馮樂樂 姚俊耀 習(xí)晨光

(中赟國際工程股份有限公司，河南省鄭州市，450008)

★ 煤礦安全 ★

超化煤礦22采區(qū)永久避難硐室設(shè)計(jì)與研究

馮樂樂 姚俊耀 習(xí)晨光

(中赟國際工程股份有限公司，河南省鄭州市，450008)

為了進(jìn)一步提高煤與瓦斯突出礦井的安全保障能力，以超化煤礦22采區(qū)永久避難硐室的設(shè)計(jì)為實(shí)例，論述了煤礦永久避難硐室的設(shè)計(jì)原則及技術(shù)要求。根據(jù)開拓采區(qū)已有巷道的布置情況，將22采區(qū)永久避難硐室設(shè)置于副井井底車場附近，安全出口分別位于兩條不同的巷道當(dāng)中；采用類比計(jì)算法對永久避難硐室規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了硐室功能、硐室結(jié)構(gòu)及硐室系統(tǒng)等。

安全保障 永久避難硐室 設(shè)計(jì)原則 硐室規(guī)格 硐室系統(tǒng)

近年來，隨著安全投入保障制度的執(zhí)行，我國煤礦事故得到了有效遏制，但受各種因素的影響，礦難事故仍然時(shí)有發(fā)生，尤其是在煤與瓦斯突出礦井中。且在事故發(fā)生后，現(xiàn)代礦井埋深大、逃生路線長的特點(diǎn)給救援工作帶來了較大的困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因氧氣不足或高溫高壓等原因而導(dǎo)致的遇難人數(shù)占死亡人數(shù)的四分之三以上?？梢?，如何為作業(yè)人員創(chuàng)造一個(gè)避難所、為救援工作贏得時(shí)間是非常重要的。

2010年8月5日，智利圣何塞銅礦發(fā)生塌方事故，33名礦工被困井下69天，最終全部獲救。這一救援奇跡給世界留下頗多啟示，也讓人們見證了避難硐室的作用，礦工在被發(fā)現(xiàn)前的17天，正是依靠井下緊急避難所保存的食物維持生命。受此事件的影響，為促進(jìn)和規(guī)范煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的建設(shè)完善和管理工作，國家出臺了一系列的政策，根據(jù)《關(guān)于加快推進(jìn)煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)的通知》等相關(guān)規(guī)定，所有進(jìn)行地下開采的煤礦均需建設(shè)緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。超化煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，按照要求應(yīng)建設(shè)采區(qū)避難硐室。

1 礦井及采區(qū)概況

超化煤礦核定生產(chǎn)能力為1.80 Mt/a，采用立斜井雙水平上、下山開拓，開采方法采用偽傾斜走向長壁放頂煤一次采全厚采煤法，全部垮落法管理頂板，主采二1煤層，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，屬不易自燃煤層。煤層頂板巖性多為砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖，為不穩(wěn)定-穩(wěn)定類巖石，底板巖性多為灰?guī)r，屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定類巖石，煤層頂?shù)装遢^完整，裂隙不是很發(fā)育；二1煤層礦床水文地質(zhì)勘查類型屬第三類第二亞類三型，即以底板巖溶裂隙充水為主的水文地質(zhì)條件復(fù)雜的煤礦床類型。

22采區(qū)位于-300 m～-100 m水平之間，為一單翼下山采區(qū)，走向長0.8 km，傾斜寬0.9 km，面積約0.72 km2。采區(qū)內(nèi)二1煤層平均厚度為8 m，傾角18°，保有可采儲量588.9萬t，服務(wù)年限2.8 a。

2 避難硐室設(shè)計(jì)

永久避難硐室是井下專用硐室，硐室具有緊急避險(xiǎn)的功能，按規(guī)定設(shè)置在礦井避災(zāi)路線上，服務(wù)年限按要求需在5 a以上。硐室的設(shè)計(jì)主要包括硐室位置的選擇及硐室規(guī)格長度的設(shè)計(jì)等。

2.1 硐室位置

根據(jù)規(guī)定，永久避難硐室不宜布置在煤層和圍巖破碎、易發(fā)生變形及富水的巖層當(dāng)中，避難硐室需設(shè)置2個(gè)間距大于20 m的出入口，若有條件2個(gè)出入口盡量布置在不同的巷道當(dāng)中，硐室出入口前后不小于20 m的巷道須采用砌碹等阻燃性材料進(jìn)行支護(hù)。

超化煤礦將22采區(qū)永久避難硐室設(shè)置在副井井底車場附近，-100 m水平軌道大巷西南側(cè)，兩者水平距離23.3 m，硐室兩個(gè)出口分別布置在22采區(qū)膠帶下山上車場和22采區(qū)軌道運(yùn)輸巷中。22采區(qū)永久避難硐室位置如圖1所示。

2.2 硐室規(guī)格

永久避難硐室由防護(hù)門、過渡室和生存室組

成，其中過渡室的面積不宜小于3.0 m2；生存室的面積根據(jù)人數(shù)及所采用設(shè)備進(jìn)行確定，通常永久避難硐室的額定避險(xiǎn)人數(shù)在100人以下，且不少于20人，每人必須有不少于1 m2的有效使用面積，并有不低于1.2的備用系數(shù)。

根據(jù)超化煤礦井下實(shí)際情況，22采區(qū)永久避難硐室設(shè)計(jì)額定避險(xiǎn)人數(shù)為100人，永久避難硐室規(guī)格計(jì)算如下：

(1)有效使用面積的計(jì)算。過渡室的面積S過大于或等于3.0 m2，生存室的面積S生大于或等于100 m2。

(2)硐室規(guī)格的計(jì)算。根據(jù)22采區(qū)永久避難硐室的位置及兩個(gè)出口所在巷道之間的水平距離，綜合考慮后超化煤礦將生存室的寬度設(shè)置為4.0 m，并取1.2的備用系數(shù)，過渡室的寬度設(shè)置為3.0 m，避難硐室平面圖如圖2所示。

圖1 22采區(qū)永久避難硐室位置圖

1-防護(hù)密閉門；2-過渡室；3-帶集便器廁所;4-密閉門；5-生存室；6-儲物座椅；7-礦用電話；8-噴淋裝置；9-壓縮空氣幕；10-單向排氣管；11-供水、供氧、監(jiān)控等專用管路圖2 22采區(qū)永久避難硐室平面圖

2.3 硐室功能

永久避難硐室應(yīng)為遇險(xiǎn)人員安全避險(xiǎn)提供生命保障的設(shè)施、設(shè)備、措施組成的有機(jī)整體，應(yīng)具備安全防護(hù)、氧氣供給保障、通訊、照明、動力供應(yīng)、人員生存保障等基本功能。

22采區(qū)永久避難硐室是超化煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，是采掘人員災(zāi)變時(shí)安全避險(xiǎn)的重要保證。故硐室須具備在事故發(fā)生時(shí)能夠隔絕毒有害氣體，同時(shí)為避難人員提供獨(dú)立供氧系統(tǒng)、檢測監(jiān)控系統(tǒng)和生活必需品等功能。

2.4 硐室支護(hù)

避難硐室兩個(gè)出口分別布置在22采區(qū)膠帶下山上車場和22采區(qū)軌道運(yùn)輸巷當(dāng)中，二者斷面相同，均為半圓拱形巷道4600 mm×3600 mm(寬×高)，前者采用錨網(wǎng)噴+U型鋼聯(lián)合支護(hù)，后者采用錨網(wǎng)噴+錨索+注漿支護(hù)。其中錨桿型號為?22 mm×2400 mm，間排距為1200 mm×1200 mm；錨索型號為?17.8 mm×6300 mm，間排距為1600 mm×900 mm。在兩個(gè)巷道掘進(jìn)期間，采用十字交叉法分別對其表面位移進(jìn)行監(jiān)測，位移曲線如圖3所示。

圖3 巷道表面位移曲線

由圖3分析可知，22采區(qū)膠帶下山上車場頂?shù)装逦灰屏吭诰蜻M(jìn)后40 d趨于穩(wěn)定，最大位移量為48 mm，兩幫位移量在30 d趨于穩(wěn)定，最大位移量為32 mm；22采區(qū)軌道運(yùn)輸巷頂?shù)装逦灰屏吭诰蜻M(jìn)后30 d左右趨于穩(wěn)定，最大位移量為30 mm，兩幫位移量在36 d后趨于穩(wěn)定，最大位移量為13 mm。

根據(jù)類比法，避難硐室采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)，并配合高壓注漿，注漿壓力控制在3 MPa左右。另硐室通道出口處底板須高于巷道底板至少0.2 m，以防止巷道中的水倒灌入硐室內(nèi)部。

2.5 硐室系統(tǒng)

永久避難硐室在密閉的情況下應(yīng)具備保障人員生存的基本功能，且防護(hù)時(shí)間不得少于96 h。硐室內(nèi)部設(shè)有防爆密閉系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，并配備定量的食物、水等附屬物。

2.5.1 防爆密閉系統(tǒng)

超化煤礦設(shè)計(jì)的硐室采用向外開啟的兩道門結(jié)構(gòu)，分別為防護(hù)密閉門和密閉門，設(shè)計(jì)規(guī)格參數(shù)均為800 mm×1600 mm(寬×高)；防護(hù)密閉門布置在硐室出口外側(cè)，故其在擁有密閉門隔絕有毒有害氣體性能的基礎(chǔ)上，還須兼具抵擋一定強(qiáng)度沖擊波的功能，防護(hù)密閉門上設(shè)置有觀察窗，設(shè)計(jì)其氣密性應(yīng)能保證硐室內(nèi)始終處于不小于0.1 kPa的正壓狀態(tài)，抗沖擊壓力不低于0.3 MPa。兩道門門墻均采用標(biāo)號不小于C30的混凝土澆筑而成，混凝土需埋入巖體不小于0.2 m。

過渡室內(nèi)應(yīng)設(shè)壓縮空氣幕，且須在防護(hù)密閉門處設(shè)置壓氣噴淋裝置。噴淋裝置可阻隔遇險(xiǎn)人員打開密閉門進(jìn)入硐室時(shí)有毒有害氣體的侵入，氣源由礦井壓風(fēng)管路提供，另硐室內(nèi)須備有壓縮空氣瓶，以防空壓管路壓力值無法滿足時(shí)噴淋裝置出現(xiàn)打開故障。

2.5.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

本方案采用礦井已有KJ211A型井下人員定位系統(tǒng)，系統(tǒng)由識別卡、位置監(jiān)測分站、地面中心站及數(shù)據(jù)傳輸通道組成，入井人員全部配備人員定位識別卡，避難硐室入口須安裝人員定位讀卡器以及防爆攝像頭，可方便救援中心及時(shí)了解硐室內(nèi)避難人員詳細(xì)情況。

避難硐室須配備有專用的監(jiān)測儀器，以便對避難硐室內(nèi)的氧氣及有害氣體進(jìn)行監(jiān)測。

2.5.3 供氧系統(tǒng)

超化煤礦設(shè)計(jì)采用專用管路供氧和壓縮氧供氧二級保障系統(tǒng)，其中緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)專用供風(fēng)管路在煤巷段均采用底板埋管保護(hù)，埋管深度不低于500 mm，管路出口安裝消音減壓過濾裝置，供風(fēng)量不小于0.3 m3/(min·人)，連續(xù)噪聲在70 dB以下。壓縮氧供氧以人均耗氧量不少于0.5 L/min計(jì)算，同時(shí)考慮1.2的備用系數(shù)，本方案設(shè)計(jì)共采用GB5099-219-40L型高壓氧氣瓶70套，以滿足額定保護(hù)時(shí)間內(nèi)避難人員的用氧需求量。

2.5.4 通訊系統(tǒng)

礦井通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)延伸至避難硐室內(nèi)部，硐室內(nèi)部必須設(shè)置直通礦調(diào)度室的電話。

2.5.5 供電照明系統(tǒng)

避難硐室的正常供電為AC660V，由真空磁力啟動器提供。避難硐室的正常照明供電電壓為127 V，由照明信號綜合保護(hù)裝置提供，要求使用專用供電線路，線路上不得分接任何其他負(fù)荷。遇險(xiǎn)避難時(shí)的應(yīng)急供電為DC12 V，為本安電源。硐室內(nèi)部須配備有蓄電池作為應(yīng)急電源，當(dāng)電源中斷后可對硐室內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行供電，使用時(shí)間不低于96 h。

2.5.6 其他附屬系統(tǒng)

硐室內(nèi)附屬設(shè)備主要有醫(yī)療用品、消防用品、自救器、水和食物等必須設(shè)備，在額定的時(shí)間內(nèi)能夠維持避難人員的基本生活。

(1)隔絕式自救器，額定防護(hù)時(shí)間不小于45 min，便于緊急轉(zhuǎn)移。

(2)飲用水，人均按不少于1.5 L/d設(shè)置。

(3)食物，配備的食品發(fā)熱量不少于5000 kJ/(d·人)。

(4)衛(wèi)生設(shè)施，配備機(jī)械打包式馬桶，可對人體排泄物打包密封。

其中自救器、飲用水、食物數(shù)量按照額定人數(shù)的1.2倍存儲并集中存放。

3 結(jié)論

根據(jù)22采區(qū)已有巷道的布置情況，按照相關(guān)規(guī)范，本文通過類比計(jì)算對永久避難硐室進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對硐室的支護(hù)形式進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)成果已進(jìn)入實(shí)施階段，并完成驗(yàn)收，本避難硐室的設(shè)計(jì)應(yīng)用，一方面為本礦工人提供安全保障，另一方面也為其他礦井永久避難硐室的設(shè)計(jì)和布置提供參考。

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DesignandstudyofthepermanentrefugechamberofNo. 22miningareaatChaohuaMine

Feng Lele, Yao Junyao, Xi Chenguang

(Zhongyun International Engineering Company Limited, Zhengzhou, Henan 450008， China)

In order to improve the safety assurance ability of coal and gas outburst mine, taking the design of permanent refuge chamber of No. 22 mining area at Chaohua Mine as example, the design principle and technical requirements of permanent refuge chamber of coal mine were discussed. According to the roadway layout in mining area, the permanent refuge chamber of No. 22 mining area was located near the auxiliary shaft station, safe exits were located in two separate lanes. The specification of the permanent refuse chamber was designed by analogy calculation, which describes the function, structure, system of chamber in detail.

safety assurance, permanent refuge chamber, design principle, chamber specification, chamber system

馮樂樂，姚俊耀，習(xí)晨光. 超化煤礦22采區(qū)永久避難硐室設(shè)計(jì)與研究[J].中國煤炭，2017,43(10)：119-122.

Feng Lele, Yao Junyao, Xi Chenguang. Design and study of the permanent refuge chamber of No. 22 mining area at Chaohua Mine [J]. China Coal, 2017，43(10):119-122.

TD214

A

馮樂樂(1989-)，男，河南開封人，助理工程師，碩士研究生，2014年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，主要從事礦山設(shè)計(jì)工作。

(責(zé)任編輯 張艷華)