礦用可移動式救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

礦用可移動式救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

0礦井安全避險根據(jù)世界各國對礦山事故的調(diào)查，大多數(shù)礦工在事故發(fā)生后無法立即升井或逃離高溫和有害氣體的地方。因此,各國都在致力建設(shè)礦井避難硐室和礦用救生艙,以便在礦井發(fā)生事故后能夠為無法及時撤離的礦工提供一個穩(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,國務(wù)院下發(fā)通知要求,煤礦和非煤礦山要在3年之內(nèi)完成礦山安全避險六大系統(tǒng)的安裝工作,包括監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、井下緊急避險系統(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)系統(tǒng)。可移動式救生艙是井下緊急避險系統(tǒng)中的重要技術(shù)裝備。隨后,國家安監(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”。目前,我國礦用救生艙技術(shù)正在不斷完善,其中,環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是其關(guān)鍵技術(shù)之一?！禔Q1029—2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用規(guī)范》和《AQ6201—2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》要求煤礦企業(yè)必須按照其規(guī)范建設(shè)完善監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。本文將介紹國內(nèi)外礦用救生艙的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。1救生艙的設(shè)計和制造工藝西方發(fā)達國家在救生艙的設(shè)計與研究方面積累了多年的經(jīng)驗,他們的礦山法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對推廣、使用礦用救生艙有著硬性的規(guī)定,一些具有較強科研實力的企業(yè)單位投入了大量的資金參與其中,如澳大利亞的MineARC公司、美國的StrataProductsWorldwide(斯特塔安全設(shè)備公司),他們在救生艙的研發(fā)方面處于世界領(lǐng)軍地位。圖1為國外廠商設(shè)計的不同類型的救生艙,包括固定式救生艙、移動式救生艙和快速充氣式救生艙。他們研制的救生艙的外殼是采用鋼制焊接而成的密閉空間,可承受0.10MPa的超壓,內(nèi)外艙壁之間采用特殊的隔熱材料。目前,上述兩家公司生產(chǎn)的救生艙可承載20人左右,其中斯特塔安全設(shè)備公司的可充氣式救生艙最大可容納50名礦工,同時可提供超過96h的救生時間。應(yīng)急救生艙整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為過渡艙和主艙。過渡艙內(nèi)配置壓縮醫(yī)用氧氣、壓縮空氣以及處理人體垃圾的設(shè)施等。主艙內(nèi)主要有有毒有害氣體置換和氧氣、空氣供給設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以及通信裝置。與國外相比,國內(nèi)礦用可移動式救生艙的研究相對比較晚,設(shè)計技術(shù)還不成熟,其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還在制定中。目前,國內(nèi)超過20家企業(yè)、單位從事相關(guān)產(chǎn)品研發(fā),通過專家鑒定的只有3家單位,取得安全標(biāo)志(新產(chǎn)品)的只有一家單位。因救生艙殼體的制造技術(shù)及對其隔爆、耐爆能力的檢驗?zāi)芰Σ粔?國內(nèi)救生艙的艙體以國外引進為主。艙內(nèi)各類系統(tǒng)的檢測技術(shù)也不夠成熟,整機設(shè)備檢驗周期過長。在救生艙艙體制造及其使用的艙內(nèi)環(huán)控生保系統(tǒng)、實時環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)中,環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是我國目前較為成熟的技術(shù)。2環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成礦用可移動式救生艙研究包括應(yīng)急救援密閉艙、艙內(nèi)環(huán)測生保系統(tǒng)、實時環(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)測在礦用可移動式救生艙中非常重要。2.1氣體監(jiān)測和報警救生艙的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是避難人員在密閉空間內(nèi)生存依靠的重要保障,可對現(xiàn)有艙內(nèi)的壓力、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)提供實時監(jiān)測。由于被困人員在救生艙中生存通常從幾小時到幾天都有可能,隨著時間的推移,艙內(nèi)氧氣不斷減少,同時將產(chǎn)生CO、CO2、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)對這些氣體參數(shù)即時監(jiān)控,并根據(jù)氣體對人體影響設(shè)定儀器監(jiān)測范圍和報警參數(shù),同時對供氧速度、有毒有害氣體凈化、溫濕度調(diào)控、供電、通信等實現(xiàn)控制,保證在與外界隔絕的情況下,提供艙內(nèi)一定時間內(nèi)人員生存的重要條件。救生艙還應(yīng)具備監(jiān)測艙外氣體環(huán)境的設(shè)備,及時觀察艙內(nèi)外的環(huán)境情況,判斷是否處于危險狀態(tài)。MineARC公司的各類救生艙配置的是電子氣體監(jiān)測儀,對艙內(nèi)O2、CO2、CO等氣體含量進行實時監(jiān)控。電子氣體監(jiān)測儀有預(yù)置警報系統(tǒng),一旦氣體濃度達到某個值點,警報系統(tǒng)就會自動發(fā)出警報,避險人員根據(jù)警報判斷是否需要更換化學(xué)吸附劑。電子氣體監(jiān)測儀機身輕巧、攜帶方便、操作簡單、安全可靠。我國可移動式救生艙內(nèi)主要設(shè)置環(huán)境監(jiān)測儀表,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)測艙內(nèi)數(shù)據(jù),提醒艙內(nèi)人員根據(jù)不同情況作出相應(yīng)決策,保障生命安全。同時,在艙外一定區(qū)域設(shè)置監(jiān)測儀表,以便艙內(nèi)人員了解外部環(huán)境,在外部安全的環(huán)境下,通過通信系統(tǒng)與井下聯(lián)系,實施自救、配合他救。2.2應(yīng)急艙監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計2.2.1救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對于救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),要求災(zāi)變情況下能夠長時間獨立監(jiān)測、傳輸數(shù)據(jù),人機界面友好,安裝便利,維護方便,操作簡單,可擴充性好,易于實現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化。(1)救生艙應(yīng)能對艙內(nèi)環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測、顯示,并超限報警,并應(yīng)有對艙外環(huán)境監(jiān)測功能。救生艙內(nèi)、外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)宜獨立運行。(2)救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的參數(shù)至少應(yīng)包括CO、CO2、O2、CH4、H2S、溫度和濕度;艙外環(huán)境監(jiān)測參數(shù)至少應(yīng)包括CO、CO2、O2、CH4、溫度。(3)救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)表1的規(guī)定設(shè)置超限報警點,環(huán)境參數(shù)超出表1的規(guī)定值時自動聲光報警,聲級不宜大于50dB·A。(4)具有邊界參數(shù)開關(guān)量控制功能,以便在監(jiān)測到氣體參數(shù)不符合艙內(nèi)安全生命標(biāo)準(zhǔn)時啟動相關(guān)設(shè)備。2.2.2系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)2.2.2.環(huán)境監(jiān)測軟件系統(tǒng)平臺(1)救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與巷道中監(jiān)控分站相連,組成全礦井監(jiān)測信息管理中心,并可通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)測信息適時共享。(2)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺采用先進的組態(tài)軟件,具有人機界面友好、操作簡單方便、功能強大等優(yōu)點,具有容錯糾錯功能,人為的誤操作不影響系統(tǒng)的正常運行。(3)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對所監(jiān)測參數(shù)可根據(jù)需要隨時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖形、曲線和報警點及數(shù)值。圖形功能豐富直觀,點開圖形即得所需測點信息。(4)具有自檢及自診斷功能,系統(tǒng)能自動切除故障區(qū)域,非故障區(qū)域仍能正常運行。2.2.2.災(zāi)變后救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成解讀(1)在正常情況下,救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)包括監(jiān)控主機、傳輸接口、監(jiān)測分站、電源箱、監(jiān)控軟件、顯示器、傳感器及傳輸電纜。(2)在災(zāi)變后線路遭到破壞時,救生艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)包括艙內(nèi)電源、顯示器、傳感器及傳輸電纜。(3)建立救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要完成艙內(nèi)儀器儀表的選配,氣動開啟與電動開啟的轉(zhuǎn)換控制及連接,通信信號的統(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,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。2.2.3實現(xiàn)從源頭控制到自動監(jiān)控的實時傳感技術(shù)co、濕度、o2、ch4、hs的監(jiān)測方案艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對外提供所需傳感器的信號,同時接入到分站,實現(xiàn)遠距離傳輸,通過傳輸媒介接入到監(jiān)控主機。其信號傳輸?shù)脑砜驁D如圖2所示。艙內(nèi)外配有多種傳感器,用來測定溫、濕度、大氣壓力、氣體(CO、CO2、O2、CH4、H2S等有害氣體)的濃度。艙內(nèi)同時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)通過傳輸電纜送到集中控制顯示器進行顯示。同時,救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與巷道監(jiān)控分站相連,監(jiān)控分站收集傳感器的監(jiān)控數(shù)據(jù),通過傳輸媒介到達監(jiān)控主站,實現(xiàn)所有儀表的遠程實時監(jiān)控,并自動調(diào)節(jié)艙內(nèi)氣體環(huán)境。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一方面作為平時正常情況下的安全監(jiān)測系統(tǒng),另一方面在井下事故發(fā)生時,監(jiān)控艙內(nèi)維持生命的各種參數(shù),并在其邊界條件下自動啟動艙體內(nèi)報警裝置。3監(jiān)測系統(tǒng)的完善分析了國內(nèi)外救生艙的發(fā)展現(xiàn)狀,針對當(dāng)前國內(nèi)救生艙的研制和推廣背景,提出了礦用可移動式救生艙環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計、硬件設(shè)計、信號傳輸?shù)募夹g(shù)性能要求,為