白象山铁矿安全避险六大系统应用与设计优化

贾丰杰

(马钢姑山矿业公司白象山铁矿)



白象山铁矿安全避险六大系统应用与设计优化

贾丰杰

(马钢姑山矿业公司白象山铁矿)

摘要金属非金属矿山六大系统建设是保障安全生产的基础，根据白象山铁矿六大系统应用的实际情况，总结出系统应用时存在的问题，并从经济性、简易性、可靠性角度提出了对系统相关模块的优化建议，为今后类似矿山六大系统的建设和设计优化提供理论与现实依据。

关键词金属非金属矿山六大系统设计优化

白象山铁矿是姑山铁矿区内的一个大型矿床，批准地质储量B+C级1.05亿t，D级0.41亿t，设计原矿产量200万t/a。矿区地层自新至老有第四系冲坡积层、白垩系下统上火山岩组、侏罗系中下统象山群和三叠系上统黄马青组，主矿体主要赋存在闪长岩与砂页岩接触带部位的内带—正带，其形态主要受背斜控制，横向呈平缓拱形，产状与围岩基本一致，由于矿区内地质条件复杂，断层涌水裂隙带多，目前采用安全性较高的充填采矿法。

白象山铁矿六大系统设计严格遵循国家安监总局2011年9月1日实施的《金属非金属地下矿山六大系统建设规范》 (AQ[2031～2036]—2011)[1]，系统覆盖范围包括-390 m(采区)、-450 m(采区)、-495 m(运输系统)、-540 m(溜破系统)、-583 m(溜破系统)、-643 m(溜破系统)6个水平，为保证矿山安全生产，需完善监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络六大系统建设，以防矿山发生灾害时，能为井下逃生人员提供紧急避险与应急自救场所，争取救援时间[2-4]。通过分析白象山铁矿六大系统在实际应用中遇到的问题，提出了相关系统的设计优化建议，为金属非金属矿山六大系统设计优化提供参考依据。

1监测监控系统

1.1有毒有害气体离线与在线监测

白象山铁矿监测系统分为离线监测和在线监测两部分，其中离线监测部分采用M2型二合一便携式气体检测报警器；在线监测部分主要由各类矿用井下传感器、KJ350-F型监控分站及井上监控中心站组成。

白象山铁矿井下有害气体的主要来源是CO及爆破后产生的NO2，为了防止在井下采区正常作业的人员发生中毒事故，特别是爆破作业后，作业人员可携带离线便携式报警器从上风流方向进入采区，一旦报警，人员应立即撤离采区，直至不再报警，方可进入采区工作。

白象山铁矿井下在线气体监测主要针对-390,-450 m采矿巷道及回风巷的CO、NO2气体在线实时监测。同时在线检测还有避险硐室内环境的温度、湿度、大气压、CO浓度、CO2浓度、O2浓度。

基于白象山铁矿有毒有害气体监测系统可发现，由于其采区发生气体爆炸的危险程度远远低于煤矿，因此在传感器采购与铺设时，根据巷道有毒有害气体的主要构成，有针对性的采购气体监测传感器，并在必要的地点安装好报警装置，例如金属非金属矿山地下爆破器材库、材料库、避险硐室、井下油库等危险场所必须严格监测监控，优化监测设备的使用数量，将安全投入的设施发挥出合理的效能，避免资源浪费。

1.2主风机、辅扇、局扇参数监测

白象山铁矿主要对-390 m总回风巷道处的主风机工作参数、开停状态，其他各分层采区主回风巷道，溜破系统回风巷道，局扇开停状态进行监测。其总进、回风巷道风速限定在8 m/s以内，采区巷道风速不得小于0.15～0.25 m/s。

通过主要地点的通风设备监测发现，将主风机硐室内的风机特性参数与六大系统的通信系统整合，数据直接传入地表调度，地表调度可实时观测主风机的参数变化，对整个通风系统的监控更加便利，其余各主要通风节点，如溜破系统风机点、主风流巷道安设辅助风机点等位置在条件允许时，可考虑将各监测风机点的传感器参数通过六大系统监测监控信号线直接传入地表调度。

1.3视频监测监控

根据相关标准和规范，结合白象山铁矿的实际情况，井下视频监控系统在设计时主要考虑2个方面：对提升人员的井口信号房、提升机房以及井口、马头门(调车场)等人员进出场所进行视频监控;对紧急避险设施及井下爆破器材库、油库、中央变电所等主要硐室进行视频监控。安装在火工品仓库和油库的视频设备应是本质防爆型设备。

视频监测监控设备安装位置有效，危险场所及人员密集场所是视频监测监控的重点，将各视频信号的监测系统进行归类，如提升系统监控、危险物品仓库监控、变配电所监控、水泵房监控等，便于调度中心对所属片区的安全性进行实时监控确认。

2人员定位系统

2.1地表人员考勤系统

地表人员考勤系统利用虹膜识别装置采集本矿职工虹膜信息作为其入井的依据，对于未进行虹膜信息登记及外来非法入井人员，在虹膜识别时，会取消其入井资格，并发出报警信号。

实践发现，虹膜识别系统灵敏度不高，操作复杂，易耽误人员的上下罐时间，本矿也在考虑改进考勤系统。因此，在六大系统设计时，这部分系统应尽量采用指纹识别或人脸识别系统，避免因采用灵敏度低的系统造成考勤不及时、井口人员滞留，影响职工上下井效率。

2.2入井门检系统

下井人员在进行虹膜识别取得下井资格后，进入门检系统，此系统的功能是禁止入井人员私自携带炸药、雷管、危险物品入井而实施检查，保证井下作业的安全性。

2.3人员定位查找及报警系统

井下出现紧急情况时，带卡人员(定位卡具有唯一性)可以通过标识卡的报警按钮(连续按住3 s以上视为报警)主动将紧急情况通知地面系统，地面系统接到紧急呼救后，采取应急援救方案。当有报警时，调度中心监控界面立即弹出报警框，显示报警类型、报警人员姓名、所在的位置区域等信息，并通过音响实时播报。此外，对诸如炸药库、中央水泵房、变电所设置了普通职工禁区报警，当未授权职工进入这些场所时，地表调度监控系统会自动报警，提示管理人员采取相应措施，或触发相关点的广播系统，播放提示音提醒非法进入人员。

人员定位系统在本矿应用时发现，其定位基站的安装位置十分重要，由于金属非金属矿山井下都采用车辆运矿，移动设备对定位基站的误撞事故时有发生，井下安装基站时，尽量避免车辆运输汇车岔口、车辆频繁出入的地点，可向巷道内开凿平台存放定位基站，将有效保证人员定位系统的安全性，大大降低因车辆误撞对人员定位基站维修的高额费用。

3通信联络系统

3.1井下有线通讯系统

金属非金属地下矿山应根据安全避险的实际需要，建设完善有线通信联络系统，宜建设无线通信联络系统作为有线通信联络系统的补充；井底车场、马头门、井下运输调度室、主要机电硐室、井下变电所、井下各中段采区、主要泵房、主要通风机房、井下紧急避险设施、爆破时撤离人员集中地点、提升机房、井下爆破器材库、装卸矿点等地点应安装通信联络终端设备。

白象山铁矿内部拥有自备的一套电话系统，其与六大系统井下有线通讯(电话)系统构成了井下与地表调度室互联互通的双保险通讯安全保护。

3.2井下无线通讯系统

白象山铁矿借助每隔200 m设定的无线基站，利用开放的WiFi协议，通过手机实现井下无线通讯。

在实际运用时，井下运输系统对无线通讯的依赖性较高，电话通讯因其不具备及时性，给运输线点的职工通讯带来了延时与不便，此外，无线通讯易受到井下环境(温度、湿度、信号干扰)影响，或发生信号基站的不稳定、信号线刮擦损坏情况，给无线通讯的可靠性带来了威胁，同时间接带来了井下运输的不安全性，因此，金属非金属矿山在重点路段无线装置设计时，应充分考虑周围环境的影响因素，采取增加基站、提高信号线路安全性与可靠性等技术措施，保证无线通信的畅通。

3.3地表及井下有线广播通讯系统

根据国家安全生产监督管理局文件规定，井下应急广播系统不可代替原有有线电话调度系统，其只可作为电话调度系统的有效补充，各金属非金属矿山应根据自身矿山的水文地质特点，安装有线广播通讯系统。

白象山铁矿是富水矿山，在地表及井下主巷道安装广播系统，用以提高矿山生产者在应对井下突水、火灾等事故发生时的逃生能力，事故发生后可以通过调度指挥中心(广播系统控制中心)安排，由井下广播终端定点、定区域或全体广播，帮助井下生产人员及时安全撤离至指定安全地点，避免人员伤亡，有效降低矿山事故发生时的影响范围。

4紧急避险系统

根据白象山铁矿富水实际情况，设计了井下各分层的避灾硐室，以-450 m分层为例，其避灾硐室主要包括过渡室、生存室、耳室、设备硐室；避灾硐室在同一条巷道中布置2个应急安全出入口，出入口的间距不小于20 m且安装防火、防水门各1道，设计2个出入口主要考虑灾变期间分散进入硐室的人流量，保证人员在短时间内能撤离至硐室；同时方便日常通风维护，开启入口防护门，空气形成对流，无需局扇强吹。硐室内由压风自救系统、供氧系统、空气净化及除湿系统、降温系统、供水施救系统、电力系统、身命保障系统组成，可容纳100人，人员生存时间按照国家要求不低于96 h。

避难硐室的选址非常重要，应重点结合矿山水文地质条件、生产中段在地面最低安全出口以下垂直距离、距中段安全出口实际距离3个条件。硐室内的设备等安全装置在密闭系统(防水、防火门)未安装前应提前进入硐室。

5压风自救系统

白象山铁矿井下所使用的气动设备(风钻、凿岩机)的生产供风系统与压风自救系统有效联合运用，节省了单独设计产生的成本，其压风管道主体经回风井地表空压机房进入井下主进、回风巷道，再由各主巷向各分层的采区、盘区进行压风管路的延伸，以满足井下压风自救与井下生产供风的需要。本矿要求其生产供风正常情况下，压风自救系统的出口风压限定在0.09～0.7 MPa，单个压风阀单人所需的新鲜空气为100～150 L/min，约为单人每分钟耗气量的2倍以上，主巷内每隔300 m 设置一套由三通、阀门、压风自救装置所组成的压风自救站，运输巷道、采区等其余路段根据实际情况安装自救站。

金属非金属矿山在压风自救系统与生产供风系统联合运用时，可能会出现井下风压不足的情况，为了解决这种情况，设计人员应设计好井下压风管路的走线，避免输送路线过长、转弯过多，同时应做好通风管道的日常维护与设计选型工作，配备合适的地表空压机，保证井下风压的稳定性，地表应配备备用空压机。

6供水施救系统

白象山铁矿供水施救系统的设计与压风自救系统基本一致，其与内部的生产、消防供水共用一套系统，由地表的高位水池实现地表通往井下各主巷道的供水，再由各主巷道向各个分层的采区、盘区输送。本矿要求在满足生产用水的前提下，按照压风自救系统的布置要求，在相应的压风自救站附近安装由支管、阀门组成的供水施救系统分站。

金属非金属矿山供水施救系统的安装应与压风自救系统保持一致，供水施救系统的水质应严格把关，在无法衔接好生产供水系统与供水施救系统时，应将2个系统独立安装，保证水体饮用时的安全性。

7结语

(1)监测监控系统设计时，将井下主要有毒有害气体危险区域、主要通风设备参数监测区域与视频监控区域通过数据传输至地表，将增加井下通风系统、易燃易爆区域安全管理的可靠性，降低管理人员在现场巡检次数，提高安全管理效能。

(2)人员定位系统设计时，应采用合理的考勤系统，避免人员滞留；应充分规划好井下定位设备安装位置，避免在汇车口、弯道处安装，保证设备可靠、持续运转，降低车辆碰撞等不安全因素造成设备无法运行的风险以及设备损毁所产生的维护费用。

(3)井下无线通信对于运输系统十分重要，设计时应充分考虑重点运输路段无线沟通的安全性与可靠性，采取增加基站、选择可靠基站安装位置等措施，确保电机车运矿安全，提高生产效率。

(4)压风自救系统管线布置应避免路线过长、转弯过多而造成井下风压下降，影响井下应急救援供风与生产供风。

(5)金属非金属矿山可以将监测监控、人员定位、通讯联络实现数据整合、资源共享，达到三网合一的效果；将压风自救系统与生产供风系统合二为一；将供水施救系统与生产、消防用水系统合三为一；有效降低系统整体的复杂性，减少因单独设置系统而产生的经济成本。

参考文献

[1]毛春雷,许晖.金属矿山安全避险六大系统设计思路[J].金属矿山,2012(5):126-129.

[2]徐洪斌.无线定位技术在地下金属矿监控系统中的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[3]王雪莉,卢才武，顾清华，等.无线定位技术及其在地下矿山中的应用[J].金属矿山,2009(4):121-123.

[4]谭细军.金属非金属地下矿山六大系统建设原则[J].现代矿业,2011(9):52-54.

(收稿日期2015-11-06)

贾丰杰(1981—),男,工程师，243000 安徽省马鞍山市。