煤礦用可移動(dòng)式救生艙中的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、煤礦用可移動(dòng)式救生艙中的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵詞：救生艙，六大系統(tǒng),緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)1引言根據(jù)世界各國(guó)對(duì)礦井事故的調(diào)查，相當(dāng)一大部分礦難傷亡都是因?yàn)樵诘V井透水、火災(zāi)和爆炸后，不能及時(shí)升 井或逃離高溫、有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致溺水、窒息或中毒死亡。因此，各國(guó)都在致力建設(shè)礦井避難硐室和礦用 救生艙，以便在礦井發(fā)生事故后能夠?yàn)闊o(wú)法及時(shí)撤離的礦工提供一個(gè)穩(wěn)定可靠、保障齊全的維生空間，把災(zāi)害的 損失降到最低。2010年7月，我國(guó)國(guó)務(wù)院下發(fā)通知要求，煤礦和非煤礦山要在3年之內(nèi)完成礦山安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)的安裝 工作，包括：檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)、礦井供水施救系統(tǒng)和 礦井通信聯(lián)絡(luò)

2、系統(tǒng)?？梢苿?dòng)式救生艙是井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)中的重要技術(shù)裝備。隨后，國(guó)家安監(jiān)總局也下發(fā)通知， 要求必須在距離工作面500米范圍內(nèi)建設(shè)避難硐室或設(shè)置救生艙”。并表示，救生艙的建設(shè)將是我國(guó)礦山企業(yè)安 全生產(chǎn)保障設(shè)施的重中之重。2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用加拿大、美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家在救生艙的設(shè)計(jì)與研究方面積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，他們的礦山法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)推廣、使用礦用有著硬性的規(guī)定，一些具有較強(qiáng)科研實(shí)力的企業(yè)單位投入了大量的資金參與其中。圖1是國(guó)外廠商設(shè)計(jì)的幾款救生艙，包括固定式救生 艙、移動(dòng)式救生艙和快速充氣式救生艙。圖1不同類(lèi)型的救生艙下面詳細(xì)介紹幾家國(guó)外研發(fā)煤礦用可移動(dòng)式救生艙的公司及其產(chǎn)品特點(diǎn)。2.1Min

3、eARC的避難艙澳大利亞的MineARC公司在避難艙的開(kāi)發(fā)方面處于領(lǐng)軍地位。該公司從1995年就開(kāi)始涉足煤礦避難艙的 研究。目前，該公司在全球27個(gè)國(guó)家和地區(qū)的礦山配備超過(guò)1000臺(tái)的救生艙。MineARC公司研發(fā)的救生艙主要分為煤礦型（每套系統(tǒng)可供1至20名避難人員使用）和非煤礦型（每套系統(tǒng) 可供1至25名避難人員使用）。其中，CoalSAFF煤礦安全型應(yīng)急救生艙采用了世界上獨(dú)一無(wú)二的新型專(zhuān)利技術(shù)，即在無(wú)電力支持條件下，集一氧化碳、二氧化碳處理和空調(diào)降溫于一體的本質(zhì)安全型集成控制系統(tǒng)一MRCisTM。 MineARC可根據(jù)用戶的要求定制不同需求的救生艙，主要有厚煤層用、薄煤層用煤礦安全型應(yīng)急

4、救生艙。其產(chǎn)品在澳大利亞的成功使用案例主要有：StLeves（2006年4月），BarrickKanownaBelle（2007年 10 月），BHPBillitionLeinster（2009 年 6 月）。2.2StrataProductsWorldwide 的避難產(chǎn)品StrataProductsWorldwide （斯特塔安全設(shè)備公司）共有2種類(lèi)型避難艙產(chǎn)品：固定式避難室（含屏障式 空氣托撬）和可移動(dòng)式救生艙，其中可移動(dòng)式救生艙又分為鋼制步入式救生艙（煤礦用）和可充氣式救生艙。一、鋼制步入式救生艙特點(diǎn)：艙體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可抗15Psi（0.1033Mpa ）的超壓；可以容納6-40人；為困在

5、井下的工人可提供高達(dá)96小時(shí)可供呼吸的空氣；能自動(dòng)報(bào)告CO、CO2、O2含量和溫度；提供必要的食物和飲用水。二、可充氣式救生艙特點(diǎn)：每套設(shè)備最大可容納50名礦工；可提供96小時(shí)維持生命所需的空氣；只需取下安全銷(xiāo)并按一下按鈕。就會(huì)在3分鐘內(nèi)自動(dòng)展開(kāi)；申請(qǐng)專(zhuān)利的空氣處理系統(tǒng)維持空氣中的氧氣水平，從空氣中去除二氧化碳，維持可呼吸的空氣供給；可折疊放在能夠承受15Psi（0.1033Mpa）超壓的鋼制容器內(nèi)。2.3ChemBio的避難艙位于西弗吉尼亞州的ChemBio公司是國(guó)際上首家研發(fā)出軟件救生艙、擁有專(zhuān)利產(chǎn)品權(quán)的專(zhuān)業(yè)公司。在美國(guó) 煤礦井下配備避難所1193臺(tái)，其中，軟件救生艙1000臺(tái)（占80%以

6、上），硬件救生艙123臺(tái)，避難硐室 70個(gè)。ChemBio公司軟件救生艙的特點(diǎn)如下:艙體材料采用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的材料。這種材料阻燃，并極為堅(jiān)固，具有很強(qiáng)的抗撕扯、防破裂、抗刺透能力。放置體積小，展開(kāi)艙容積大，最大救生人數(shù)35人，可救生時(shí)間超過(guò)96小時(shí)。艙內(nèi)CO2清洗采用無(wú)源被動(dòng)式設(shè)計(jì)，即利用懸掛在艙內(nèi)含有堿石灰等化學(xué)成分的若干幕簾來(lái)完成。3國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)礦用可移動(dòng)式救生艙的研究相對(duì)比較晚，設(shè)計(jì)技術(shù)還不成熟，其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還在制定中。 目前，國(guó)內(nèi)超過(guò)二十家企業(yè)、單位從事相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)。通過(guò)專(zhuān)家鑒定的有3家：北京科技大學(xué)（陜西重生礦業(yè)科 技有限公司）、煤科學(xué)研究總院安全技術(shù)分院（上海

7、鵬燕礦業(yè)安全設(shè)備制造公司）、煤炭科學(xué)研究總院沈陽(yáng)研 究院（MineArc）。取得安全標(biāo)志（新產(chǎn)品）只有1家：北京科技大學(xué)（陜西重生礦業(yè)科技有限公司）。下面介紹幾家國(guó)內(nèi)研發(fā)煤礦用可移動(dòng)式救生艙的公司及其產(chǎn)品特點(diǎn)。3.1陜西重生礦業(yè)科技有限公司陜西重生礦業(yè)科技有限公司研制救生艙已完成多項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)：1、2008年7月在山西潞安集團(tuán)模擬巷道內(nèi)完成了完全模擬礦井災(zāi)變環(huán)境下的4人96小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)生存試 驗(yàn)，試驗(yàn)取得圓滿成功。2、2008年10月，完成持續(xù)承受不低于260C高溫環(huán)境試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程艙內(nèi)溫度被控制在安全范圍。3、2009年3月，在重慶完成承受瓦斯、煤塵爆炸試驗(yàn)，獲得成功。同時(shí)，救生艙的設(shè)計(jì)充分

8、考慮了使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性和惡劣性。艙體采用了堅(jiān)固的鋼制外殼和分體式組裝 結(jié)構(gòu)，可拆卸后進(jìn)入礦井，在井下根據(jù)需要進(jìn)行組裝。該救生艙對(duì)外能夠抵御爆炸沖擊、高溫?zé)煔猓艚^有毒有 害氣體；對(duì)內(nèi)能及時(shí)處理艙內(nèi)的有毒有害氣體，并通過(guò)多極供氧系統(tǒng)為被困礦工提供氧氣，食物、水的存儲(chǔ)和糞 便的處理都有專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)，為被困人員可以贏得較長(zhǎng)的生存時(shí)間。同時(shí)，被困人員能夠通過(guò)艙內(nèi)通訊監(jiān)測(cè)設(shè)備， 引導(dǎo)外界救援。3.2河南中平能化集團(tuán)機(jī)械制造有限公司2006年6月，由河南中平能化集團(tuán)機(jī)械制造有限公司自行研究設(shè)計(jì)制造的礦用可移動(dòng)式救生艙首個(gè)樣艙 制造完成。這座礦用可移動(dòng)式救生艙主要用于發(fā)生礦難時(shí)遇險(xiǎn)人員緊急避難。其密封艙體

9、可容納10人，艙體 內(nèi)設(shè)有座椅、照明、通訊、供氧、急救箱、必需的食品飲用水、有毒有害氣體處理裝置，并可以調(diào)節(jié)艙內(nèi)的氣溫 和濕度。艙內(nèi)至少可提供96小時(shí)的生存保障。2011年4月9日，黑龍江研制出井下可移動(dòng)式救生艙已通過(guò)抗爆試驗(yàn)。繼在環(huán)境溫度55攝氏度、120小 時(shí)高溫真人試驗(yàn)獲得成功后，由黑龍江龍煤機(jī)械裝備公司自主研制的JYC-120/12型井下可移動(dòng)式救生艙，近 日再次通過(guò)國(guó)家安全生產(chǎn)重慶礦用設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)中心的連續(xù)4次井下抗爆試驗(yàn)。鑒定結(jié)果顯示，該艙體抗爆能力 為2兆帕，達(dá)到了井下可移動(dòng)式救生艙抗爆能力的最高標(biāo)準(zhǔn)，表明此型號(hào)救生艙可以投入高瓦斯礦井，為井下遇 險(xiǎn)礦工提供臨時(shí)的避險(xiǎn)場(chǎng)所。3.4

10、山東華盾科技股份有限公司山東華盾科技股份有限公司研發(fā)的礦用可移動(dòng)式救生艙被譽(yù)為礦井諾亞方舟”，以10項(xiàng)（兩項(xiàng)發(fā)明、7項(xiàng) 實(shí)用新型、一項(xiàng)外觀）專(zhuān)利，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該礦用可移動(dòng)式救生艙可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和 長(zhǎng)遠(yuǎn)全時(shí)空故障和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控檢測(cè)和緊急避險(xiǎn)狀態(tài)下全時(shí)空的通信視頻聯(lián)絡(luò)，并能提供在緊急避險(xiǎn)與外界隔 絕狀態(tài)下每一個(gè)艙體12個(gè)人連續(xù)生存10天的空間，結(jié)束了此前每個(gè)艙體只能容納5人、生存僅3天的尷尬困 局。4救生艙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)礦用可移動(dòng)式救生艙整個(gè)研究包括應(yīng)急救援密閉艙、艙內(nèi)的環(huán)控生保系統(tǒng)、實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)三大部分。 作為關(guān)鍵技術(shù)之一，環(huán)境監(jiān)測(cè)在礦用可移動(dòng)式救生艙中非

11、常重要。4.1環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介救生艙的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是避難人員在密閉空間內(nèi)生存依靠的重要保障，對(duì)現(xiàn)有艙內(nèi)的壓力、溫、濕度等環(huán)境 參數(shù)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于被困人員在救生艙中生存通常從幾小時(shí)到幾天都有可能，隨著時(shí)間的推移，艙內(nèi)氧氣不 斷減少，同時(shí)將產(chǎn)生CO、CO2、H2S、CH4等有毒有害氣體，這都影響著人的生命安全，因此，艙內(nèi)應(yīng)對(duì)這些 各種氣體參數(shù)即時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)氣體對(duì)人體影響設(shè)定儀器監(jiān)測(cè)范圍和報(bào)警參數(shù)，同時(shí)對(duì)供氧速度、有毒有害氣體 凈化、溫、濕度調(diào)控、供電、通訊等實(shí)現(xiàn)控制，保證在與外界隔絕的情況下，實(shí)施艙內(nèi)一定時(shí)間內(nèi)人員生存的重 要條件。救生艙還應(yīng)具備監(jiān)測(cè)艙外氣體環(huán)境的設(shè)備，及時(shí)觀察艙內(nèi)外的環(huán)境情

12、況，判斷是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)。MineARC公司的各類(lèi)型救生艙配置的是電子氣體監(jiān)測(cè)儀，對(duì)艙內(nèi)02、CO2、CO等氣體含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 氣體監(jiān)測(cè)儀有預(yù)置警報(bào)系統(tǒng)，一旦氣體濃度達(dá)到某個(gè)值點(diǎn)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，避險(xiǎn)人員根據(jù)警報(bào)判斷是否 需要更換化學(xué)吸附劑。電子氣體監(jiān)測(cè)儀機(jī)身輕巧，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，安全可靠。我國(guó)可移動(dòng)式救生艙內(nèi)主要設(shè)置有環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，該儀表主要采用帶有煤安標(biāo)志的本安防爆型氣體傳感器， 一方面監(jiān)測(cè)艙內(nèi)數(shù)據(jù)，提醒艙內(nèi)人員根據(jù)不同情況做出相應(yīng)決策，保障生命安全。同時(shí)，在艙外一定區(qū)域設(shè)置監(jiān) 測(cè)儀表，以便艙內(nèi)人員了解外部環(huán)境，在外部安全的環(huán)境下，通過(guò)通訊系統(tǒng)與井下聯(lián)系，實(shí)施自救配合他救。4.

13、2救生艙環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)于救生艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求災(zāi)變情況下能夠長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立監(jiān)測(cè)、傳輸、人機(jī)界面友好、安裝便利、維護(hù)方便、 操作簡(jiǎn)單、可擴(kuò)充性好、易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化。救生艙應(yīng)能對(duì)艙內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示，并超限報(bào)警，并應(yīng)有對(duì)艙外環(huán)境監(jiān)測(cè)功能。救生艙內(nèi)、外 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)宜獨(dú)立運(yùn)行。救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的參數(shù)至少應(yīng)包括CO、CO2、02、CH4、H2S、溫度和濕度；艙外環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)至少 應(yīng)包括CO、C02、02、CH4、溫度。（3）救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)表1的規(guī)定設(shè)置超限報(bào)警點(diǎn)，環(huán)境參數(shù)超出表1的規(guī)定值時(shí)自動(dòng)聲光報(bào) 警，聲級(jí)不宜大于50dB（A）。表1救生艙內(nèi)空氣質(zhì)量要求項(xiàng)目02COC02C

14、H4H)溫度濕度指標(biāo)18.5%-23.0% W1.0% 1.0%85%24ppm35 C6ppm（4）具有邊界參數(shù)開(kāi)關(guān)量控制功能，以便在監(jiān)測(cè)到氣體參數(shù)不符合艙內(nèi)安全生命標(biāo)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。4.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)4.2.2.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1）救生艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與巷道中監(jiān)控分站相連，組成全礦井監(jiān)測(cè)信息管理中心，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息適 時(shí)共享。2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用先進(jìn)的組態(tài)軟件，具有人機(jī)界面友好、操作簡(jiǎn)單方便、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，具有容 錯(cuò)糾錯(cuò)功能，人為的誤操作不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所監(jiān)測(cè)參數(shù)根據(jù)需要可隨時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖形、曲線和報(bào)警點(diǎn)及數(shù)值。圖形功能豐富直觀， 點(diǎn)開(kāi)圖形即得所需

15、測(cè)點(diǎn)信息。4）具有自檢及自診斷功能，系統(tǒng)能自動(dòng)切除故障區(qū)域，非故障區(qū)域仍能正常運(yùn)行。（1）救生艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在正常情況下，包括監(jiān)控主機(jī)、傳輸接口、監(jiān)測(cè)分站、電源箱、監(jiān)控軟件、顯示器、 傳感器及傳輸電纜。（2）在災(zāi)變后線路遭到破壞后，救生艙內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括艙內(nèi)電源、顯示器、傳感器及傳輸電纜。（3）建立救生艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要完成艙內(nèi)儀器儀表的選配，氣動(dòng)開(kāi)啟與電動(dòng)開(kāi)啟的轉(zhuǎn)換控制及連接，通訊信 號(hào)的統(tǒng)一處理，艙內(nèi)儀器儀表布局及位置確定，儀器操作控制柜設(shè)計(jì)，艙內(nèi)設(shè)備連接電纜橋架布置以及艙內(nèi)外電 纜密封接口設(shè)計(jì)。4.2.3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)傳輸艙內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)外提供所需傳感器的信號(hào)，同時(shí)接入到分站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，通過(guò)傳輸媒介接入到監(jiān)控主 機(jī)。其信號(hào)傳輸?shù)脑砜驁D2所示。圖2.信號(hào)傳輸框圖艙內(nèi)外配有多種傳感器，用來(lái)測(cè)定溫濕度、大氣壓力、氣體（CO、CO2、02、甲烷、H2S等有害氣體）的 濃度。艙內(nèi)同時(shí)具有顯示各種傳感器參數(shù)的儀表，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸電纜送到集中控制顯示器進(jìn)行顯 示。同時(shí)，救生艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與巷道中監(jiān)控分站相連，監(jiān)控分站收集傳感器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)傳輸媒介到達(dá)監(jiān)控主 站，實(shí)行所有儀表的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并自動(dòng)調(diào)節(jié)艙內(nèi)氣體環(huán)境。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面作為平