關于井筒梯子間的缺陷分析與改進

李申申

（兗礦能源集團股份有限公司濟寧二號煤礦，山東濟寧 272072）

0 引言

隨著國家“人民至上、生命至上”的安全理念不斷深入人心，尤其是近年來沖擊地壓事故、礦山井筒火災事故對人民安全生產造成巨大的損失。近年來對于礦井事故預防救援工作的不斷高度重視，對礦山，尤其是煤礦的安全應急救援設備設施的建設、檢查要求更加嚴格。

煤礦立井井筒是井下到達地面的安全出口，是礦井地面與井下連接的咽喉部位。井筒裝備擔負著礦井提升的功能，井筒內布置梯子間作為應急逃生安全通道，可以保證礦井提升機無法運行時，井下人員升井逃生。一般梯子間主要設置在副井與風井。為檢修需要，主井井筒中人員依靠提升容器無法運行到達井筒段也會設置部分梯子間。井筒梯子間為井下人員升井提供最后一道保障，但另一方面由于井筒梯子間使用的局限性也使其存在許多明顯的缺陷。

1 井筒梯子間簡介

最新《煤礦安全規程》與GB 50384—2016《煤礦立井井筒及硐室設計規范》明確規定：作為礦井安全出口的立井井筒，必須設置梯子間。梯子間主要包括梯子、平臺板、柵欄、大小梁、托架等構件。梯子間宜采用玻璃鋼材料或玻璃鋼—鋼復合材料制作，對玻璃鋼材質不需采取防腐、防銹措施，可以降低后期維護工作量。

一般井筒梯子間布置為順向或折返形式，順向形式適用于空間較為狹窄的井筒梯子間。折返式適用于空間較為充裕的梯子間，可以減少人員在梯子間行走強度，降低梯子長時間攀爬的疲勞感，同時折返行進也緩解長時攀爬的單調感。

2 井筒梯子間存在的缺陷

梯子間只有在全礦兩供電回路全部停電，副井提升機、主井提升機全部失效且無法在短時間內恢復運行，或其他極端事故情況下，作為井下人員逃生的通道使用。一般在發生事故后，應首選恢復礦井供電或者提升機運行。但井筒梯子間以其固定性、可靠性，依然是目前井下與地面之間連通的最后一道保障。目前井筒梯子間的設計與使用也存在較多缺陷。

2.1 玻璃鋼材料特點

井筒梯子間一般采用玻璃鋼材料建造。玻璃鋼材料密度小但是具有較高的強度，并且有較高的耐腐蝕性，對水、堿及酸有一定的抵抗力，所以使用壽命較長。玻璃鋼可以做成阻燃材料用于梯子間的建造，符合煤礦阻燃的使用要求。但是玻璃鋼材料也存在較為明顯的缺點，玻璃鋼材料的彈性模量較低，施工及使用容易出現變形、開裂的情況，材料出現老化現象也比較嚴重。

2.2 逃生人員攀爬井筒梯子間耗費體力強度大

雖然《煤礦安全規程》對梯子間做出了“立井梯子間中的梯子角度不得大于80°，相鄰2 個平臺的垂直距離不得大于8 m”的規定，但是受井筒空間限制，一般梯子間梯子較陡，攀爬較為困難，尤其對于井筒較深的礦井，選擇通過梯子間作為逃生通道耗時較長，需要付出巨大的體力，易造成井下逃生人員因體力不支受困于梯子間內。經實測，以井筒深度為600 m 為例，在人員體力充沛的情況下需要攀爬2.5～3.5 h。長時間的攀爬對逃生者也會造成較大的思想壓力，容易產生未知的恐懼與倦意。

2.3 逃生人員攀爬井筒梯子間安全隱患大

《煤礦立井井筒及硐室設計規范》規定：梯子孔左右寬度不應小于600 mm，前后長度不應小于700 mm。煤礦立井井筒一般造價較高，尤其是在考慮開鑿礦建的成本，會盡量減少井筒開鑿的直徑，減少土建工程量，實現經濟效益。在滿足基本要求的條件下，井筒裝備大都布置比較緊湊。由于井筒梯子間空間狹小，人員攀爬中易磕碰受傷，且梯子間使用玻璃鋼材料老化變形易對人員造成皮肉傷害。若井下較多被困人員共同攀爬梯子間會存在垂直上下井筒墜物傷人等較大的安全隱患。

2.4 封閉的梯子間不利于人員脫離

為保證梯子間的安全性，大部分梯子間使用柵欄與平臺板設計成封閉空間，人員只有從井筒上下兩端梯子間出入口脫離，無法從其他位置出入。由于通過井筒梯子間逃生耗時較長，一旦人員在梯子間逃生期間內礦井提升機恢復運行，使用提升機到達逃生人員位置，須拆除梯子間柵欄營救被困人員，降低營救工作風險。結合煤礦發生過的礦井透水、淹井重大事故實例，若人員被困于梯子間內無法逃脫，會加重事故造成的人員傷亡。

2.5 梯子間休息點設置未有具體規范

《煤礦立井井筒及硐室設計規范》規定：凍結鑿井法或鉆井鑿井法施工段超過300 m 宜加大梯子間平臺面積或適當設置休息平臺；進入到普通鑿井法施工段，宜每隔200 m 設置一個休息點。該規定指出休息點的設置距離，但未對休息點設置情況進行具體規范，導致休息點指示性與救助性不高。

2.6 其他缺陷

井筒梯子間除了在逃生功能中存在一些缺陷，梯子間在井筒的設置還存在一些其他缺陷。

2.6.1 不利于井壁檢查維護

井筒梯子間占據井筒空間大，覆蓋大面積井壁，且成封閉狀，不利于檢修人員乘坐提升容器對梯子間與井壁進行檢查。井壁受地層變動可能出現井壁破碎、出水等問題，若井壁損壞部位位于梯子間里側，會加大井壁治理難度。

2.6.2 梯子間內特殊作業存在安全隱患

由于礦井開展梯子間內檢查、清理與演練等工作需要在梯子間內部進行，若在梯子間內部作業人員出現應急情況亦無法進行及時救助。

3 改進辦法

3.1 優化設計

在進行煤礦立井井筒裝備設計時，為降低人員在梯子間行走強度，緩解長時攀爬的單調感，宜選用折返式梯子間。在設置梯子間休息點時可以參照避難硐室進行布置，存放必要的物資，使梯子間休息點的設置具備指示性與救助性。

3.2 設置合理的安全出入口

由于全段封閉的梯子間不利于應急情況下人員快速脫離。為提高井筒緊急救援的效率，實現緊急情況下人員快速安全地從梯子間進入罐籠的目的，可以在梯子間正面柵欄底部設置一扇門欄，為保證逃生者的安全性與提升容器運行的安全性，門欄只能向內或向上拉開，且門欄必須采取可靠的防墜保險措施。門欄尺寸大小合理，可容人進出。同時考慮逃生者體能與攀爬速度情況，門欄宜每隔20～40 m 設置一扇。門欄設置在梯子間的低處且只能向內或向一側拉開可以保證梯子間的封閉性，為節省空間，梯子間活動門宜設計成為推拉式，但不得超過梯子間的外形尺寸，避免造成提升事故。梯子間活動門平時處于關閉狀態，可以消除人員出現意外墜落傷害的風險。

設置門欄的梯子間（圖1），既可以保證梯子間內的人員可以在提升機恢復正常運行時得到及時救援，發生特殊事故時人員能從梯子間內脫離，也有利于梯子間檢查、清理與演練等工作的方便開展。

圖1 梯子間門欄

3.3 完善保障提升機可靠性的防范措施

新建礦井可以設置在應急情況下使用大功率燃油發電機進行提升罐籠。為滿足設備用電的可靠性，當市政電網無法提供兩路獨立電源供電時，通常都普遍使用燃油發電機組作為備用電源。尤其是在煤礦系統中，大功率燃油發電機組進行備用供電是在電網無法供電或者無法快速供電時的最佳選擇，大功率燃油發電機組發電接入提升機機組供電可以快速恢復提升救援。

3.3.1 燃油發電機的優點

（1）功率大、電壓穩定、燃油經濟、熱效高，工況變化時，燃油消耗率曲線變化比較平坦，低負荷下也經濟實用。

（2）工作可靠、耐久且因為沒有點火系統，故障率低。

（3）應急情況下響應速度快。

（4）使用范圍廣且有害排放物較低。

（5）燃油發電機組一般又分為柴油發電機組和汽油發電機組。相比之下，汽油發電機雖然體積較小，容易攜帶，但是功率較小，電壓不穩定，且油耗較高，比較適合家庭用電，較小規模用電等一般用電要求的場所。柴油發電機組防火安全性好，非常適合應用于礦山、醫院等高用電要求的場所。

3.3.2 柴油發電機的原理

柴油發電機組是一種發電設備，以柴油為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電的機電一體化設備。將熱能（柴油燃燒）轉化為機械能（發電逆旋轉），最終轉化為電能（交流發電機切割磁場），燃料是其原料，電能是其產品。

柴油發電機的基本結構是由柴油機和發電機組成，柴油機作動力帶動發電機發電。它由氣缸、活塞、氣缸蓋、進氣門、排氣門、活塞銷、連桿、曲軸、軸承和飛輪等構件構成。柴油機一般為單缸或多缸四行程柴油機。

案例使用的為固定式柴油發電機組，配置2 臺1400 kW 集裝箱式應急發電機組（圖2）、1 套集裝箱式逆功率吸收裝置和1套高壓柜等。經實際考研，滿足應急情況下使用安全性，礦井雙回路失電，柴油發電機組可以保障主通風機、副井提升機等關鍵設備運行，保證井下被困人員快速升井逃生。故為保障提升機運行的可靠性，大功率柴油發電機組是一個很好的選擇。

圖2 集裝箱式應急發動機

3.3.3 礦山柴油發電機的使用與推廣

與其他燃料類型相比，柴油發電機是用于采礦的更安全的選擇，其發電質量的波動率較低，可以提供提升機所需的基本動力。柴油發電機可靠較高，大多數發電機可以連續運行數小時，并且可以在燃料耗盡時及時補加油。這意味著只要有運行的必須，柴油發電機組即可及時提供動力。當遇到供電線路停電，使用柴油發電機可以及時提供保安用電。

雖然柴油發電機作為應急備用電源工作可靠，但其需要用重卡運輸到應急或急需供電的地方。一旦到達現場，柴油發電機也較容易的使用，減少寶貴時間的浪費。因此，柴油發電機是煤礦應急設備的重要組成部分。未來柴油發電機在采礦業、尤其是應急救援方面中會發揮著更巨大的作用，需要進一步進行推廣應用。

4 結束語

相信未來隨著科技進步，在國家“中國制造2025”戰略的持續推進、礦井設備不斷地高質量發展的形勢下，提升機供電可靠性與運行維護人員業務素質正不斷提升，提升機事故與故障率會逐漸降低。在提升機具備更高的可靠性的同時輔以合理的應急防范措施，雙管齊下，礦井井筒有望在將來可具備只需在風井井筒中設置梯子間的條件。但目前井筒梯子間以其固定性、可靠性的特點，依然是相關規程、規范要求必須具備的一道保障，對梯子間的合理設計與使用可以保證事故救援與檢修作業的安全性與高效性。