超化煤矿22采区永久避难硐室设计与研究

冯乐乐 姚俊耀 习晨光

(中赟国际工程股份有限公司，河南省郑州市，450008)

★ 煤矿安全 ★

超化煤矿22采区永久避难硐室设计与研究

冯乐乐 姚俊耀 习晨光

(中赟国际工程股份有限公司，河南省郑州市，450008)

为了进一步提高煤与瓦斯突出矿井的安全保障能力，以超化煤矿22采区永久避难硐室的设计为实例，论述了煤矿永久避难硐室的设计原则及技术要求。根据开拓采区已有巷道的布置情况，将22采区永久避难硐室设置于副井井底车场附近，安全出口分别位于两条不同的巷道当中；采用类比计算法对永久避难硐室规格进行设计，详细描述了硐室功能、硐室结构及硐室系统等。

安全保障 永久避难硐室 设计原则 硐室规格 硐室系统

近年来，随着安全投入保障制度的执行，我国煤矿事故得到了有效遏制，但受各种因素的影响，矿难事故仍然时有发生，尤其是在煤与瓦斯突出矿井中。且在事故发生后，现代矿井埋深大、逃生路线长的特点给救援工作带来了较大的困难。据统计，因氧气不足或高温高压等原因而导致的遇难人数占死亡人数的四分之三以上。可见，如何为作业人员创造一个避难所、为救援工作赢得时间是非常重要的。

2010年8月5日，智利圣何塞铜矿发生塌方事故，33名矿工被困井下69天，最终全部获救。这一救援奇迹给世界留下颇多启示，也让人们见证了避难硐室的作用，矿工在被发现前的17天，正是依靠井下紧急避难所保存的食物维持生命。受此事件的影响，为促进和规范煤矿井下紧急避险系统的建设完善和管理工作，国家出台了一系列的政策，根据《关于加快推进煤矿井下紧急避险系统建设的通知》等相关规定，所有进行地下开采的煤矿均需建设紧急避险系统。超化煤矿属煤与瓦斯突出矿井，按照要求应建设采区避难硐室。

1 矿井及采区概况

超化煤矿核定生产能力为1.80 Mt/a，采用立斜井双水平上、下山开拓，开采方法采用伪倾斜走向长壁放顶煤一次采全厚采煤法，全部垮落法管理顶板，主采二1煤层，煤尘有爆炸危险性，属不易自燃煤层。煤层顶板岩性多为砂质泥岩和细粒砂岩，为不稳定-稳定类岩石，底板岩性多为灰岩，属不稳定-中等稳定类岩石，煤层顶底板较完整，裂隙不是很发育；二1煤层矿床水文地质勘查类型属第三类第二亚类三型，即以底板岩溶裂隙充水为主的水文地质条件复杂的煤矿床类型。

22采区位于-300 m～-100 m水平之间，为一单翼下山采区，走向长0.8 km，倾斜宽0.9 km，面积约0.72 km2。采区内二1煤层平均厚度为8 m，倾角18°，保有可采储量588.9万t，服务年限2.8 a。

2 避难硐室设计

永久避难硐室是井下专用硐室，硐室具有紧急避险的功能，按规定设置在矿井避灾路线上，服务年限按要求需在5 a以上。硐室的设计主要包括硐室位置的选择及硐室规格长度的设计等。

2.1 硐室位置

根据规定，永久避难硐室不宜布置在煤层和围岩破碎、易发生变形及富水的岩层当中，避难硐室需设置2个间距大于20 m的出入口，若有条件2个出入口尽量布置在不同的巷道当中，硐室出入口前后不小于20 m的巷道须采用砌碹等阻燃性材料进行支护。

超化煤矿将22采区永久避难硐室设置在副井井底车场附近，-100 m水平轨道大巷西南侧，两者水平距离23.3 m，硐室两个出口分别布置在22采区胶带下山上车场和22采区轨道运输巷中。22采区永久避难硐室位置如图1所示。

2.2 硐室规格

永久避难硐室由防护门、过渡室和生存室组

成，其中过渡室的面积不宜小于3.0 m2；生存室的面积根据人数及所采用设备进行确定，通常永久避难硐室的额定避险人数在100人以下，且不少于20人，每人必须有不少于1 m2的有效使用面积，并有不低于1.2的备用系数。

根据超化煤矿井下实际情况，22采区永久避难硐室设计额定避险人数为100人，永久避难硐室规格计算如下：

(1)有效使用面积的计算。过渡室的面积S过大于或等于3.0 m2，生存室的面积S生大于或等于100 m2。

(2)硐室规格的计算。根据22采区永久避难硐室的位置及两个出口所在巷道之间的水平距离，综合考虑后超化煤矿将生存室的宽度设置为4.0 m，并取1.2的备用系数，过渡室的宽度设置为3.0 m，避难硐室平面图如图2所示。

图1 22采区永久避难硐室位置图

1-防护密闭门；2-过渡室；3-带集便器厕所;4-密闭门；5-生存室；6-储物座椅；7-矿用电话；8-喷淋装置；9-压缩空气幕；10-单向排气管；11-供水、供氧、监控等专用管路图2 22采区永久避难硐室平面图

2.3 硐室功能

永久避难硐室应为遇险人员安全避险提供生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体，应具备安全防护、氧气供给保障、通讯、照明、动力供应、人员生存保障等基本功能。

22采区永久避难硐室是超化煤矿井下紧急避险系统中的重要组成部分，是采掘人员灾变时安全避险的重要保证。故硐室须具备在事故发生时能够隔绝毒有害气体，同时为避难人员提供独立供氧系统、检测监控系统和生活必需品等功能。

2.4 硐室支护

避难硐室两个出口分别布置在22采区胶带下山上车场和22采区轨道运输巷当中，二者断面相同，均为半圆拱形巷道4600 mm×3600 mm(宽×高)，前者采用锚网喷+U型钢联合支护，后者采用锚网喷+锚索+注浆支护。其中锚杆型号为ø22 mm×2400 mm，间排距为1200 mm×1200 mm；锚索型号为ø17.8 mm×6300 mm，间排距为1600 mm×900 mm。在两个巷道掘进期间，采用十字交叉法分别对其表面位移进行监测，位移曲线如图3所示。

图3 巷道表面位移曲线

由图3分析可知，22采区胶带下山上车场顶底板位移量在掘进后40 d趋于稳定，最大位移量为48 mm，两帮位移量在30 d趋于稳定，最大位移量为32 mm；22采区轨道运输巷顶底板位移量在掘进后30 d左右趋于稳定，最大位移量为30 mm，两帮位移量在36 d后趋于稳定，最大位移量为13 mm。

根据类比法，避难硐室采用锚网喷+锚索联合支护，并配合高压注浆，注浆压力控制在3 MPa左右。另硐室通道出口处底板须高于巷道底板至少0.2 m，以防止巷道中的水倒灌入硐室内部。

2.5 硐室系统

永久避难硐室在密闭的情况下应具备保障人员生存的基本功能，且防护时间不得少于96 h。硐室内部设有防爆密闭系统、监测监控系统、供氧系统和通信系统，并配备定量的食物、水等附属物。

2.5.1 防爆密闭系统

超化煤矿设计的硐室采用向外开启的两道门结构，分别为防护密闭门和密闭门，设计规格参数均为800 mm×1600 mm(宽×高)；防护密闭门布置在硐室出口外侧，故其在拥有密闭门隔绝有毒有害气体性能的基础上，还须兼具抵挡一定强度冲击波的功能，防护密闭门上设置有观察窗，设计其气密性应能保证硐室内始终处于不小于0.1 kPa的正压状态，抗冲击压力不低于0.3 MPa。两道门门墙均采用标号不小于C30的混凝土浇筑而成，混凝土需埋入岩体不小于0.2 m。

过渡室内应设压缩空气幕，且须在防护密闭门处设置压气喷淋装置。喷淋装置可阻隔遇险人员打开密闭门进入硐室时有毒有害气体的侵入，气源由矿井压风管路提供，另硐室内须备有压缩空气瓶，以防空压管路压力值无法满足时喷淋装置出现打开故障。

2.5.2 监测监控系统

本方案采用矿井已有KJ211A型井下人员定位系统，系统由识别卡、位置监测分站、地面中心站及数据传输通道组成，入井人员全部配备人员定位识别卡，避难硐室入口须安装人员定位读卡器以及防爆摄像头，可方便救援中心及时了解硐室内避难人员详细情况。

避难硐室须配备有专用的监测仪器，以便对避难硐室内的氧气及有害气体进行监测。

2.5.3 供氧系统

超化煤矿设计采用专用管路供氧和压缩氧供氧二级保障系统，其中紧急避险系统专用供风管路在煤巷段均采用底板埋管保护，埋管深度不低于500 mm，管路出口安装消音减压过滤装置，供风量不小于0.3 m3/(min·人)，连续噪声在70 dB以下。压缩氧供氧以人均耗氧量不少于0.5 L/min计算，同时考虑1.2的备用系数，本方案设计共采用GB5099-219-40L型高压氧气瓶70套，以满足额定保护时间内避难人员的用氧需求量。

2.5.4 通讯系统

矿井通信联络系统延伸至避难硐室内部，硐室内部必须设置直通矿调度室的电话。

2.5.5 供电照明系统

避难硐室的正常供电为AC660V，由真空磁力启动器提供。避难硐室的正常照明供电电压为127 V，由照明信号综合保护装置提供，要求使用专用供电线路，线路上不得分接任何其他负荷。遇险避难时的应急供电为DC12 V，为本安电源。硐室内部须配备有蓄电池作为应急电源，当电源中断后可对硐室内所有设备进行供电，使用时间不低于96 h。

2.5.6 其他附属系统

硐室内附属设备主要有医疗用品、消防用品、自救器、水和食物等必须设备，在额定的时间内能够维持避难人员的基本生活。

(1)隔绝式自救器，额定防护时间不小于45 min，便于紧急转移。

(2)饮用水，人均按不少于1.5 L/d设置。

(3)食物，配备的食品发热量不少于5000 kJ/(d·人)。

(4)卫生设施，配备机械打包式马桶，可对人体排泄物打包密封。

其中自救器、饮用水、食物数量按照额定人数的1.2倍存储并集中存放。

3 结论

根据22采区已有巷道的布置情况，按照相关规范，本文通过类比计算对永久避难硐室进行了详细设计，并对硐室的支护形式进行了研究，设计成果已进入实施阶段，并完成验收，本避难硐室的设计应用，一方面为本矿工人提供安全保障，另一方面也为其他矿井永久避难硐室的设计和布置提供参考。

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DesignandstudyofthepermanentrefugechamberofNo. 22miningareaatChaohuaMine

Feng Lele, Yao Junyao, Xi Chenguang

(Zhongyun International Engineering Company Limited, Zhengzhou, Henan 450008， China)

In order to improve the safety assurance ability of coal and gas outburst mine, taking the design of permanent refuge chamber of No. 22 mining area at Chaohua Mine as example, the design principle and technical requirements of permanent refuge chamber of coal mine were discussed. According to the roadway layout in mining area, the permanent refuge chamber of No. 22 mining area was located near the auxiliary shaft station, safe exits were located in two separate lanes. The specification of the permanent refuse chamber was designed by analogy calculation, which describes the function, structure, system of chamber in detail.

safety assurance, permanent refuge chamber, design principle, chamber specification, chamber system

冯乐乐，姚俊耀，习晨光. 超化煤矿22采区永久避难硐室设计与研究[J].中国煤炭，2017,43(10)：119-122.

Feng Lele, Yao Junyao, Xi Chenguang. Design and study of the permanent refuge chamber of No. 22 mining area at Chaohua Mine [J]. China Coal, 2017，43(10):119-122.

TD214

A

冯乐乐(1989-)，男，河南开封人，助理工程师，硕士研究生，2014年毕业于中国矿业大学(北京)，主要从事矿山设计工作。

(责任编辑 张艳华)