布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室的構建及緊急避險系統建設問題研究

王 磊，金龍哲，高 娜，尤 飛

（北京科技大學土木與環境工程學院，北京100083）

煤礦企業的安全生產是關系民生的重大問題，國內重大安全事故多發生在煤礦。要降低安全事故的發生一方面要通過事前的隱患排查工作去主動降低災害事故發生的概率，另一方面在事故不能完全杜絕的情況下，積極建設能夠降低災害事故損失、減小人員傷亡的煤礦緊急避險系統[1]。煤礦井下緊急避險系統是在井下發生緊急情況時，為遇險人員安全避險提供生命保障的設施、設備、措施組成的有機整體。緊急避險系統建設包括為井下人員提供自救器、建設井下緊急避險設施、合理設置避災路線、科學制定應急預案及進行自救培訓等。緊急避險系統是煤礦井下安全避險“六大系統”的核心部分[2]。目前，我國煤炭企業正在積極進行緊急避險系統的建設并取得了初步效果，但在實施過程中針對不同煤礦的特點，緊急避險系統的設計應當更加合理高效。筆者介紹了神東集團布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室的構建情況，總結了神東大型煤礦區別于傳統煤礦的一般特點，并提出了大型煤礦在緊急避險系統建設過程中產生的問題及對策。

1 布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室的構建

1.1 選址

布爾臺煤礦是神華神東煤炭集團建設的生產能力、主運輸系統提升能力、煤炭洗選加工能力世界第一的大型礦井，位于內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內，井田面積193km2，地質儲量33億t，可采儲量20億t，礦井設計生產能力為2000萬t／a，服務年限71.3年。布爾臺礦井采用斜井－平硐－立井綜合開拓方式，分三個水平開采。截至2012年，井下共分布三個盤區（采區）22煤1盤區，22煤2盤區，42煤1盤區。盤區人員數量大致為：早班200人，中班、夜班各120人。綜采工作面：早班50～60人，中班、夜班各20人；掘進工作面：早班30人左右，中班、夜班各12～15人。依據布爾臺煤礦地質特點，人員分布情況及避難硐室布置原則，決定布置2處100人規模永久避難硐室。2－2煤永久避難硐室位于2－2煤一盤區22105繞道與輔運平硐交匯處，距離輔運平硐約4000m，由廢舊巷道改造而成，服務于2－2煤一盤區各采區，如圖1所示。

圖1 布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室選址

1.2 構建

布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室總長度約64m。兩側小硐室深4m，硐室斷面為拱形，凈高3.5m，凈寬4.6m。避難硐室內部共設置8大系統，分別是防火防爆系統、密閉緩沖系統、氣幕隔絕系統、供氧系統、通信系統、監測監控系統、制冷系統及附屬系統。分為緩沖區、避難區和應急區，緩沖區的功能是防止有毒有害氣體伴隨避難人員的進入而污染硐室內部的空氣，區域內設有氣幕隔離系統、衛生設施和地面鉆孔管路控制系統；避難區的功能是為避難人員提供氧氣、水、食物等維持生存所必須的物質，區域內設有壓風布氣系統（包括地面壓風和井下壓風）、密閉緩沖系統、生氧凈化器供氣系統等；應急區的功能是為受傷的避難人員提供簡單的醫療救治，安全地等待救援人員的到來，區域內設有簡單醫療藥品和設備和擔架等設施，如圖2所示。

圖2 避難硐室結構示意圖

硐室內部設有貫穿避難硐室和地面的鉆孔，引入地面壓風管路，與硐室內的布氣系統和地面鉆孔供氧控制系統相連接，實現內部空氣供給；引入流食管路、通訊管路和電纜，實現能量供給和與通訊、電力的供給，如圖3所示。

圖3 鉆孔結構示意圖

2 相關問題的研究

2.1 神東大型煤礦的特點

通過對布爾臺煤礦及神東集團其他大型煤礦的研究可以發現，20世紀90年代以來，神東集團新建的煤礦大都與布爾臺煤礦類似，均按照“安全高效礦井”的理念進行建設，形成了“生產規模化、技術現代化、隊伍專業化、管理信息化”為特征的新型集約化安全高效千萬噸礦井群生產模式。與傳統煤礦相比，其主要特點如下。

1）重新整合規劃礦區井田，實現礦井生產大型化、集約化。井田整合后形成的礦井均具備一井一面1000萬t／a以上的生產能力，通過技術改造或改擴建合并開發相鄰的新區、老井或小井，不建新井，從而減少了礦井數量、礦井定員和危險源數量，降低了安全隱患。

2）礦井無盤區布置、建設條帶式開采的千萬噸礦井。將50～100km2井田開拓方式定為無盤區布置，主要巷道布置在煤層中，與井筒直接相連，大巷直接拉開工作面，徹底簡化了巷道系統，將工作面長度由傳統的150m延長到240～400m，推進長度由1500～2000m延長到4000～6000m，使綜采工作面單產達到800萬t以上，井型擴大到1000萬～2000萬t規模。

3）采用斜硐開拓技術。主要大巷布置在主采煤層中，由1條主運輸大巷，1～2條輔助運輸大巷和1條回風大巷組成，井筒與布置在煤層中的大巷直接相連。

4）采用無軌膠輪車輔助運輸方式。斜硐開采技術的應用就為無軌膠輪車的使用提供了條件。無軌膠輪車輔助運輸大幅地提高了運輸效率，支撐了工作面長距離推進，提高了礦井生產能力，減輕了工人勞動強度；特別是改善了安全環境，避免了占傳統礦井1／3的輔助運輸事故；增強了工人在突發災害事故情況下迅速逃生避難的能力[3]。

2.2 神東大型煤礦緊急避險系統構建問題及對策

2.2.1 大型巷道系統布置應結合多種救援方式

現代化礦井逐漸形成具有生產規模大、運輸距離長、工作面連續推進距離長特點，這些給煤礦生產帶來高產高效的同時，也給井下人員安全撤離帶來困難[4]。

以布爾臺煤礦為例，礦井在設計之初，結合了巷道掘進、支護、運輸、供電和煤層自燃等綜合因，工作面推進長度確定為6000～7000m。全礦井平面上劃分為7個盤區[5]。生產系統簡單化的同時，也會產生新的問題。井下無論發生火災、水災，還是出現爆炸、塌方，都可能會造成巷道堵塞，通風系統破壞，且通向地面出口的距離較遠，給搶險救災行動帶來困難[6]。在這種情況下，當工作面推進到遠端時，設置在大巷或采區大巷內的永久避難硐室就無法兼顧到工作面人員，為工作面作業人員配備可移動式救生艙，設置臨時避難硐室等就顯得尤為必要。

針對布爾臺煤礦采煤及掘進工作面較長的特點，可在工作面前段設置可移動式救生艙，服務于綜采綜掘人員，在工作面中段設置臨時避難硐室，服務于工作面運輸順槽及回風順槽工作人員。具體布置情況如表1、表2所示。

表1 臨時避難硐室布置明細表

表2 可移動式救生艙布置明細表

除此之外，建議在避災路線及可能有工作人員出現的相關巷道上設置可移動式救生艙或自救器過渡站。另外了解到神東集團煤礦大都采用無軌膠輪車運輸方式，每個工作面都配有運輸車輛，故可在災害發生時優先選擇乘車升井或到達避難硐室進行避難。

2.2.2 分水平開采煤層可共用避難硐室或地面鉆孔

在巷道開拓設計中，經常會根據煤層間距將礦井分兩個或多個煤組開采，每個煤組分別布置大巷[7]。以神東集團大柳塔煤礦活雞兔井為例，活雞免礦井位于陜西省神木縣中雞鎮境內，井田地質儲量95078萬t，可采儲量62410萬t，可采煤層七層，主采煤層1－2煤、2－2煤和5－2煤。活雞兔井目前配有2套綜采4套聯采，1－2煤層現已基本采完，目前主采1－2上煤層及2－2煤層[8]。

在布置永久避難硐室時，既要考慮覆蓋到工作面及其他區域相關人員，又要做到盡可能節省成本，杜絕無畏的浪費。1－2上煤目前主要開采1－2上煤集中延伸段。在1－2上煤集中輔運大巷與延伸段交匯處有一上下大巷聯絡巷聯通1－2上煤與1－2煤，故可在在1－2上煤集中輔運大巷延伸段上下大巷聯絡巷處設置一處永久避難硐室，服務于1－2上煤及1－2煤相關區域，如圖4所示。

圖4 大柳塔煤礦活雞兔井采掘平面示意圖

通過對神東煤炭集團其他煤礦采掘系統的分析可以看出，在多煤組開采的巷道設計中，必定設有連接上下兩個煤組的繞道或聯通巷，且聯通巷的設計適合無軌膠輪車通行，交通比較便利，故在進行永久避難硐室或臨時避難硐室選址時，可充分考慮上下兩煤組間繞道或聯通巷，在該類巷道附近布置避難硐室，可服務于上下兩個煤組，實現對兩個煤組的覆蓋。

類似的，如果上下兩個煤組巷道開拓在水平方向上投影重合，各自的工作面又距離聯絡巷較遠，必須在兩個煤組分別設置避難硐室時，可考慮將上下兩水平處避難硐室位置選在同一坐標處，這樣可以共用鉆孔，如果條件允許，可共用貫通至地面的鉆孔，如條件不允許，在兩水平之間打鉆，兩水平在鉆孔內彼此提供避難所需的壓風、電力、通訊等資源，如圖5所示。

圖5 避難硐室共用鉆孔示意圖

2.2.3 避難硐室選址需考慮水災防護問題

在進行避難硐室選址時，應當首選大巷或采區大巷中輔運大巷與回風大巷或兩條輔運大巷之間的聯巷，因為該區域支護強度較大，安全可靠性較高，但由于神東集團煤礦主要巷道均布置在煤層中，與井筒直接相連，巷道的開拓是隨著煤層的起伏而延伸的，所以在布置避難硐室時，一定要考慮到附近巷道的高低走向，盡量選在在地勢較高的聯巷處設置避難硐室，使避難硐室具有一定的水災防護能力。

2.2.4 緊急避險系統設計應與礦井現有生產系統相結合

在進行緊急避險系統建設時，應當針對不同煤礦特點進行設計，以確保救援、避災與生產無縫對接。例如，神東煤炭集團旗下大多數煤礦輔助運輸采用世界上最先進的無軌膠輪車，井下巷道采用支架搬運車、多功能車、客貨兩用車及人車輸送設備、材料和人員，機動靈活，操作簡易，裝卸方便，效率高，成本低，快捷、安全。據了解，現階段已研發或正在研發的可移動式救生艙以軌道運輸方式為主。鑒于我國現代化高效礦井模式的不斷發展，礦用可移動式救生艙的研發應當考慮到與無軌膠輪車運輸的方式相結合，使兩者能夠實現快速對接，方便運輸。

3 結論

通過布爾臺煤礦2－2煤永久避難硐室構建及對此類大型安全高效煤礦的分析，歸納出神東大型煤礦的一般特點：①礦井生產大型化、集約化；②礦井無盤區布置，巷道的開拓隨著煤層的起伏而延伸，工作面推進長度達到4000～6000m；③采用斜硐開拓技術；④采用無軌膠輪車輔助運輸方式。

基于上述特點，得出了大型煤礦在進行緊急避險系統建設過程中應當注意的問題及對策：①大型巷道系統布置應結合多種救援方式；②分水平開采煤層可共用避難硐室或地面鉆孔；③避難硐室選址需考慮水災防護問題；④緊急避險系統設計應與礦井現有生產系統相結合。

[1]孟磊，趙毅鑫，姜耀東，等.井工煤礦緊急避險系統的應用與探討[J].煤炭工程，2011（8）：24－26.

[2]國家安全監管總局困家煤礦安監局關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知[EB／OL].[2010－09－10].http：∥www.chinasafety.gov.cn／newpage／Contents／Channel＿4188／2010／0826／106414.htm

[3]孫福群.神華集團現代化安全高效礦井模式及裝備特點[J].煤炭科學技術，2011，3（39）：45－46.

[4]曲金田.新型高產高效礦井模式的研究[J].遼寧工程技術大學學報，2002，21（4）：430－432.

[5]馮冠學，趙銀磚.上灣礦井實現安全高效的設計綜述[J].煤炭工程，2006（9）：5－7.

[6]周秀隆，吳嘉林，辛德林.世界第一礦——布爾臺煤礦設計綜述[J].煤炭工程，2011（3）：4－7.

[7]曲金田.大柳塔礦建設高產高效礦井的實踐與經驗[J].中國煤炭，2002，28（6）：43－48.

[8]趙惠水.具有國際水平的高產高效礦井—介紹活雞兔煤礦設計[J].中國礦業，2001，10（4）：70－74.