常村煤矿避难硐室的应用

柴 晓，王燕青，李学忠

（1.运城职业技术学院，山西 运城 044000；2.潞安集团常村煤矿，山西 长治 046000）

1 我国煤矿行业事故的概况

随着煤矿安全、高产、高效的提出，安全成了煤矿的重中之重，但是煤矿安全管理工作一直面临矿井事故多发、伤亡损失惨重、救援困难等亟待解决的问题。根据国家安全生产监督管理总局公布的数据显示，仅2001-2004年，我国共发生的煤矿井下事故约有13 000多起，共计死亡25 000多人。调查分析表明，煤矿事故中的85%以上遇难者并不是立即死于火灾、爆炸、中毒、窒息，而是由于不能及时躲避由火灾、爆炸、中毒、窒息事故所引发的二次爆炸、巷道高温、冒顶片帮、缺氧窒息等带来的伤害而死亡的。如果井下存在一个可以防火、防爆的密闭空间，使得逃生人员能在这里安全的等待救援人员到来，相信会有更多生命被挽救，相应的人员伤亡和财产损失也会降到最低。同时，安全的作业环境也会很大地提高生产率，为企业创造更多利润。目前，国内外针对井下避难硐室的研究已有了阶段性的成果。国外发达国家已研发出先进有效的井下救援方案、相关技术和设备，也在实际救援中得到广泛应用。尤其是智利圣何塞铜矿33名矿工的成功获救震撼了世界，我国也在高度重视井下安全的治理问题，国家积极开展相关的研究。

2 潞安集团常村煤矿避难硐室的应用

国内外研发的避难硐室可概括为固定式避难硐室（又分为永久性固定式避难硐室和临时性固定式避难硐室）和可移动式救生舱。常村煤矿固定式避难硐室的实际应用，该硐室综合考虑井下作业情况、人员分布情况、煤层特点、施工便利、易于实现等因素，经过一系列的实验测定和现场勘探以后，才能最终选定位置在轨道上山和皮带上山之间，避难硐室长度49 m，容纳人员80人左右，具体位置，见图1。

1）避难硐室的结构尺寸：设计采用可承受较大压力的半圆拱断面，考虑底鼓力的存在，在硐室下方挖掘仰拱。避难硐室内部的主要设备有两个（一个是空气净化一体化机，另一个是控制系统台）通过计算，避难所的净宽2.4 m，即可满足要求，但是考虑到避难所两边需要安置缓冲层和喷涂层、设备等占用一定空间、保证避难所有足够的强度和气密性，因此在避难所的周边充填200 mm化学阻燃、耐高温、无毒害材料。并在化学材料和避难所有效空间形成一定阻隔，浇筑300 mm钢筋混凝土。故整个避难硐室的将被设计成一个贯通轨道上山和皮带上山的长约49 000 mm，跨度 4 500 mm，拱高 2 250 mm，直墙高1 300 mm，仰拱高850 mm的整体。

图1 避难硐室位置设置

2）硐室的支护形式：本次选择锚杆、锚网、锚喷联合支护方式，这是目前较为行之有效的支护方式。顶部使用双钢筋托梁搭接，规格φ16 mm×4 000 mm×130 mm。锚杆长度：根据巷道围岩松动圈理论，锚杆有效长度按加固拱理论设计，选用2.4 m。锚杆直径根据锚杆锚固力的要求，每根锚杆的锚固力不小于40 kN，从施工管理及经济角度考虑，选用端头锚固的锚杆，杆体材料选直径22 mm螺纹钢。锚杆间排距：为了施工方便，结合锚杆支护的组合拱理论，锚杆间排距不得超过锚杆长度的1/2，选取锚杆间距0.95 m，排距1 m。托板：方形钢板8 mm×150 mm×150 mm。锚固剂采用两根Z2350锚固剂锚固。喷射层厚度：100 mm，分两次喷射，每次喷射50 mm。使用帮双钢筋托梁与顶部双钢筋托梁搭接。帮双钢筋托梁规格φ16 mm×3 000 mm×130 mm。采用两根CK2350锚固剂。锚索布置采用小五花布置，间距见图3.3所示，排距1 000 mm。顶板部分使用φ17.8 mm×6 300 mm锚索，非顶板部分使用φ17.8 mm×8 300 mm锚索，采用三根Z2350锚固剂锚固。锚杆支护有效地控制了围岩变形，掘进中及时对巷道顶板及两帮进行锚固力试验，顶部、两帮锚杆的锚固力均大于40 kN。

3）密闭门采用钢板-钢筋骨架-聚氨酯泡沫复合夹层板。为防止外面火灾对密闭门的损害，故门扇外表用防火、防锈、防腐涂料（红丹漆、调和漆）。①密闭门要求能够抵住瓦斯爆炸的冲击波。密闭门应承受的压力为1 MPa，温度是瞬间1 000℃。为减小冲击波冲击效能，构筑密闭门时，应使其与正面冲击波成一定角度而非垂直。与平面门比较，圆弧门对冲击波正面冲击，冲击力减少约25%，当量强度提高约50%。②密闭门要求要能完全密闭。本次采用耐腐胶管密封。其优点是：胶管是中空的，密闭门的变形不太严重时，对其密封性能影响不大；而胶管的张力较大，将其固定于门框上后，可以起到限制密闭门变形的作用，有利于提高密闭门的密封性能。本次采用环氧树脂将胶管粘于门框周边。门体门框的密封处门上设计有压紧装置，使其受力一致，通过手轮转动达到压紧目的。③密闭门的开启方式，由于煤矿井下环境条件较为恶劣，如湿度达75%以上、粉尘浓度较高等特点，为确保密闭门的安全可靠，本处拟选用气动启闭门，同时考虑到在气动失效情况下，手动启闭。本系统气动启闭装置由三部分组成：执行机构、控制系统和气源。④整体避难硐室要能保证足够的气密性，抵御有毒有害气体对人体的伤害。避难硐室通气系统由一个压风管道，一个回风管道组成。一旦矿难发生，工人躲进避难所，通过通讯系统向地面报警启动通气系统。压风管道通过墙体进入避难硐室内部。为了保证压风管道被冲击波破坏以后管道连接处的密闭性能，在避难硐室侧连接处设置阀门，保证避难所密闭性。

4）实践中的问题：由于硐室结构足够坚固，能抵御一定的外部危害因素的冲击，能将外部有害气体环境、高温热环境隔绝；空间内部能在一定的时间内提供维持生命所需的氧气、水、食物等；内部设备能够监测空间内外环境状况，并能依靠通讯设备向外主动传递井下信息。但是每个煤矿的地质条件及开采技术水平均不相同，设置避难设施需要考虑以下因素：①每个矿井的井下地质条件和开采技术水平等不相同，避难硐室的功能可以结合自身条件设置，常村煤矿固定式避难硐室根据自身地质条件不用考虑防止透水功能。②作为紧急避难设施，结合矿井的实际情况、经费等因素确定硐室的规模。③电力系统受限制，供应跟不上。避难硐室都是安置或修建在井下，为避难人员提供一个相对安全的密闭环境，此时外界可能发生如瓦斯爆炸等情况，在这些恶劣的条件下舱室或避难所不可能从外界地面上得到电力动力等支持，因此电力供应适时考虑。④避难硐室内要为避难人员提供必要的生存环境，就必须有必要的生存系统、环境监测系统等，这些系统都会有附加设备，而设备本身有使用期限，故需定期更换。

3 避难硐室的发展意义

实际的救援工作表明，井下作业环境的特殊性需要多样化的救援方式，只有这样才能充分发挥各种救援方式和设备的优势，从而保证更多作业人员的安全。“矿井固定式避难所”只是其中较好的一种。相比国外发达国家，我国针对“固定式应急避难所”的研究还处于发展阶段，所以需要紧密结合我国井下实际开采情况，吸取国外成功的经验展开更深入的研究。山西省现在六大标准中提出，不论是在建矿井还是生产矿井都必须建设井下六大系统（安全监控系统，通讯联络系统，供水施救系统，压风自救系统，人员定位系统，紧急避险系统），只有这样，才能实现煤矿井下完善的安全救灾体系。因此，“矿井固定式避难硐室”的发展研究具有重要意义、社会意义、经济意义，也是井下救援研究的趋势及重要组成部分。

[1] 北京科技大学土木与环境工程学院.矿井固定式应急避难所研究报告[R].北京科技大学,2012.

[2] 安监总煤装[2011]15号.煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定[S].安监总局，2011.

[3] 安监总煤装[2012]15号.关于煤矿井下紧急避险系统建设管理相关事项的通知[S].安监总局，2012.