2 氣幕噴淋系統(tǒng)

氣幕噴淋系統(tǒng)位于過渡艙內(nèi)，能在人員進(jìn)入時有效的放置外部環(huán)境的有毒有害氣體隨人員進(jìn)入過渡艙內(nèi)。氣幕噴淋系統(tǒng)采用兩種供氣方式：一是由壓縮空氣瓶進(jìn)行供氣；二是與礦井壓風(fēng)管路聯(lián)接?？諝饽浑S艙門打開由聯(lián)動裝置自動打開，一方面在艙門形成“風(fēng)面”，另一方面在過渡艙形成正壓，阻礙外部有害氣體進(jìn)入。噴淋裝置由人員進(jìn)入艙內(nèi)后手動打開。

3 空氣凈化與溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通過計算和試驗選擇一氧化碳催化轉(zhuǎn)化藥劑并確定用量，保證救生艙CO的催化轉(zhuǎn)化能力應(yīng)不低于將濃度為400 ppm一氧化碳在20 min降到24 ppm。通過計算和試驗選擇二氧化碳處理藥劑并確定用量，滿足救生艙內(nèi)8人106小時生存，二氧化碳含量不高于1.0%的要求。根據(jù)救生艙的額定救援人數(shù)和內(nèi)部空間，用氧氣瓶儲備一定量的醫(yī)用氧，并通過減壓閥和流量計實現(xiàn)了艙內(nèi)氧氣濃度控制在18.5%～23%。

降溫除濕單元的基本制冷原理為開式節(jié)流制冷，其本質(zhì)是利用預(yù)存的液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流后蒸發(fā)，吸收外界熱量，從而降低環(huán)境溫度進(jìn)而試水汽凝聚對環(huán)境進(jìn)行除濕。

4 環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)由TH600B型溫濕度表1只，WSS-401型雙金屬工業(yè)溫度計 2只，TE2000型微壓差表1只， CD4（A）型多參數(shù)測定器4只及氣體自動負(fù)壓采樣器2只構(gòu)成?？蓪ι媾搩?nèi)氧氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、溫濕度及內(nèi)外壓差進(jìn)行檢測和顯示；對設(shè)備艙的氧氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、溫度進(jìn)行檢測和顯示；對過渡艙的氧氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳進(jìn)行檢測和顯示；對艙外的氧氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、溫度進(jìn)行檢測和顯示。當(dāng)生存艙的氣體濃度超過安全范圍時傳感器會自動進(jìn)行報警。

5 通信照明系統(tǒng)設(shè)計

救生艙內(nèi)裝有防爆電話，與井下通訊網(wǎng)絡(luò)連接。發(fā)生事故后若通訊網(wǎng)絡(luò)未遭到破壞，則避險人員通過其與井上救援人員聯(lián)系，告知井下情況，為救援策略的制定和執(zhí)行提供依據(jù)。救生艙內(nèi)的照明采用KJ3.5LM（A）型礦燈，救生艙外的燈光指示選用DHY0.36/3.6L（A）型礦用本安型信號燈，災(zāi)害發(fā)生后，由避險人員放置在救生艙外信號燈專用位置，引導(dǎo)救護(hù)隊員前來營救。

6 救生艙性能檢測

根據(jù)《礦用可移動式救生艙通用技術(shù)條件（2011年12月報批稿）》的要求，采取真人106小時在艙試驗，利用相應(yīng)的檢測儀器遠(yuǎn)程對救生艙進(jìn)行溫度保持、艙體隔熱、一氧化碳催化轉(zhuǎn)化、二氧化碳吸收、氣密性保持等多項參數(shù)、各項性能進(jìn)行檢測。

7 總結(jié)

通過科研人員長期的研發(fā)，礦用可移動式救生艙性能得到極大改進(jìn)，符合國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的《礦用可移動式救生艙通用技術(shù)條件（2011年12月報批稿）》的要求，救生艙的綜合防護(hù)性能滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

通過對試驗結(jié)果的分析以及與搜集掌握的國內(nèi)外礦用救生艙的資料相比較，具備技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)設(shè)計合理、操作靈敏可靠、數(shù)據(jù)記錄全面、生命保障有效的特征。

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作者簡介：王凱（1983-），男，河南林州人，助理工程師，主要從事煤礦避險系統(tǒng)設(shè)計工作。