避灾峒室在国外井工矿的应用情况.pdf

第6 l 卷第4 期 2009 年11 月 有色金属 N o n f e r r o u 8M e t a l s V 0 1 ．6 1 。N o ．4 N o v e m b e r ．200 9 避灾峒室在国外井工矿的应用情况 赵利安1 ，高振勇2 ，李日富2 1 ．辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ； 2 ．煤炭科学研究总院重庆研究院瓦斯与防灭火研究分院，重庆4 0 0 0 3 7 摘要采用典型分析法，通过比较和分析，介绍国外避灾峒室的研究和应用情况。提出避灾峒室目前存在问题及在我国应 用前景。 关键词采矿工程；避灾峒室；综述；应用前景 ， 中图分类号T D S 0 3 ；T D 7 9 3文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 1 5 3 0 4 ， 当井下发生重大灾害事故时，在人员不能迅速 撤离危险区域的情况下，可以进入预先准备的避灾 峒室避灾。避灾峒室中有可呼吸空气、食物、饮用水 等生活必需品和其他辅助设施。在避灾峒室中被困 人员可以通过通讯设备与外界联系，从而使救援人 员实现快速营救，最大可能地降低人员的伤亡程度。 目前，在采矿发达国家，避灾峒室的应用已经较为普 遍，而在国内，其应用还很少。在我国，每年的矿井 事故 尤其是煤矿 都造成大量人员伤亡，其中绝大 多数都是由于灾难后所形成的有毒烟气随风流蔓 延，导致烟气所到达地点的井下人员中毒、窒息而死 亡。因此，有必要了解和学习国外避灾峒室的特点 和应用情况，以便采用避灾峒室，来减少我国的井下 人员伤亡事故。 l 国外避灾峒室的研究和应用状况 在避灾峒室研究方面，开展最早的是法国和澳 大利亚。自从1 9 2 8 年的H o l l i n g e r 矿火灾 造成3 9 人死亡 后，加拿大就出现了初级的避灾峒室，利用 压缩空气，通过面具提供呼吸氧气。初期形式的避 灾峒室是采用废弃的坑道，将其封闭起来，采用矿井 压风系统提供呼吸用的空气，因而密封的废弃巷道 多处于高压状态。大多数避灾峒室能够容纳十多 人，并且要佩戴呼吸面具。这种初期的避灾峒室缺 点是没有二氧化碳的吸收系统，人们发现，在密闭峒 收稿日期2 0 0 7 0 9 2 5 基金项目国家“十一五”科技攻关项目 2 0 0 6 B A K 0 3 8 0 8 作者简介赵利安 1 9 7 3 一 ，男，西安市人，讲师，硕士，主要从事采 矿工程等方面的研究。 室内，不到1 0 h ，其中的二氧化碳浓度就会达到 2 5 ％，频繁造成人员死亡。后来，出现了空气清理系 统，用来清除空气中的一氧化碳和二氧化碳，降低这 两者的危害。自从2 0 0 0 年以来，澳大利亚的金属矿 一直采用可移动式避灾峒室。目前，采用可移动式 避灾峒室已经成为加拿大金属矿安全的基本要求。 法国煤炭研究所提出了充气峒室的设想，并进 行了若干试验⋯。充气峒室实质是使人员在受到 有毒或者窒息性气体的侵袭时得到应有保护的一种 避灾峒室。充气峒室用柔性材料作为峒室的挡帘， 挡帘起到隔火、隔热、隔绝有毒气体的作用，从而有 效地保护人员。充气峒室里应有压缩空气送入的新 鲜空气、电话、巷道平面图等。可见，充气峒室可以 看作一种原始的避灾峒室，目前在生产中，很少被采 用。 澳大利亚金属工业通过采用避灾峒室，获得了 很大的效益。在2 0 0 6 年3 月坎巴大地区的N i c h e l 矿的矿井事故以及2 0 0 6 年1 月的萨斯喀彻温省的 M o s a i c 矿的矿井火灾事故中，被困人员采用澳大利 亚西澳大利亚州的M i n A R CS y s t e m 公司生产的避灾 峒室均成功获救归。。而早期澳大利亚大多数煤矿 都没有避灾峒室，其主要原因是避灾峒室技术比较 新，并且制造避灾峒室的公司大多数都为金属矿服 务。煤不同于金属，具有可燃性，因而在煤矿使用避 灾峒室，要求更加高。不过，现在越来越多的煤矿， 也出现了避灾峒室。 目前，澳大利亚、美国都能够独立生产避灾峒 室。移动避灾峒室一般用高强度钢材做成，般可以 容纳8 2 0 人不等，避灾峒室最大的容纳人数可以 达到5 0 人，单机状态运行时间可达3 6 h 。西澳大利 万方数据 1 5 4有色金属第6 l 卷 亚的M i n e A R C 公司已经研究出一种新型的H R M 型 避灾峒室，用特殊材料做成，它能够经受2 0 0 0 ℃火 焰两个小时的直接烘烤，可用于煤矿井下使用。典 型的避灾峒室尺寸如表l 所示。当然，避灾峒室还 可以根据客户的要求定做。 表1美国的S t r a t aP r o d u c t s 公司标准 煤矿避灾峒室标准尺寸 T a b l e1R e f u s ec h a m b e l “ s i z eo fs t a n d a r dc o a lm i n e m a d eb yS t r a t aP r o d u c t sc o m p a n yi nA m e r i c a 注括号内表不非煤矿山避灾峒室尺寸。 目前，澳大利亚、美国、土耳其、爱尔兰、英国、瑞 典、加拿大和新西兰等国均在不同程度上使用井下避 灾峒室。其中，澳大利亚使用避灾峒室最为频繁，在澳 大利亚，政府强制要求所有的井工矿井都使用避灾峒 室。加拿大甚至规定了在避灾峒室内还要准备剃须 刀、毛毯等细节。美国的相关法律也规定要求井工矿 井使用避灾峒室，然而矿业安全和健康管理局 M S H A 却没有严格执行，从而从某种程度导致了2 0 0 6 年2 月 西弗吉尼亚州萨戈煤矿 S a g om i n e 爆炸1 1 人窒息 1 人爆炸当场死亡 死亡的事故。。 2避灾峒室的位置 2 ．1 距工作地点的距离 避灾峒室的位置要在工作面附近，还要考虑工 作面人员的需要。最大距离要基于人员在合理的状 态下采用合理的装备以合适的行走方式在自救器持 续时间限度内行走的距离。为了安区起见，国外一 般采用自救器持续时间的5 0 ％内能行走的距离，原 因是 1 危险环境中的人员的不安、焦虑会对自救 器的持续时间产生不利影响； 2 当行走时，可能会 碰到各种以预料的困难； 3 井下的浓烟可能浓度 极大，从而只可能采用爬行的方式移动。 国外的经验数据表明，矿工距离避灾峒室的最大 距离不能超过7 5 0 m ，这个距离是自救器正常使用时 间的5 0 ％时间段内，人员正常行走的经验数值。考 虑一定安全系数是合理的，因为澳大利亚井下的经验 表明，在紧急情况下，自救器的消耗要比预想的高。 2 ．2 避灾峒室在围岩中合理位置 设立避灾峒室的目的就是在危险情况下，给井 下工作人员提供一个避灾所。因而要求避灾峒室的 位置要远离各种灾害，应该避免将避灾峒室设置在 变电所 站 、火药库、燃油存贮设施或者停车点，因 为它们存在潜在的火灾。例如加拿大政府规定，井 下避灾峒室至少距离火药库、柴油存贮设施和燃料 站或电池充电站1 0 0 m [ 43 。避灾峒室还应该远离各 种地质构造区域，例如断层、岩层断裂破碎带、岩脉， 不受地震活动或者其他扰动的影响。大的地下位移 如地震可能破坏避灾峒室及其内部设备。避灾峒室 如果是永久固定的，就要选择在足够强度的煤层或 者岩层中，并且要有足够的非可燃物料保护厚度。 如果是可移动的避灾峒室，就要用不可燃的高强度 材料制作。避灾峒室的位置还要考虑不能设置井在 下容易积水的地点，这样的话在有水患的时候可能 对峒室内的人员构成威胁。 3避灾峒室的强度要求 无论是永久避灾峒室和临时避灾峒室，都要求附 近的巷道顶板支护应该有足够的强度，应该达到永久 支护的程度。存料场、车场、废弃的水泵房和风桥等都 可以用来作为避灾峒室。如果是临时的避灾峒室，服 务时间太长的话，还要定期进行维修。目前，国外的移 动避灾峒室一般都是钢结构，用5 m m 厚的钢板制成， 十分耐用，可以承受1 0 S P a 的高压。为了适应不同的 巷道高度，还采用了油缸升降装置，使避灾峒室可以调 节高度，从而提高其机动性。而永久性的避灾峒室一 般要求用水泥做成，壁厚为0 ．9 1 0 m 。 4避灾峒室运行状态分类 从避灾峒室运行时与运外界关系上来看，现代 避灾峒室有备用、外部支持和单机运行三种状态。 4 ．1 备用状态 备用状态是避灾峒室处于无危急状况下，此时 救援系统没有启动，各种电源处于充电状态，检测和 通讯系统处于未被激活状态。备用状态是准备阶 段，如果需要，则立即启动。要保证避灾峒室处于良 好状态，需要专人定期检测。 4 ．2 外部支持状态 当有危险发生，并且正常的电力、压风和可饮用 水的供应没有受到影响时，避灾峒室处于外部支持 状态。在理想状态下，可呼吸的空气可以从地面通 过管线到达避灾峒室。当压缩空气管路被切断时， 可以通过防尘管路来进行空气输送。饮用水管线是 从地面通过独立的非金属管道到达避灾峒室。严格 万方数据 第4 期赵利安等避灾峒室在国外井工矿的应用情况 1 5 5 地说，如果输送可呼吸空气和饮用水的管线通过高 温的火灾区域。则输送就会变得很难，甚至不可能。 因此，避灾峒室的各种管线，如水管、电缆、压缩空气 管最好采用不可燃的高强度材料制作。 4 ．3 单机状态 当避灾峒室的外部服务 如井下电力、压风和 可饮用水等 被切断，就必须独立地运行，来确保内 部人员的生存，此时其处于单机运行状态。在危险 情况下，避灾峒室被完全断绝外部供应的情况是存 在的。此时避灾峒室必须为避灾峒室中的人员提供 全面的，独立的生存支持。这其中包括 1 供给可 呼吸的空气； 2 维持避灾峒室的电源； 3 提供可 饮用水； 4 维持避灾峒室内的温度在诱发中暑的 温度以下。 可呼吸空气可通过避灾峒室内的氧气瓶来提 供，瓶装医用氧气可以维持在人员3 6 h ，每人每分钟 提供0 ．5 L 的氧气。使用氧气烛也是挺好的一种方 供氧方式，它是一种容易贮存和使用方便的固体氧 源。它蓄氧量高，类似于液氧的密度，大约是同体积 压缩氧的3 倍。氧烛比较稳定，不会产生泄漏现象， 并且具有产氧迅速、产氧量大、设备体积小、重量轻 和贮存期长等优点，可作为地下密闭空间应急用的 氧源。氧烛是以氯酸盐 如氯酸钠 为主体，以金属 粉末为燃料，添加少量的催化剂、抑氯剂和粘结剂， 经混合后，干 湿 压或浇铸而成的。 氧烛的工作原理是在有催化剂存在的条件下。 氯酸盐热分解放出氧气。氯酸盐分解所需热量由金 属 F e ，A 1 ，M n 和M g 等 粉末燃烧提供，化学反应如 方程式 1 ～式 3 所示H 。，式中M 为碱金属，氯酸 盐热反应在适中的温度按式 1 和式 2 进行，高温 的时候按式 3 式进行。氯酸盐热分解反应中若有 水存在，则会产生氯气，化学反应如方程式 4 所 示。 4 M C I O ， 加热 - - - ，3 M C I O 。 M C l 1 2 M C l 0 4 加热 一M C l 2 0 2 2 2 M C l 0 3 2 M C l 3 0 2 3 2 M C l 0 3 加热 一M 2 0 2 ．5 0 C 1 2 4 人呼入氧气后，会产生二氧化碳，除去二氧化碳 用碱石灰，主要成分是8 0 ％的氧化钙、3 ％的氢氧化 钠和1 7 ％的水，放热反应见方程式 5 一式 7 。 C 0 2 H 2 0 _ H 2 C 0 3 5 H 2 C 0 3 2 N a O H 一N a 2 C 0 3 2 H 2 0 6 N a 2 C 0 3 C a O H 2 _ C a C 0 3 2 N a O H Q 7 通过反应式 5 一式 7 可知，11 6 9 的碱石灰 可以吸收2 2 ．4 L 的二氧化碳。 观察 4 可发现，反应中产生了氯气，而且有的 催化剂反应过程中也会产生一氧化碳、有机物和烟 尘等，这些物质可以采用除氯剂、霍加拉特剂、玻璃 布等除去。 避灾峒室中的空气监测、空气净化、照明和电子 控制系统都要求要有电源。在正常情况下，可利用 矿井下电力系统供电。可是在特殊情况下，矿井电 力系统如果被破坏，这就危险了。解决方法包括以 下几种。 1 独立的避灾峒室电源。通过特殊钻孑L 或者 井筒，给避灾峒室独立通电。这种供电方式对于可 移动的避灾峒室不太合理，而对于永久性的避灾峒 室，的确是一种可选择的供电方式。 2 外置电池，可通过专门的外置电池供电。 通常，外置电池可以利用井下电源重复充电，以备紧 急情况下使用。这种形式电源常常被使用。 3 采用各种发电机临时发电。目前，井下常 用的是柴油机、燃料电池、压缩空气发电机、低温电 源等。柴油机和燃料电池需要有外部的氧气才能工 作，所以如果不能从避灾峒室抽内部取空气，则在单 机状态这两者无法使用。当然，如果压缩空气供应 未被切断，则这两者还可使用。低温电源 液态氮 外置电池的缺点是价格昂贵，存贮和相应的支持单 元维护费用高。气流涡轮机发电是利用高温源，如 融化的盐来获取能量，这种方式用于井下，价格昂 贵。从目前使用情况来看，采用临时井下发电，效果 不理想，用的不多。 5 避灾峒室的其他要求 在避灾峒室内，可呼吸空气、饮用水、电源、厕所 等必不可少。厕所一般为轻型可移动的干式厕所， 电源一般为2 2 0 ～2 4 0 V 的交流电，频率为5 0 6 0 H z 。另外还应有气体监视器、桌子和椅子等。气 体监视器用来随时了解密闭峒室内空气成分的变 化，桌子和椅子可用来提供各种娱乐，分散注意力， 缓解紧张情绪。避灾峒室要严格密封，要注意要对 避灾峒室内的空气进行适时调节和过滤以及注意人 员的心理因素的调节，这三点很重要。 5 ．1 密封 避灾峒室里面处于正压状态，其压力一般比外 界压力高2 0 0 3 0 0 P a 。负压是不合适的，因为工人 不是一次进入避灾峒室的，这就要求避灾峒室的门 万方数据 1 5 6有色金属第6 1 卷 不停地打开和关闭，因为处于正压，这就防止了一些 有害的气体进入。另外，如果避灾峒室封闭不严的 话，正压也可防止有害气体进入。国外学者的研究 发现，密封性不好的避灾峒室所造成的的不利影响 远远大于避灾峒室的门开关数十次所带来的不利影 响。通用橡胶密封制品如氯丁橡胶、天然橡胶、聚氨 脂橡胶等均可用来密封避灾峒室，但是这类材料一 般在2 0 0 。C 以下使用，新型的耐高温的材料有的可 以忍耐6 0 0 0 C 的高温。 5 ．2 空气调节和过滤 高温和高湿度不仅可能引起最危险的中暑，还 会形成一种紧张的环境。显然，避灾峒室内有不少 电力设备、照明设备，前述反应 1 ～ 7 有可能放 热，外界传人避灾峒室的热量都可能引起峒室内温 度升高。另外众所周知，人体每分钟也会产生1 0 0 2 0 0 W 的热量也会促使峒搴内温度升高。避灾峒 室里如果需要冷却，可以采用制冷设备 如标准空 调 或者化学制冷。 另外要安装防臭过滤器来除去人自身所产生的 气味，因为这种气味在人员密度很大的避灾峒室中 占主要地位。这种气味太浓就会因其内部人员恶 心，不舒服。一般每隔3 4 h 就要对避灾峒室内的 空气进行过滤清理，从而防止二氧化碳和热量的积 聚。除去异味。 5 ．3心理调节 如果出现了伤亡或者绝望的人员，则避灾峒室内 的人员就会失去信心。避灾峒室内的各种条件对于减 少避灾人员的这种心理压力以及处理这种压力有着重 参考文献 要的作用。应该创造一个使人安心的、明亮的、稳定 的、干净的环境，最重要的是要有足够的照明条件。从 节约能源的角度而言，荧光照明是目前最好的。另外， 根据2 0 0 6 年加拿大萨斯喀彻温省的M o s a i c 矿的矿井 火灾事故救援经验，经常对工人进行这方面的训练，可 以有效地消除工人的恐惧感口1 。 6避灾峒室存在问题及在我国的应用 前景 ’ 在井下设置避灾峒室的缺点是需要有复杂的后 勤服务，以保证随着工作面的不断前进，避灾峒室随 之前进。另外，避灾峒室容纳人数不好确定。最后， 当井下发生在灾害时，尤其是巷道内充满烟雾的情 况下，工人如何迅速、准确地找到避灾峒室，还是一 个问题。然而这些缺点相对于挽救工人生命而言， 却是微不足道的。况且，国外尤其是加拿大已经有 利用避灾峒室挽救工人的成功经验。 众所周知，煤矿瓦斯爆炸、矿井水灾、煤尘爆炸、 顶板事故和火灾这五大灾害大多发生在工作面或者 工作面附近。发生灾害时，如果利用现场的设施、材 料构筑临时的避难酮室显然是不合适的。最好的方 式就是工作面人员在自救器的正常维持时间段内， 及时进入附近的预先设立的避灾峒室，耐心等待救 援。从国外的使用情况来看，避灾峒室的确大大提 高了灾难情况下人员的生存机会。有理由相信，将 来避灾峒室在我国的应用，必将大大促进我国的矿 井安全生产。 [ 1 ] 斯维克林斯基c ，络德尔R ．矿井火灾安全防护对策[ c ] ／／第2 3 届国际采矿安全会议论文集．美国摩根城美国矿业 局。1 9 8 9 1 7 ． [ 2 ] S c o t t B e n j a m i n ．A l l7 2m i n e r ss u r f a c ea f t e rS a s k a t c h e w a nf i r e [ N ] ．C B CN e w s ，2 0 0 6 一O l 一3 0 2 ． [ 3 ] S c o t t - S i m o n ．T h eS a g oM i n eD i s a s t e r [ N ] ．T h eN e wY o r kT i m e s ，2 0 0 6 0 l 0 5 1 ． [ 4 ] 范敏，建杰．氧烛的研究现状与发展[ J ] ．船舶防化，2 0 0 6 ， 4 8 1 0 ． A p p l i c a t i o no fR e f u s eC h a m b e ri nU n d e r g r o u n dM i n eA b r o a d Z H A OL i ．a n l ，G A OZ h e n ．y o n 9 2 ．L I 尉．血2 1 ．C o l l e g eo f R e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，F u x i n 】2 3 0 0 0 ，L i a o n i n g ，C h b m ； 2 ．C h o n g q i n gI n s t i t u t eo fC o a lS c i e n c eR e s e a r c hI n s t i t u t e ，M e t h a n ea n dF i r e - f i g h t i n gR e s e a r c hB r a n c h ，C h o n g q i n g4 0 0 0 3 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e s e a r c ha c h i e v e m e n ta n da p p l i c a t i o no fr e f u s ec h a m b e ri nf o r e i g nc o u n t r i e sa r ei n t r o d u c e d b yu s i n g t y p i c a la n a l y s i sm e t h o dw i t ha n a l y z i n ga n dc o m p a r i n g ．A n dt h ed e f i c i e n c yo fr e f u s ec h a m b e ri sd e s c r i b e d ，a n d a p p l i c a t i o np r o s p e c ti nourc o u n t r yi Sp u tf o r w a r d ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；r e f u s ec h a m b e r ；r e v i e w ；a p p l i c a t i o np r o s p e c t s 万方数据