梗陽煤礦井下永久式避難硐室的設計研究

李立新

（山西呂梁中陽梗陽煤業有限公司,山西 中陽 033400）

從事故發生后的逃生需求出發，在井下建立隔絕危險地帶并可保證礦工生命安全的避災硐室和救生艙，是事故發生時為作業人員提供足夠的安全場所是減少傷亡和降低損失的重要手段。在發生災害事故時，煤礦井下避難硐室可以為遇險者提供生存必需品和其他輔助設施，用于臨時躲避災難的防護系統，和用于與外界聯系的通訊系統，便于進行快速營救。目前，在采礦發達國家，避難硐室的應用已經較為普遍[1-3]。

員 礦井概況

梗陽礦井可采煤層為4號、5號和10號煤層，生產能力為1.2 Mt/a，設一個水平開采5號煤層，水平標高為930 m，10號煤層尚未進行開采。井田開拓方式為斜井開拓，礦井現有三個井筒，主斜井、副斜井、回風立井。主、副斜井位于工業場地內，主斜井凈寬4.7 m，斜長 817 m，傾角 16°，凈斷面積 15.3 m2，安裝膠帶運輸機和架空乘人器，擔負全部煤炭提升任務和人員升井任務；副斜井采用雙滾筒雙鉤串車提升，擔負全部輔助提升任務，井筒傾角22°，斜長605 m，斷面凈寬4.2 m，凈斷面積12.4 m。

目前，5號煤層大巷已施工完成，北翼二采區正在準備回采。本次設計僅針對生產水平進行設計。根據《煤礦井下緊急避險系統建設管理暫行規定》（以下簡稱《暫行規定》），分析該梗陽煤業礦井的建設生產狀況，提出采用永久避難硐室+臨時避難硐室的避險方案。

1.1 避難硐室布置原則及選址

在礦井發生煤與瓦斯突出事故、瓦斯爆炸、煤塵發火、頂板冒頂和井下突水事故等情況時，避難硐室可以提供保障井下人員96 h避難場所。通過國內幾大集團公司避難硐室建設的經驗，現在礦井的避險系統，一般采用永久避難硐室+臨時避難硐室（移動式救生艙）的方案，永久避難硐室主要由過渡硐室、生存硐室、機電硐室、衛生間等組成。通常設在礦井的井底車場附近或井下人員集中的部位，硐室內部應當配備有：能夠提供硐室規定避險人數96 h食物和飲用水，硐室內外設置環境監測系統，硐室內設置降溫除濕系統、供電、供水、壓風系統和必要的急救醫療用品。

同移動救生艙相比，永久避難硐室具有：硐室內部空間大，能夠供較多的人員避險，能夠儲存較多的飲食，支護強度高，服務年限長，建成后，在專人定期維護下可以永久使用。

1.2 緊急避難硐室布置的原則

井下的緊急避險系統的布置主要考慮以下因素：根據礦井的地質條件，分析礦井主要面臨的災害，根據災害的類別，具體制定面對災害的避險方法；要保證井下工人工作地點距離最近的避難硐室（移動救生艙）的距離不大于1 000 m（瓦斯突出礦井不大于500 m）；避難硐室內的供電、供水、壓風等系統與外部的連接方式；井下及采區避險人數的確定。

綜合以上因素，確定全礦井永久避難硐室和臨時避難硐室（救生艙）的布置，在合理的布置情況下，兩者相互協調、相互補充，組成全礦井完整的避險系統網絡[4-5]。

避難硐室是緊急避險系統的核心部分，其內部設備在滿足所處位置人員避險要求外，還應當具有1.2倍的富余量，從而保證礦井災變事故發生后，井下人員能夠有充足的避險場所。設計原則如下：第一，人員覆蓋。本著“安全第一”的原則，在設置永久避難硐室的同時還需設置臨時避難硐室確保發生災害時每名作業人員均可避難。第二，就近避難。對于遇險人員來說最安全的莫過于盡快升井，但盡快升井逃生僅適用于工作地點與井筒距離很近的礦工，當在無法升井的情況下，遇險人員應就近進入緊急避險設施等待救援。第三，避災便捷。為保證災害發生時作業人員能快速進入避難場所，避難路線設置要捷近，礦工要熟知避難場所位置分布，在井下采區、大巷和交叉點位置應當詳細的標出避難硐室（救生艙）的位置及距離，有助于礦井井下工人災害發生后盡快逃生。

1.3 避難硐室的選址

以避難硐室的布置原則為依據，分析梗煤礦地質及開采特征，根據5號煤采掘平面布置圖，井筒位于井田中央，礦井分南、北兩翼開采，井底車場附近人員較集中，設計在井底車場建設一座永久避難硐室。采用地面鉆孔供氧方式，為北翼采區的作業人員及其他作業人員提供避難場所。

根據礦井的開采設計，首采采區為5號煤二采區，服務年限為16.4 a，井底車場距二采區最遠工作面距離約2 000 m，礦井后期開采二采區時，需另建臨時避難硐室，災害發生后，井下人員可迅速在1 000 m范圍內進入避難硐室。在井底車場等候硐室附近建設一座永久避難硐室，此處位于井底車場附近，人員較集中，且可以兼顧礦井前期開采階段人員的避險需求。避難硐室布置位置示意圖，見圖1。

圖1 井底車場永久避難硐室位置圖

2 避難硐室的構建

2.1 避難硐室規模

避難硐室主要為所屬區域的采掘工人、瓦斯巡回檢查、附近零散作業、安裝回撤隊組、輔助運輸隊組等人員提供避險場所。根據該礦井的實際生產情況，最多時上述各工種人數總和不超過81人，根據安監總煤裝〔2011〕15號文《暫行規定》，當服務范圍內所需工作人員達到滿額時的人數即為硐室額定人數，并考慮不低于1.2的備用系數。設計永久避難硐室額定避險人數為100人。

2.2 避難硐室整體尺寸

兩側防護距離5 m，以硐室兩側端點作為測量起點。避難硐室尺寸設計長61 m、寬3.5 m、高3.15 m，硐室面積192.5 m2。兩個過渡室長度均為7.2 m，面積為25.2 m2，生存室長度41 m，面積 143.5 m2，有效使用面積115 m2，人均占用1.15 m2，滿足規范要求。

永久避難硐室有效長度61 m。其中過渡硐室兩個，凈長為7.2 m，凈寬3.5 m，凈高3.15 m；半圓拱形生存室一個，凈長41 m，凈寬3.5 m，凈高3.15 m。

2.3 硐室結構設計

永久避難硐室由過渡硐室、生存室、衛生室和機電硐室組成。依據梗陽礦井采掘現狀及發展趨勢，硐室結構設置為兩個入口，分別經過渡室后，進入生存室。避難硐室的尺寸滿足以下要求：過渡室的凈面積不小于3.0 m2，生存室凈高不低于2.0 m，生存室人均使用面積不低于1.0 m2。

避難硐室的出入口均有兩層防護門，分為外層和內層，外層防護門上安裝觀察窗口。兩層門均是密閉結構，所不同的是與礦井外側連接的第一層門需保證可承受一定的沖擊壓力。第一層門的抗沖擊壓力值不低于0.3 MPa，兩層門均采用密閉結構，需保證足夠的氣密性，并可隔絕有毒有害氣體，且要求靈活開閉。為了保證足夠的氣密性，安裝防護密閉門的墻體澆筑材料強度需采用C30混凝土，并于門墻周邊開挖深度300 mm的溝槽與巖（煤）體接實。墻體內部至少設置一個單向排水管道和兩個單向排氣管道，管道必須安裝手動閥門。硐室平面布置示意圖，見圖2。

2.4 支護設計

圖2 硐室平面布置圖

根據地質報告，該處區域不屬于地質構造帶、高溫帶、應力異常區以及透水危險區。硐室前后20 m范圍內巷道均采用鋼筋混凝土砌碹支護，且頂板完整、支護完好，符合安全出口的要求。首先避難硐室內部首次支護采用錨網噴，二次支護使用鋼筋混凝土對其砌碹加固，最后在兩層支護之間充填瑞米1號，以保證硐室密閉和緩沖效果。

3 避難硐室系統組成

3.1 地面鉆孔系統

地質條件等因素適宜鉆孔的礦井，可直接由地面打孔徑大于等于200 mm的輸送管道，為避難硐室提供救援物質和設施保證硐室安全。根據梗陽礦實際條件，可采用鉆孔供養方式，鉆孔內部布置示意圖，見圖3。

圖3 地面鉆孔截面示意圖

由于避難硐室的生存室應具有較高的氣密性要求，因此將地面鉆孔設置在過渡硐室內的小硐室中，同時還應考慮鉆孔地面的情況，結合井上下，選擇合理的鉆孔位置。設置地面鉆孔后，壓風管路、動力電纜、通信電纜以及食物均可通過鉆孔，從地面直達避難硐室內部。

地面鉆孔布置。根據國內一些礦井的經驗，本礦鉆孔孔深為400 m，0～100 m孔 徑 為310 mm，安裝DN275 mm壁厚10 mm的無縫鋼管，100～400 m孔徑為255 mm，安裝DN225 mm壁厚10 mm的無縫鋼管，管路裝好后，應在在鉆孔與管壁周圍注入水泥漿支護，凝固72 h。

3.2 避難硐室供氧系統（空氣和氧氣供給保障系統）

1）壓風供氧系統。壓風供氧系統的設計需將緊急避險硐室和壓風自救系統連接在一起，保證在災害發生后壓風供氧系統可向硐室內的礦工連續供應呼吸所需氧氣。其次壓風供氧設備壓入的氣流還可驅動硐室內氣動裝置，達到排出緊急避險場所內有毒有害氣體的效果。

根據煤礦的地質狀況、硐室選址位置和礦井采掘現狀及趨勢，壓風供氧管路與硐室的連通方式通常為單側或兩側連接，輸送管道在進入避難硐室前20 m內需進行預埋處理，將其送至硐室后再由兩個管道輸出，對其中一條管路進行減壓處理，最終壓力輸出值為0.3～0.6 MPa通向過渡室驅動氣幕洗氣系統，采用球閥開關控制，當氣流輸出壓力值達到額定值時將其打開進行噴淋；如壓力值不滿足要求，須使用備用壓縮空氣瓶進行噴淋。輸入的另一條壓風供氧管路通向生存室，經總控制球閥后，依據過濾器、流量計等氣動配件的流量可將管路再分為二至四條供風管路，各管路需經減壓器調壓至0.1～0.3 MPa，并進行過濾處理，在出氣口設置消音器，降低出氣噪聲，最終輸出的氣體一部分平均分布生存室各處，且以2.5L/人/min的流量供應硐室人員呼吸所需，引入生存室另外的氣體通向氣動設備供氣口驅動氣動裝置排出毒害氣體。

2）自備供氧系統。自備供氧系統可分為兩類，一類采用壓縮空氣，另一類則是壓縮氧氣。壓縮空氣的輸出過程為，首先輸出氣體經減壓結構使氣體壓力降為0.3 MPa，輸送至空氣匯流裝置，匯流后的空氣通向生存室驅動氣動設備，經氣動設備輸出的氣體供應硐室避險人員呼吸所用。采用壓縮氧氣進行供養時，氧氣輸出流量需大于等于0.5L/人/min。

4 結束語

國外煤礦企業建設避難硐室比較普遍，同時避難硐室也是被實踐證明了的可在礦難發生時保障礦工安全便于及時逃生利于開展搜救工作。我國對避難硐室的建設研究尚處于初步發展階段，但隨著國家對煤礦開采安全工作的重視，煤礦企業逐漸提高了安全意識，完善了安全制度，避難硐室的建設必將成為以后煤礦的重點建設項目。

[1]白朝選，周旭，楊陸海，等.緊急避險硐室設計與應用[J].金屬礦山，2012，432（6）:142-146.

[2]楊大明.關于井下緊急避險系統設計的探討[J].煤礦安全，2012（1）:118-121.

[3]王克全，趙善揚，余秀清，等.煤礦井下避難所研制[J].采礦技術,2010（1）:135-137.

[4]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,2010,30（7）:71-72，82.

[5]汪聲，金龍哲，栗婧.國外礦用應急救生艙技術現狀[J].中國安全生產科學技術，2010，6（4）：119-123.