超化煤礦22采區永久避難硐室設計與研究

馮樂樂 姚俊耀 習晨光

(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采區永久避難硐室設計與研究

馮樂樂 姚俊耀 習晨光

(中赟國際工程股份有限公司，河南省鄭州市，450008)

為了進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采區永久避難硐室的設計為實例，論述了煤礦永久避難硐室的設計原則及技術要求。根據開拓采區已有巷道的布置情況，將22采區永久避難硐室設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中；采用類比計算法對永久避難硐室規格進行設計，詳細描述了硐室功能、硐室結構及硐室系統等。

安全保障 永久避難硐室 設計原則 硐室規格 硐室系統

近年來，隨著安全投入保障制度的執行，我國煤礦事故得到了有效遏制，但受各種因素的影響，礦難事故仍然時有發生，尤其是在煤與瓦斯突出礦井中。且在事故發生后，現代礦井埋深大、逃生路線長的特點給救援工作帶來了較大的困難。據統計，因氧氣不足或高溫高壓等原因而導致的遇難人數占死亡人數的四分之三以上。可見，如何為作業人員創造一個避難所、為救援工作贏得時間是非常重要的。

2010年8月5日，智利圣何塞銅礦發生塌方事故，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，礦工在被發現前的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，為促進和規范煤礦井下緊急避險系統的建設完善和管理工作，國家出臺了一系列的政策，根據《關于加快推進煤礦井下緊急避險系統建設的通知》等相關規定，所有進行地下開采的煤礦均需建設緊急避險系統。超化煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，按照要求應建設采區避難硐室。

1 礦井及采區概況

超化煤礦核定生產能力為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，煤塵有爆炸危險性，屬不易自燃煤層。煤層頂板巖性多為砂質泥巖和細粒砂巖，為不穩定-穩定類巖石，底板巖性多為灰巖，屬不穩定-中等穩定類巖石，煤層頂底板較完整，裂隙不是很發育；二1煤層礦床水文地質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條件復雜的煤礦床類型。

22采區位于-300 m～-100 m水平之間，為一單翼下山采區，走向長0.8 km，傾斜寬0.9 km，面積約0.72 km2。采區內二1煤層平均厚度為8 m，傾角18°，保有可采儲量588.9萬t，服務年限2.8 a。

2 避難硐室設計

永久避難硐室是井下專用硐室，硐室具有緊急避險的功能，按規定設置在礦井避災路線上，服務年限按要求需在5 a以上。硐室的設計主要包括硐室位置的選擇及硐室規格長度的設計等。

2.1 硐室位置

根據規定，永久避難硐室不宜布置在煤層和圍巖破碎、易發生變形及富水的巖層當中，避難硐室需設置2個間距大于20 m的出入口，若有條件2個出入口盡量布置在不同的巷道當中，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行支護。

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

2.2 硐室規格

永久避難硐室由防護門、過渡室和生存室組

成，其中過渡室的面積不宜小于3.0 m2；生存室的面積根據人數及所采用設備進行確定，通常永久避難硐室的額定避險人數在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。

根據超化煤礦井下實際情況，22采區永久避難硐室設計額定避險人數為100人，永久避難硐室規格計算如下：

(1)有效使用面積的計算。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)硐室規格的計算。根據22采區永久避難硐室的位置及兩個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置為4.0 m，并取1.2的備用系數，過渡室的寬度設置為3.0 m，避難硐室平面圖如圖2所示。

圖1 22采區永久避難硐室位置圖

1-防護密閉門；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、監控等專用管路圖2 22采區永久避難硐室平面圖

2.3 硐室功能

永久避難硐室應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，應具備安全防護、氧氣供給保障、通訊、照明、動力供應、人員生存保障等基本功能。

22采區永久避難硐室是超化煤礦井下緊急避險系統中的重要組成部分，是采掘人員災變時安全避險的重要保證。故硐室須具備在事故發生時能夠隔絕毒有害氣體，同時為避難人員提供獨立供氧系統、檢測監控系統和生活必需品等功能。

2.4 硐室支護

避難硐室兩個出口分別布置在22采區膠帶下山上車場和22采區軌道運輸巷當中，二者斷面相同，均為半圓拱形巷道4600 mm×3600 mm(寬×高)，前者采用錨網噴+U型鋼聯合支護，后者采用錨網噴+錨索+注漿支護。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。在兩個巷道掘進期間，采用十字交叉法分別對其表面位移進行監測，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采區膠帶下山上車場頂底板位移量在掘進后40 d趨于穩定，最大位移量為48 mm，兩幫位移量在30 d趨于穩定，最大位移量為32 mm；22采區軌道運輸巷頂底板位移量在掘進后30 d左右趨于穩定，最大位移量為30 mm，兩幫位移量在36 d后趨于穩定，最大位移量為13 mm。

根據類比法，避難硐室采用錨網噴+錨索聯合支護，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部。

2.5 硐室系統

永久避難硐室在密閉的情況下應具備保障人員生存的基本功能，且防護時間不得少于96 h。硐室內部設有防爆密閉系統、監測監控系統、供氧系統和通信系統，并配備定量的食物、水等附屬物。

2.5.1 防爆密閉系統

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

過渡室內應設壓縮空氣幕，且須在防護密閉門處設置壓氣噴淋裝置。噴淋裝置可阻隔遇險人員打開密閉門進入硐室時有毒有害氣體的侵入，氣源由礦井壓風管路提供，另硐室內須備有壓縮空氣瓶，以防空壓管路壓力值無法滿足時噴淋裝置出現打開故障。

2.5.2 監測監控系統

本方案采用礦井已有KJ211A型井下人員定位系統，系統由識別卡、位置監測分站、地面中心站及數據傳輸通道組成，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了解硐室內避難人員詳細情況。

避難硐室須配備有專用的監測儀器，以便對避難硐室內的氧氣及有害氣體進行監測。

2.5.3 供氧系統

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

2.5.4 通訊系統

礦井通信聯絡系統延伸至避難硐室內部，硐室內部必須設置直通礦調度室的電話。

2.5.5 供電照明系統

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荷。遇險避難時的應急供電為DC12 V，為本安電源。硐室內部須配備有蓄電池作為應急電源，當電源中斷后可對硐室內所有設備進行供電，使用時間不低于96 h。

2.5.6 其他附屬系統

硐室內附屬設備主要有醫療用品、消防用品、自救器、水和食物等必須設備，在額定的時間內能夠維持避難人員的基本生活。

(1)隔絕式自救器，額定防護時間不小于45 min，便于緊急轉移。

(2)飲用水，人均按不少于1.5 L/d設置。

(3)食物，配備的食品發熱量不少于5000 kJ/(d·人)。

(4)衛生設施，配備機械打包式馬桶，可對人體排泄物打包密封。

其中自救器、飲用水、食物數量按照額定人數的1.2倍存儲并集中存放。

3 結論

根據22采區已有巷道的布置情況，按照相關規范，本文通過類比計算對永久避難硐室進行了詳細設計，并對硐室的支護形式進行了研究，設計成果已進入實施階段，并完成驗收，本避難硐室的設計應用，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計和布置提供參考。

[1] 張大明,馬云東.礦井避難硐室研究與設計[J].中國安全生產科學技術,2009(3)

[2] 隋鵬程.礦工自救與避難硐室[J].現代職業安全,2007(7)

[3] 馬飛,閆建浩,李剛.礦山井下避難硐室的設計[J] .煤礦安全,2012(1)

[4] 王偉.礦井永久避難硐室的電氣設計及探討[J].煤礦機電,2014(4)

[5] 雷軍.上灣煤礦永久避難硐室設計探討[J].煤炭工程,2012(8)

[6] 李廷澤,史慶武.九道嶺煤礦避難硐室研究與設計[J].能源與節能,2012(1)

[7] 曾泰.泰山隆安煤礦井下永久避難硐室設計[J].煤礦安全,2013(3)

[8] 孟磊,趙毅鑫.煤礦井下避難硐室系統設計的探討[J].煤礦安全,2011(11)

[9] 張恩強,王麗,劉名陽等.探討井下避難硐室在礦井中的應用[J].煤礦安全,2009(7)

[10] 趙明.蘭興煤礦井下避難硐室的設計與維護[J].煤礦開采,2013(3)

[11] 趙利安,孟慶華.礦業發達國家安全硐室的發展及經驗借鑒[J].礦業安全與環保,2008(2)

[12] 李芳瑋,金龍哲.大屯徐莊煤礦井下緊急避險系統的構建[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2012(2)

[13] 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京:煤炭工業出版社,2011

[14] 胡姣麗.煤礦采區永久和臨時固定式避難硐室建設[J].山西煤炭,2010(7)

[15] 孫繼平.煤礦井下緊急避險系統研究[J].煤炭科學技術,2011(1)

[16] 張為,趙宏偉.煤礦避難硐室設計研究[J].建井技術,2011(4)

[17] 趙鐵錘,王樹鶴,彭建勛等．煤礦井下安全避險“六大系統”建設指南[M].北京：煤炭工業出版社,2012

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，習晨光. 超化煤礦22采區永久避難硐室設計與研究[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年畢業于中國礦業大學(北京)，主要從事礦山設計工作。

(責任編輯 張艷華)