常村煤礦避難硐室的應用

柴 曉，王燕青，李學忠

（1.運城職業技術學院，山西 運城 044000；2.潞安集團常村煤礦，山西 長治 046000）

1 我國煤礦行業事故的概況

隨著煤礦安全、高產、高效的提出，安全成了煤礦的重中之重，但是煤礦安全管理工作一直面臨礦井事故多發、傷亡損失慘重、救援困難等亟待解決的問題。根據國家安全生產監督管理總局公布的數據顯示，僅2001-2004年，我國共發生的煤礦井下事故約有13 000多起，共計死亡25 000多人。調查分析表明，煤礦事故中的85%以上遇難者并不是立即死于火災、爆炸、中毒、窒息，而是由于不能及時躲避由火災、爆炸、中毒、窒息事故所引發的二次爆炸、巷道高溫、冒頂片幫、缺氧窒息等帶來的傷害而死亡的。如果井下存在一個可以防火、防爆的密閉空間，使得逃生人員能在這里安全的等待救援人員到來，相信會有更多生命被挽救，相應的人員傷亡和財產損失也會降到最低。同時，安全的作業環境也會很大地提高生產率，為企業創造更多利潤。目前，國內外針對井下避難硐室的研究已有了階段性的成果。國外發達國家已研發出先進有效的井下救援方案、相關技術和設備，也在實際救援中得到廣泛應用。尤其是智利圣何塞銅礦33名礦工的成功獲救震撼了世界，我國也在高度重視井下安全的治理問題，國家積極開展相關的研究。

2 潞安集團常村煤礦避難硐室的應用

國內外研發的避難硐室可概括為固定式避難硐室（又分為永久性固定式避難硐室和臨時性固定式避難硐室）和可移動式救生艙。常村煤礦固定式避難硐室的實際應用，該硐室綜合考慮井下作業情況、人員分布情況、煤層特點、施工便利、易于實現等因素，經過一系列的實驗測定和現場勘探以后，才能最終選定位置在軌道上山和皮帶上山之間，避難硐室長度49 m，容納人員80人左右，具體位置，見圖1。

1）避難硐室的結構尺寸：設計采用可承受較大壓力的半圓拱斷面，考慮底鼓力的存在，在硐室下方挖掘仰拱。避難硐室內部的主要設備有兩個（一個是空氣凈化一體化機，另一個是控制系統臺）通過計算，避難所的凈寬2.4 m，即可滿足要求，但是考慮到避難所兩邊需要安置緩沖層和噴涂層、設備等占用一定空間、保證避難所有足夠的強度和氣密性，因此在避難所的周邊充填200 mm化學阻燃、耐高溫、無毒害材料。并在化學材料和避難所有效空間形成一定阻隔，澆筑300 mm鋼筋混凝土。故整個避難硐室的將被設計成一個貫通軌道上山和皮帶上山的長約49 000 mm，跨度 4 500 mm，拱高 2 250 mm，直墻高1 300 mm，仰拱高850 mm的整體。

圖1 避難硐室位置設置

2）硐室的支護形式：本次選擇錨桿、錨網、錨噴聯合支護方式，這是目前較為行之有效的支護方式。頂部使用雙鋼筋托梁搭接，規格φ16 mm×4 000 mm×130 mm。錨桿長度：根據巷道圍巖松動圈理論，錨桿有效長度按加固拱理論設計，選用2.4 m。錨桿直徑根據錨桿錨固力的要求，每根錨桿的錨固力不小于40 kN，從施工管理及經濟角度考慮，選用端頭錨固的錨桿，桿體材料選直徑22 mm螺紋鋼。錨桿間排距：為了施工方便，結合錨桿支護的組合拱理論，錨桿間排距不得超過錨桿長度的1/2，選取錨桿間距0.95 m，排距1 m。托板：方形鋼板8 mm×150 mm×150 mm。錨固劑采用兩根Z2350錨固劑錨固。噴射層厚度：100 mm，分兩次噴射，每次噴射50 mm。使用幫雙鋼筋托梁與頂部雙鋼筋托梁搭接。幫雙鋼筋托梁規格φ16 mm×3 000 mm×130 mm。采用兩根CK2350錨固劑。錨索布置采用小五花布置，間距見圖3.3所示，排距1 000 mm。頂板部分使用φ17.8 mm×6 300 mm錨索，非頂板部分使用φ17.8 mm×8 300 mm錨索，采用三根Z2350錨固劑錨固。錨桿支護有效地控制了圍巖變形，掘進中及時對巷道頂板及兩幫進行錨固力試驗，頂部、兩幫錨桿的錨固力均大于40 kN。

3）密閉門采用鋼板-鋼筋骨架-聚氨酯泡沫復合夾層板。為防止外面火災對密閉門的損害，故門扇外表用防火、防銹、防腐涂料（紅丹漆、調和漆）。①密閉門要求能夠抵住瓦斯爆炸的沖擊波。密閉門應承受的壓力為1 MPa，溫度是瞬間1 000℃。為減小沖擊波沖擊效能，構筑密閉門時，應使其與正面沖擊波成一定角度而非垂直。與平面門比較，圓弧門對沖擊波正面沖擊，沖擊力減少約25%，當量強度提高約50%。②密閉門要求要能完全密閉。本次采用耐腐膠管密封。其優點是：膠管是中空的，密閉門的變形不太嚴重時，對其密封性能影響不大；而膠管的張力較大，將其固定于門框上后，可以起到限制密閉門變形的作用，有利于提高密閉門的密封性能。本次采用環氧樹脂將膠管粘于門框周邊。門體門框的密封處門上設計有壓緊裝置，使其受力一致，通過手輪轉動達到壓緊目的。③密閉門的開啟方式，由于煤礦井下環境條件較為惡劣，如濕度達75%以上、粉塵濃度較高等特點，為確保密閉門的安全可靠，本處擬選用氣動啟閉門，同時考慮到在氣動失效情況下，手動啟閉。本系統氣動啟閉裝置由三部分組成：執行機構、控制系統和氣源。④整體避難硐室要能保證足夠的氣密性，抵御有毒有害氣體對人體的傷害。避難硐室通氣系統由一個壓風管道，一個回風管道組成。一旦礦難發生，工人躲進避難所，通過通訊系統向地面報警啟動通氣系統。壓風管道通過墻體進入避難硐室內部。為了保證壓風管道被沖擊波破壞以后管道連接處的密閉性能，在避難硐室側連接處設置閥門，保證避難所密閉性。

4）實踐中的問題：由于硐室結構足夠堅固，能抵御一定的外部危害因素的沖擊，能將外部有害氣體環境、高溫熱環境隔絕；空間內部能在一定的時間內提供維持生命所需的氧氣、水、食物等；內部設備能夠監測空間內外環境狀況，并能依靠通訊設備向外主動傳遞井下信息。但是每個煤礦的地質條件及開采技術水平均不相同，設置避難設施需要考慮以下因素：①每個礦井的井下地質條件和開采技術水平等不相同，避難硐室的功能可以結合自身條件設置，常村煤礦固定式避難硐室根據自身地質條件不用考慮防止透水功能。②作為緊急避難設施，結合礦井的實際情況、經費等因素確定硐室的規模。③電力系統受限制，供應跟不上。避難硐室都是安置或修建在井下，為避難人員提供一個相對安全的密閉環境，此時外界可能發生如瓦斯爆炸等情況，在這些惡劣的條件下艙室或避難所不可能從外界地面上得到電力動力等支持，因此電力供應適時考慮。④避難硐室內要為避難人員提供必要的生存環境，就必須有必要的生存系統、環境監測系統等，這些系統都會有附加設備，而設備本身有使用期限，故需定期更換。

3 避難硐室的發展意義

實際的救援工作表明，井下作業環境的特殊性需要多樣化的救援方式，只有這樣才能充分發揮各種救援方式和設備的優勢，從而保證更多作業人員的安全。“礦井固定式避難所”只是其中較好的一種。相比國外發達國家，我國針對“固定式應急避難所”的研究還處于發展階段，所以需要緊密結合我國井下實際開采情況，吸取國外成功的經驗展開更深入的研究。山西省現在六大標準中提出，不論是在建礦井還是生產礦井都必須建設井下六大系統（安全監控系統，通訊聯絡系統，供水施救系統，壓風自救系統，人員定位系統，緊急避險系統），只有這樣，才能實現煤礦井下完善的安全救災體系。因此，“礦井固定式避難硐室”的發展研究具有重要意義、社會意義、經濟意義，也是井下救援研究的趨勢及重要組成部分。

[1] 北京科技大學土木與環境工程學院.礦井固定式應急避難所研究報告[R].北京科技大學,2012.

[2] 安監總煤裝[2011]15號.煤礦井下緊急避險系統建設管理暫行規定[S].安監總局，2011.

[3] 安監總煤裝[2012]15號.關于煤礦井下緊急避險系統建設管理相關事項的通知[S].安監總局，2012.