礦用救生艙設(shè)計(jì)及運(yùn)行位置的探討

礦用救生艙設(shè)計(jì)及運(yùn)行位置的探討

0傷亡人數(shù)過(guò)多,致害多近年來(lái)，我國(guó)發(fā)生了一起嚴(yán)重的安全和技術(shù)事故，比如磚瓦爆炸和火災(zāi)。事故原因復(fù)雜，破壞力大，救援難度大，造成了許多傷亡。它嚴(yán)重威脅著礦工的安全生產(chǎn)，影響礦山的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益，給受害者帶來(lái)毀滅性的心理和家庭創(chuàng)傷。其中,大多數(shù)傷亡人數(shù)過(guò)多的生產(chǎn)事故往往是由于井下未設(shè)置遇險(xiǎn)人員安全避險(xiǎn)場(chǎng)所造成的。礦用救生艙的研制,正是為了解決重、特大煤礦生產(chǎn)事故發(fā)生時(shí)因事故破壞力大而造成的救援礦工困難的問(wèn)題,旨在不斷提升我國(guó)煤礦生產(chǎn)事故發(fā)生后安全救援的整體水平。1關(guān)于礦渣研究1.1應(yīng)急救生艙及材料加拿大、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家的礦山安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)推廣、使用礦用救生艙有著硬性的規(guī)定,使得歐美各國(guó)在礦用救生艙方面的研究起步早、進(jìn)展快、技術(shù)相對(duì)成熟。2010年,澳大利亞MineARC誖設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CoalSAFE煤礦安全型應(yīng)急救生艙采用在無(wú)電力支持條件下,集一氧化碳、二氧化碳濾清和空調(diào)降溫于一體的本質(zhì)安全型高科技集成控制系統(tǒng)—MARCisTM;同年,美國(guó)斯特塔公司研制的礦用救生艙可以承受高達(dá)0.10MPa的壓力,完全無(wú)需動(dòng)力,裝備齊全,減少了電火花引發(fā)二次爆炸發(fā)生的可能性。2003年和2004年,南非的2個(gè)特大金礦分別發(fā)生停電和火災(zāi)事故,救護(hù)隊(duì)在井下的各個(gè)礦用救生艙內(nèi)共計(jì)救出280人;2010年10月,32名智利籍礦工和1名玻利維亞籍礦工在智利圣何塞銅礦深達(dá)700余m的礦井中被困69d后,全部以良好的狀態(tài)平安升井。1.2救生艙新技術(shù)引起爭(zhēng)議,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)及全國(guó)其他儲(chǔ)藥企業(yè)發(fā)展與國(guó)外相比,礦用救生艙在國(guó)內(nèi)的研究起步較晚,但研究進(jìn)展比較迅速。2006年,在重大災(zāi)害研究項(xiàng)目中,設(shè)置了有關(guān)“礦用可移動(dòng)式救生艙”的研究專(zhuān)題。礦用可移動(dòng)救生艙在歷經(jīng)3年多的科研攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后,科技研發(fā)項(xiàng)目組獲得最終成功。其中北京科技大學(xué)為科研基地、潞安集團(tuán)為實(shí)驗(yàn)基地、陜西重生科技開(kāi)發(fā)公司為救生艙生產(chǎn)制造基地,集科研、實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)“三位一體”。2010年4月,營(yíng)口高新區(qū)自主研制的救生艙實(shí)驗(yàn)成功,該實(shí)驗(yàn)由8名志愿者參加,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn),并創(chuàng)采用航天無(wú)電控制技術(shù)真人實(shí)驗(yàn)120h的國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄。2011年1月,東風(fēng)儀表廠開(kāi)發(fā)的礦用救生艙對(duì)外能夠抵御爆炸沖擊、高溫?zé)煔?、有毒有害氣體;對(duì)內(nèi)能為被困礦工提供氧氣、食物和水,為獲得外界救援爭(zhēng)取較長(zhǎng)的生存時(shí)間。2011年3月,沈陽(yáng)研究院與MineARC誖合作開(kāi)發(fā)的可移動(dòng)分體式救生艙配備強(qiáng)大的生命支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了供O2,CO2及CO濾清、降溫和電子瓦斯監(jiān)測(cè)一體化。目前,“礦用可移動(dòng)式救生艙”項(xiàng)目已具備產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的能力,并且首批產(chǎn)品即將在全國(guó)十大礦區(qū)投入使用。2安全離套的介紹2.1密閉門(mén)組成的艙內(nèi)組成.礦用救生艙又稱(chēng)為礦用安全艙、煤礦救生艙、礦用避難硐室,是指在煤礦井下當(dāng)發(fā)生災(zāi)難或意外事故時(shí),煤礦井下作業(yè)人員用于逃生、避難等待救援的一個(gè)密封裝置設(shè)備。一般礦用救生艙的結(jié)構(gòu)普遍相類(lèi)似,主要由密閉門(mén)、過(guò)渡艙、生存艙、設(shè)備艙、緊急逃生門(mén)和防爆外殼組成(見(jiàn)圖1)。密閉門(mén)可阻擋水、火、有毒有害氣體、煙霧的侵入,是救生艙的防護(hù)關(guān)鍵所在;過(guò)渡艙采用向外開(kāi)啟的兩道隔離門(mén)結(jié)構(gòu)和一鍵式空氣噴淋裝置,通過(guò)艙內(nèi)外正負(fù)壓差阻止氣體回流;生存艙可提供避險(xiǎn)人員生存所需的氧氣、水、食物、急救箱等,是一個(gè)安全舒適的空間;設(shè)備艙放置了風(fēng)機(jī)、供電裝備、有害氣體檢測(cè)設(shè)備、空氣凈化裝備等;緊急逃生門(mén)設(shè)置在設(shè)備艙,當(dāng)密閉門(mén)被封堵時(shí),避險(xiǎn)人員可以通過(guò)緊急逃生門(mén)進(jìn)出;防爆外殼是保護(hù)救生艙的安全避險(xiǎn)的關(guān)鍵所在,能承受煤礦井下重大災(zāi)害的破壞而不影響其保護(hù)性能。2.2空氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)救生艙一般在煤礦井下處于待命狀態(tài),當(dāng)遇險(xiǎn)人員在礦難中無(wú)法撤退到安全地帶時(shí),可以躲進(jìn)救生艙等待救援。供氧系統(tǒng)為人員提供生存所需的氧氣;空氣凈化系統(tǒng)處理進(jìn)艙人員帶入和排出的有毒有害氣體;溫、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)將艙內(nèi)溫度控制在35℃以下,濕度控制在85%以下;供電系統(tǒng)保證額定時(shí)間內(nèi)為艙內(nèi)各種設(shè)備供電,并與外界電源相聯(lián),確保外界電源被切斷時(shí),自動(dòng)切換為艙內(nèi)蓄電池;通訊系統(tǒng)保證避險(xiǎn)人員可以在緊急情況下直接與地面調(diào)度室聯(lián)系。2.3礦井的救贖需求滿足礦用救生艙基于它的工作環(huán)境,適用于煤礦井下瓦斯或煤塵爆炸、火災(zāi)阻隔、透水事故等一系列災(zāi)害情況,滿足井下的快速避災(zāi)、救護(hù)需求。其規(guī)格型號(hào)一般為J□□□-□/□□(例如JMAH-96/10A:J-救生艙,M-移動(dòng)式,A-組裝式,H-硬體式,96-額定防護(hù)時(shí)間,10-額定人數(shù),A-第四特征代號(hào)),考慮到人機(jī)工程學(xué),可參考表1中的基本技術(shù)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4救生艙的設(shè)計(jì)與維護(hù)(1)供氧系統(tǒng)。救生艙是一個(gè)密閉空間,維持生命最重要的自然是氧氣。MineARC誖絕大多數(shù)采用氧燭供氧,每支氧燭可供10人最少12h的呼吸用氧。氧燭由于其具有保質(zhì)期長(zhǎng)、占用空間小、安全性能高、點(diǎn)燃后可產(chǎn)生高純度氧氣等優(yōu)點(diǎn),因此應(yīng)用比較廣泛。(2)有害氣體檢測(cè)及去除組件。救生艙配有電子氣體檢測(cè)儀,能對(duì)艙內(nèi)的O2,CO2,CO等氣體含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),一旦氣體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到某個(gè)值點(diǎn)(見(jiàn)表1),系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警,避險(xiǎn)人員根據(jù)警報(bào)聲判斷是否需要更換化學(xué)吸附劑;另外過(guò)渡艙內(nèi)設(shè)置了空氣噴淋裝置,避險(xiǎn)人員在進(jìn)入救生艙時(shí)可以把身上所帶的有害氣體清除掉。(3)溫、濕度調(diào)節(jié)。艙內(nèi)溫、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng),可根據(jù)艙內(nèi)人員生存需要進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和空氣除濕。通常狀況下,救生艙與礦井的空氣供給設(shè)備相連接,氣流穿越救生艙可實(shí)現(xiàn)降溫;一旦氣流供給失敗,氣體濾清和空調(diào)降溫系統(tǒng)將確保救生艙各項(xiàng)功能的正常運(yùn)行。(4)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。救生艙艙體材料要選用環(huán)保性材質(zhì),不腐爛、不燃燒、無(wú)公害、耐高溫,并具有足夠的強(qiáng)度和氣密性,可保證艙內(nèi)氣壓始終比外界高100~500Pa(具體參數(shù)見(jiàn)表1)。此外,救生艙配置提、升、拖、拉鉤等裝置,使得礦用救生艙的搬運(yùn)較為便捷。(5)供電裝備。救生艙供電設(shè)施要安全可靠,符合煤礦用電安全需要的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和井下交流電源(1140V/660V和380V)的安裝要求。供電裝備必須具有短路、過(guò)載保護(hù)、漏電閉鎖等控制裝置。(6)通訊設(shè)備。救生艙要具備與井下通訊網(wǎng)連接的接口及通訊方式失效情況下的信息交流方法,所配置的有線程控電話和通訊電纜應(yīng)具有防爆性能,避險(xiǎn)人員可直接與調(diào)度室聯(lián)系。(7)生存環(huán)境設(shè)計(jì)。生存艙內(nèi)設(shè)有舒適的帶墊座位,坐臥兩用,使避險(xiǎn)人員在緊急疲勞狀況下的休息得到保障;坐墊底下有儲(chǔ)物箱,箱內(nèi)盛放有軍用食物、水、應(yīng)急藥品及救生器材;工具箱內(nèi)存放有應(yīng)急工具、自救器15個(gè)、便攜式多用傳感器、常用洗漱用品等;照明燈選用青白色的熒光燈,這樣會(huì)使人感覺(jué)時(shí)間過(guò)得很快;艙內(nèi)背景色選為藍(lán)色,不但具有催眠作用,還可以消除緊張感;設(shè)備艙內(nèi)設(shè)有環(huán)保自動(dòng)密封馬桶,操作簡(jiǎn)易、便捷,可有效收集處理排泄物;控制箱里安設(shè)的語(yǔ)音提示系統(tǒng)可方便避險(xiǎn)人員操作儀器,做到臨危不亂;控制箱里其他的操作開(kāi)關(guān)上設(shè)有指示牌,可根據(jù)提示選擇進(jìn)行操作;整個(gè)救生艙地板設(shè)置成弧形,中間高、兩邊低,便于排水。(8)管理與維護(hù)。井下配有專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)和人員對(duì)救生艙進(jìn)行管理和維護(hù),準(zhǔn)確記錄安裝、使用、維護(hù)等相關(guān)信息,始終保證儲(chǔ)存的食品、水、藥品等處于保質(zhì)期內(nèi),確保救生艙內(nèi)的設(shè)備始終處于可運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。3救生艙及放空?qǐng)龇秶鶕?jù)煤礦的避難路線、地質(zhì)構(gòu)造、支護(hù)材料、通風(fēng)條件等,將救生艙安放硐室布置所在的巖層中。其安放位置的選擇需注意以下兩點(diǎn):(1)礦用可移動(dòng)式救生艙通用技術(shù)條件規(guī)定,凡在自救器所能提供的額定防護(hù)時(shí)間內(nèi)不能安全撤到地面的,必須在距離采掘工作面1000m范圍內(nèi)設(shè)置救生艙;突出煤層的掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度及采煤工作面走向長(zhǎng)度超過(guò)500m時(shí),必須在距離工作面500m范圍內(nèi)設(shè)置救生艙。(2)救生艙安放硐室的設(shè)置應(yīng)避開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力異常區(qū)以及透水威脅區(qū),布置的巖層應(yīng)有防止瓦斯涌入和積聚以及煤層自燃等措施,且頂板完整、支護(hù)完好,符合安全出口的要求。另外,安放硐室有清晰、醒目的標(biāo)識(shí)牌,并懸掛于救生艙安放硐室外,標(biāo)識(shí)牌中已明確標(biāo)注救生艙位置、規(guī)格和種類(lèi),以便發(fā)生事故時(shí)遇險(xiǎn)人員能夠迅速到達(dá)救生艙。4外煤礦的特點(diǎn)(1)救生艙只能使遇險(xiǎn)人員的存活率提高,并不是杜絕人員死亡的根本辦法。只有在煤礦工作人員的安全意識(shí)和制定的安全措施到位條件下,才可能真正意義上杜絕事故的發(fā)生。(2)國(guó)外煤礦多為房柱式開(kāi)采,與我國(guó)煤礦的長(zhǎng)壁式開(kāi)采存在巨大差異。因此,必須針對(duì)國(guó)內(nèi)煤礦的復(fù)雜生產(chǎn)條件進(jìn)行自主研制,且較之采購(gòu)國(guó)外設(shè)備、技