烏蘭煤礦永久避難硐室的設計與構建

張軍穎，尤 飛，劉亞林

（1.神華寧煤集團， 寧夏 銀川 750324；2.北京科技大學， 北京 100083）

烏蘭煤礦永久避難硐室的設計與構建

張軍穎1，尤 飛2，劉亞林1

（1.神華寧煤集團， 寧夏 銀川 750324；2.北京科技大學， 北京 100083）

根據烏蘭煤礦目前井下人員分布及近期開采情況，為烏蘭煤礦設計永久避難硐室，設計內容主要包括：選址、尺寸、避難硐室內保障系統。該避難硐室的設計和構建對烏蘭煤礦井下緊急避險系統的完善和應急救援技術提高具有重要意義。

避難硐室；結構設計；緊急避險；生命保障系統

“井下緊急避險六大系統”的提出與推廣旨在從根本上提高井下緊急避險的保障能力，其中緊急避險系統中避難硐室的建設對于提高神華寧煤集團烏蘭煤的整體救援能力具有重要意義。該礦擬定在1150水平構建一個示范永久避難硐室，進而完善該礦六大緊急避險系統的建設［1］。

1 礦井概況

烏蘭礦現有＋1350、＋1150、＋900三個開采水平，以主斜井筒為界分為南、北翼兩個采區，各采區采用單翼布置，礦井各煤層均采用走向長壁采煤法，礦井采煤機械化程度100%。礦井原設計生產能力為90萬t/a，經過改造現礦井生產能力為240萬t/a。

2 避難硐室選址及結構設計

避難硐室在近幾年將主要為開采1150水平的南、北翼工作人員以及附近巷道檢修等工作人員提供服務，因此將避難硐室布置于1150集中運輸巷附近，并利用原有非常材料庫進行改裝（見圖1）。

圖1 烏蘭煤礦避難硐室選址

根據國家對建設避難硐室的要求規范，結合烏蘭煤礦井下情況，設計避難硐室為2個緩沖區和1個避難區，緩沖區長度分別為11m、7m，避難區長度25m，避難硐室斷面寬4.6m，直墻高1.6m，呈半圓拱直墻的結構，采用錨桿、錨索聯合支護［2］。

3 避難硐室內各系統設計建設

3.1 避難硐室供氧系統

避難硐室內采用4級供氧的方式：地面鉆孔供氧、井下壓風供氧、高壓醫用氧氣瓶供氧以及便攜式自救器供氧［3］。

（1）地面鉆孔供氧。地面鉆孔供氧是通過硐室內與地面貫通的鉆孔為硐室內提供壓縮空氣。發生緊急情況時，地面的壓縮機通過鉆孔內壓風管道為硐室內提供壓縮空氣。

（2）井下壓風供氧。井下壓風供氧是將井下壓風接入硐室內，通過“壓風控制系統”進行減壓、過濾、控制和消音等過程后釋放到硐室內（見圖2）。“壓風控制系統”的出風壓力為0.1～0.2MPa［4］。

圖2 井下壓風系統

（3）高壓醫用氧氣瓶供氧。在井下壓風與地面壓風損壞時，硐室內采用高壓氧氣瓶配合生氧凈化器供氧（見圖3）。開啟氧氣瓶，氣體經由“氧氣控制系統”減壓、調節后，出口壓力為0.1～0.2MPa，硐室內人均需純氧量按照0.5L/min計算供給。人均呼吸新鮮空氣12.5L/min，生氧凈化器將每分鐘處理12.5m3氣體，若CO2濃度高于0.5%，則更換凈化器中藥劑［5］。

圖3 醫用氧氣瓶系統

（4）自救器供氧。硐室內儲備有150個隔絕式ZH－40化學氧自救器，在硐室內有害氣體超標等緊急情況下可啟用［6－7］。

3.2 供電系統

避難硐室內除了引進巷道內動力電纜外，還從地面單獨供應了動力電纜，從而形成兩個獨立的供電系統。當災害損壞了巷道內電纜時，啟動地面救援機房中發電機組開始供電（見圖4）。

圖4 硐室內雙路動力系統

3.3 地面鉆孔系統

3.3.1 鉆孔內部布置

根據避難硐室中間硐室密閉性要求，地面鉆孔位置不宜設在避難硐室人員主要活動區域。鉆孔內包括壓風管路、動力電纜套管、通信監測套管以及流食管，鉆孔中各種管路布置如圖5所示。

圖5 鉆孔內管道布置

（1）壓風管。其功能等同于井下壓風管路，與避難硐室中布氣系統連接，為硐室供應氧氣，相比井下壓風管，其安全性能更高，不易受巷道事故破壞［8］。

（2）動力電纜套管。該管路與井下電纜共同為硐室內所有用電設備供電，相比井下電纜，地面鉆孔中電纜不易受事故破壞而導致斷電，可與井下電纜之間進行安全切換。

（3）通信監測套管。可為避難硐室中的監測監控系統提高電力和信號傳輸需求。

（4）流食管。該管路可為井下人員提供牛奶等流質食物，為避險人員提供能量補給。

3.3.2 地面鉆孔方案

烏蘭煤礦鉆孔孔深為450m，鉆孔最大孔徑為400mm，至避難硐室內部管徑為250mm，套管選用DN＞200mm壁厚的無縫鋼管，在鉆孔與管壁周圍壓入水泥漿并凝固72h。

3.3.3 吊裝工藝

（1）無縫鋼管采用焊接的方式固定于地面槽鋼上，槽鋼下使用工字鋼作為支撐。

（2）大套管內部壓風管等使用吊車進行分段式吊裝，選用30t吊車配以6mm×19mm×21.5mm型鋼絲繩進行吊裝。露出地面套管焊接與法蘭盤上，并采用上下托盤鎖緊的形式。

（3）動力、通訊等電纜在鉆孔口使用卡套將電纜與鋼絲繩卡牢，鋼絲繩捆綁在工字鋼上，用鋼絲擰緊。

3.4 通訊、監測系統

（1）烏蘭煤礦避難硐室中設有兩路固定電話。一路通訊系統與地面通訊電纜相連接，信號直接通過地面鉆孔傳輸到地面鉆孔設備室或應急救援車；第二路通訊系統直接接入井下有線通訊電纜中。

（2）烏蘭避難硐室內均布置監測器，同時監測硐室內的 O2、CO、CO2、CH4、H2S、溫度、濕度等7種環境參數。監測器在環境參數超出預先設定的極限時發出警報，硐室內人員根據提示開啟硐室內相應設備。監測器的信號將利用地面鉆孔內通訊電纜實時傳輸到地面調度室內。

3.5 人員定位、攝像系統

烏蘭煤礦避難硐室在中間避難區兩端布置了人員定位及攝像系統。人員定位接收器所接受的信號和攝像視頻信號通過分站傳輸到地面調度中心或鉆孔上方應急救援車上，以方便了解硐室內人員情況。

（1）人員定位系統。避難硐室的人員定位系統選用能接入礦方通信系統的KJ139型分站與讀卡器，通過 MHYV1×4×7/0.52電纜線傳輸信號。

（2）攝像系統。選用與礦上對接的KBA113A攝像儀與KTG102－127A型四路光端機，通過MGTSV－8B型光纜傳輸采集的視頻信號。

3.6 回風系統

避難硐室的壓風系統能夠為硐室內部供給氧氣，同時也能帶走人體產生的二氧化碳等廢氣，降低硐室的溫度和濕度。硐室的壓風系統包括進風系統和回風系統［9］。對于設置了地面鉆孔的永久避難硐室，可通過2種方式實現回風：

（1）在硐室兩端均設置了超壓回風口，當硐室內氣壓超過100Pa時自動泄壓［10］；

（2）地面鉆孔直接通向地面，其本身就是一個安全、有效的回風口，通過緩沖硐室內鉆孔套管向地面回風。

3.7 排水系統

硐室兩端均設計有排水系統，排水管路從硐室內深埋至硐室外排水溝，為保證排水順暢，管道坡度不小于1%，在硐室內的排水端口還連接有單向閥以防止水災情況下巷道積水逆流進硐室內，排水管直接通往硐室外部的排水溝內。

3.8 醫療衛生系統

避難硐室緩沖區放置有4個機械打包式馬桶，以方便避險人員生存需求。為了處理避險過程中的受傷人員，硐室內還儲備有4個急救箱，里面備有止血劑、消毒液、繃帶等藥品。

3.9 附屬系統

硐室內儲備有瓶裝礦泉水、軍用壓縮餅干和營養液，可保證100人96h所需，每人每天輸入1.5L水以及5000kJ能量。如果避險時間較長，地面人員可通過鉆孔流食管向硐室輸送流食。

4 硐室維護及使用

下井工作人員需要接受避難硐室避險培訓，熟練掌握每個系統的功能、操作方法以及簡單維護方法。避難硐室日常需要安排專人維護，由于硐室兩端入口均處于1150集中運輸巷道，硐室不易形成自然通風，所以需要維護人員每日對硐室內部進行手動通風，即每日開啟壓風系統一次，每周試運行一次，每個月對硐室進行整體運行，進而檢驗各個系統并檢查是否異常［11］。

在災變發生，人員進入避難硐室后要統一聽從指揮，硐室內負責人員要冷靜分析現場情況并采取有效措施，同時應及時和地面取得聯系并匯報情況。

［1］ 李博，黃圓月.避難硐室與避難倉特點與優化方案［J］.采礦技術，2011，11（6）：64－65.

［2］ Rick Brake，Graham Bates.Criteria For The Design Of Emergency Refuge Stations For An Underground Metal Mine［J］.Journal of the AusIMM，1999（12）：2－5.

［3］ 隋鵬程.礦井作業人員自救與避難硐室（二）［J］.現代職業安全，2007（7）：86－87.

［4］ 王克全，趙善揚，余秀清，等.煤礦井下避難場所研制［J］.采礦技術，2011，10（S1）：135－137.

［5］ 孫一堅.簡明通風設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997：53－57.

［6］ 趙利安，王鐵力.國外井工礦避災硐室的應用及啟示［J］.煤礦安全，2008（2）：88－91.

［7］ M－T 390－1995.礦井壓風自救裝置技術條件［S］.

［8］ 蔡永樂，胡創義.礦井通風與安全［M］.北京：化學工業出版社，2007：24－32.

［9］ 孫一堅，沈恒根.工業通風［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010：56－62.

［10］ 中華人民共和國煤炭工業部.防治煤與瓦斯突出細則［M］.北京：煤炭工業出版社，1995.

［11］ GB 50038－2005.人民防空地下室設計規范［S］.

2012－07－12）

張軍穎（1971－），男，河南遂平縣人，助理工程師，主要從事礦山安全生產工作，Email：zjy8055＠126.com；尤 飛（1989－），男，碩士研究生，主要從事礦山安全方面學習及研究，Email：learn word123＠sina.com。