凡口铅锌矿紧急避险系统研究.pdf

分类号 U DC 密级 编号 十初大学 C E N T RA I ，S O U T HU N I V E R S I T y 硕士学位论文 论文题目．⋯⋯风旦锻鲑矿紧急避险系缡甄窕⋯～ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯j 隧王猩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯叠疑阻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 导师姓名及 专业技术职务一塞秀蠢一耋撵⋯黄藏生⋯熬攮熟高王． 密级删、, 2 , 19 ㈣9 8 5 2密级 硕士学位论文 凡口铅锌矿紧急避险系统研究 R e s e a r c ho nE m e r g e n c yR e f u g e S y s t e mo f F a nK o uL e a d ．．z i n cM i n e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 副导师 论文答辩日期盘 呈』 兰 邱贤阳 采矿工程 资源与安全工程学院 史秀志教授 黄沛生教授级高工 答辩委员会主席凌坐 中南大学 2 0 12 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名鲤置翌旦日期丛年』月』日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名幺量仝鱼导师签塑年上月上E l 生直塞堂亟堂焦i 金塞擅受 摘要 金属非金属地下矿山因其作业环境的特殊性和地质情况的复杂 性，极易发生各类灾害事故。金属非金属地下矿山紧急避险系统的建 设有助于保障井下人员的生命安全，提高地下矿山抵御各种风险和灾 害的能力。本文采用数学分析方法与矿山实际相结合的方法，对凡口 铅锌矿地下矿山紧急避险系统进行研究和探讨，主要研究内容和取得 成果如下 1 通过对作业环境特点、事故统计数据和重大灾害事故的分 析，研究了金属非金属地下矿山建设紧急避险系统的需求性。应用事 故树理论对矿山重大灾害危险性进行评价，确定不同矿山紧急避险系 统的需求。 2 分析了紧急避险系统的功能与构成，并分析了紧急避险系 统在矿山灾害中的作用。对自救器、紧急避险设施等设备设施进行了 详细介绍。 3 分析了影响紧急避险设施设置的因素，并构建递阶层次模 型，应用层析分析法确定各要素的权重，得出十八个指标中对紧急避 险设施设置影响较大的六个指标为安全出口、水文地质条件、机械 化程度、爆破技术、矿岩强度和矿石含硫量。 4 结合矿山生产系统特点和井下安全现状，设计凡口铅锌矿 紧急避险系统，制定维护管理和培训演练制度。 5 应用物元模型理论，建立紧急避险能力物元评价模型。应 用评价模型对凡口铅锌矿的紧急避险能力进行了评价，根据评价结果 提出完善和改进措施，提高矿山紧急避险能力。 关键词凡口铅锌矿，紧急避险系统，矿山灾害，物元模型 A B S T R A C T B e c a u s eo ft h es p e c i a lw o r ke n v i r o n m e n ta n dt h e c o m p l e x g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，m i n i n ga c c i d e n t sa r er e q u e n t l yh a p p e n e di nm e t a l a n dn o n m e t a lu n d e r g r o u n dm i n e s ．1 1 1 ec o n s t r u c t i o no fe m e r g e n c yr e f u g e s y s t e mi sh e l p f u lf o re n t e r p r i s e st op r o t e c tt h em i n e r s ’l i v e s ，i m p r o v et h e a b i l i t y t or e s i s tr i s k sa n dd i s a s t e r s ．T h eP a p e rm a i n l yr e s e a r c h e sa n d d i s c u s s e s e m e r g e n c yr e f u g es y s t e mi n F a nK o ul e a d - z i n cm i n ew i t h m a t h e m a t i c a la n a l y s i sm e t h o d sa n dp r a c t i c a lm e t h o d s ．T h em a i nc o n t e n t s a n dr e s u l t so b t a i n e da r ea sf o l l o w s ． 1 R e s e a r c ht h ed e m a n do fe m e r g e n c yr e f u g es y s t e mi nm e t a la n d n o n m e t a lu n d e r g r o u n dm i n e sb a s e do nt h ea n a l y s i so ne n v i r o n m e n t c h a r a c t e r i s t i c s ，a c c i d e n t s t a t i s t i c sa n d m a j o ra c c i d e n t s ．T od e t e r m i n e d i f f e r e n td e m a n do fd i f f e r e n tm i n e s ，e v a l u a t et h ed a n g e ro fm a j o rd i s a s t e r w i t ht h et h e o r yo ff a u l tt r e e ． 2 A n a l y s i st h ef u n c t i o na n dc o m p o s i t i o no fe m e r g e n c yr e f u g e s y s t e m ，a n a l y s i st h ef u n c t i o no fe m e r g e n c yr e f u g es y s t e mi nm i n i n g a c c i d e n t s ．I n t r o d u c es e l f - r e s c u e r sa n de m e r g e n c yr e f u g ef a c i l i t i e s ． 3 A n a l y s i st h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h es e t t i n go fe m e r g e n c yr e f u g e f a c i l i t i e s ，b u i l d t h em o d e l a n a l y t i ch i e r a r c h ym o d e l ，a p p l ya n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n et h ew e i g h to fe a c hi n d e x ．I ti Sc o n c l u d e d t h a tt h es i xi m p o r t a n ti n d e xo fa l le i g h t e e na r es a f e t ye x i t s ，h y d r o g e o l o g i c c o n d i t i o n s ，m e c h a n i z a t i o nd e g r e e ，b l a s t i n gt e c h n i q u e ，r o c ks t r e n g t h ，s u l p h u r c o n t e n t ． 4 B a s e do nt h es a f e t yc h a r a c t e r i s t i ca n ds t a t u sq u oo fF a nK o u l e a d z i n cm i n e ，d e s i g ni t se m e r g e n c yr e f u g es y s t e m ，s e tu pt h er e g u l a t i o n s f o rm a n a g e m e n t ，t r a i n i n ga n dd r i l l ． 5 E s t a b l i s ht h ee v a l u a t em o d e lo fe m e r g e n c yr e f u g ea b i l i t yw i t h m a t t e r e l e m e n tt h e o r y ．E v a l u a t et h ee m e r g e n c yr e f u g ea b i l i t yo fF a nK o u l e a d z i n cm i n ew i t ht h ee v a l u a t em o d e l ．P u tf o r w a r dm e a s u r e st oi m p r o v e t h ee m e r g e n c yr e f u g ea b i l i t y ． K E YW O R D S F a nK o ul e a d z i n cm i n e ，E m e r g e n c yr e f u g es y s t e m ，M i n e d i s a s t e r s ，M a t t e r - e l e m e n tM o d e l 3 ．2 ．2 功能要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 73 ．2 ．3 建设要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 83 ．2 ．4 建设原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 93 ．3 紧急避险设施设置的影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 03 ．3 ．1 紧急避险设施设置的影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 03 ．3 ．2 影响因素指标体系的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 33 ．3 ．3 评价分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 33 ．3 ．4 避险设施设置影响因素指标权重的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 63 ．3 ．5 结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 03 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3第四章凡口铅锌矿紧急避险系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 44 ．1 凡口铅锌矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 44 ．2 安全现状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 54 ．2 ．1 事故类型统计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 54 ．2 ．2 主要危害分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 54 ．2 ．3 安全管理现状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 74 ．3 危险源感知系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 84 ．3 ．1 系统主干网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 84 ．3 ．2 监测监控设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 84 ．4 凡口铅锌矿紧急避险设施设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 94 ．4 ．1 避险设施设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 94 ．4 ．2 避险硐室选址⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 04 ．4 ．3 避险硐室技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一514 ．4 ．4 避险硐室功能系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 44 ．4 ．5 避险硐室内部布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 84 ．4 避灾路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 94 ．5 自救器配备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 94 ．6 紧急避险系统维护与管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 14 ．6 ．1 建立管理制度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 14 ．6 ．2 定期维护和检查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 l4 ．6 ．3 建立紧急避险系统技术档案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 24 ．6 ．4 培训和应急演练⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 24 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2第五章紧急避险能力评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．j ⋯⋯⋯⋯一6 4 1 ．1 课题研究背景及意义 1 ．1 ．1 课题背景 第一章绪论 我国金属非金属矿山的安全生产现状不容乐观，每年死亡人数仅次于煤矿事 故和道路交通事故，在国内各行业中排第三位【l 】。据国家安全生产监督管理总局 统计，2 0 0 9 年，全国金属非金属矿山共发生生产安全事故1 2 3 0 起，死亡1 5 4 2 人。其中较大事故4 5 起，死亡1 7 6 人；重大事故4 起、死亡7 0 人【2 1 。近年来， 金属非金属矿山重大事故不断，如2 0 0 1 年7 月1 7 日，广西南丹县拉甲坡锡矿 透水事故，死亡8 1 人；2 0 0 2 年山西繁峙县义兴寨金矿区“6 2 2 ”特大爆炸事故， 造成3 8 人死亡；2 0 0 4 年河北邢台“11 2 0 ”铁矿特别重大火灾事故，死亡7 0 人， 直接经济损失6 0 4 ．7 5 万元。2 0 0 5 年1 1 月6 日，河北省邢台县会宁镇尚汪庄康 立石膏矿发生坍塌事故，造成3 3 人死亡，4 人失踪。 为了提高金属非金属矿山企业安全保障能力，减少金属非金属矿山安全事故 和损失，提高地下矿山抵御各种风险和灾害的能力，建设金属非金属地下矿山安 全避险系统显得更加迫切。针对我国金属非金属矿山严峻的安全形势，国家安全 监督总局提出地下矿山企业应建设安全避险“六大系统”，即人员定位系统、监 测监控系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统、通信联络系统。 建设“六大系统”是深入贯彻落实科学发展观，坚持以人为本、执政为民的 具体体现，也是依靠科技进步和先进适用技术装备，从源头上控制安全风险、从 根本上提升地下矿山安全保障能力的有效措施【3 】。2 0 11 年7 月，国家安全生产监 督总局陆续发布了金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设规范，其中 2 0 1 1 年7 月1 2 日发布的金属非金属地下矿山紧急避险系统建设规范规定了 金属非金属地下矿山紧急避险系统的建设要求、避险设施的技术要求、紧急避险 系统的维护与管理措施【4 】。随着建设规范的出台，全国各地的金属非金属地下矿 山紧急避险系统建设工作陆续展开。 1 ．1 ．2 研究意义 通过对国内外的典型事故进行了统计分析发现发生在作业面的爆破事故， 作业面区域的人员绝大部分立即死亡，而发生在作业面以外的爆破事故，作业面 区域的人员死亡绝大部分出现在逃生途中；窒息事故和火灾事故的人员死亡主要 发生在人员逃生或逃生受阻的过程中【5 1 。矿山井下生产工艺系统与环境情况复 主直太堂亟堂僮论塞箍二童绪论杂，目前尚无可能完全杜绝灾害事故的发生，因此在发生突发紧急情况下确保井下人员的生命安全保障就显得尤为重要。我国目前正在强制推行紧急避险系统建设和紧急避险设备的安装。当井下发生突发事故时，在井下人员逃生路径被阻或逃生不能的情况下，紧急避险系统可以为遇险人员提供应急避险空间和生命保障。本文研究矿山井下紧急避险系统的主要意义如下 1 紧急避险设施为井下人员提供紧急避难空间，井下遇险人员在逃生路径被阻的紧急情况下可以迅速进入避险设施，隔离有毒有害气体并进行自救，提高了突发重大灾变时的人员成活率。 2 井下遇险人员进入井下避难空间，获得避难设施提供的生命保障物质，为地面救援人员开展救援行动赢得时间。 3 井下作业人员分散，紧急避险系统为遇险人员提供集中避难场所，地面救援人员的救援行动更有针对性，有利于聚集救援力量，提高救援效率。 4 紧急避险系统与其他安全避险系统配合，能有效地提高应急救援能力。建立基于紧急避险空间的应急救援体系，提高矿山应急救援水平和安全管理水平。 5 对员工进行紧急避险培训，提高遇险人员紧急情况下的心理素质，增强员工抗灾避灾能力。1 ．2 我国矿山应急救援研究现状随着国民经济的不断增长，近年来我国对矿产资源需求旺盛，同时矿山安全生产事故也频繁发生。生产安全事故后果严重的一个重要原因是矿山应急救援不力【6 J 。事故应急管理的内涵包括预防、预备、响应和恢复四个阶段。矿山重大事故应急救援在以预防为主为前提，以统一指挥、分级负责、区域为主、矿山企业自救与社会救援相结合的原则f 7 l 。矿山应急救援体系的内容包括应急救援组织机构；应急培训与演习；应急救援行动；应急救援预案；现场清除；事故后的恢复和善后处理【8 】。矿山应急救援系统的建立有两大作用一是在发生事故时，应急救援系统能及时响应并迅速处理，将事故影响范围控制在一定范围内，尽可能地减少事故人员和财产损失；二是通过系统监测监控的数据预测将事故隐患消除在萌芽状态1 9 ] 。我国矿井灾害应急救援系统的研究属于起步阶段，事故灾害发生时往往凭经验实施援救。近年来，不少专家和学者致力于矿山应急救援的研究。软件方面，如用于煤矿瓦斯爆炸事故救援的应急辅助决策系统、基于S V G 的应急救援网络地理信息系统等【l 们。硬件方面，上世纪9 0 年代末我国成功改造用于应急救援救护队员的正压氧呼吸器；我国研制成功的Z D Y 4 0 0 0 S 型全液压救灾钻机可根据2 应急救援的需要快速施工高精度、大直径定向救援钻孔㈣。2 0 11 年的“智利矿难”让我们看到建立矿山应急救援体系对于灾害事故救援的重要性。然而我国的矿山应急救援体系还存在着以下缺陷一是对建立矿山事故应急救援体系的紧迫性和重要性缺乏足够的认识，忽视应急救援在预防事故、处理事故和避免、减少人员伤亡和财产损失等方面的积极作用；二是缺乏事故应急救援的具体措施及总体思路，尚未建立高效、统一的国家应急救援体系；三是没有有效地整合各类应急救援资源，导致救援力量分散，应急救援指挥职能交叉，缺乏必要的应急救援装备，救援能力不能满足矿山事故救援需要。1 ．3 国内外紧急避险研究现状1 ．3 ．1 国外紧急避险研究与应用现状紧急避险系统能够在突发灾害情况下为保障工人生命发挥重要作用。国外矿业发达国家，如加拿大、南非、澳大利亚、美国、印度、法国、德国、英国、智利等，井下紧急避险系统的研究与应用已有较长历史I 坨】。国外紧急避险研究最初针对金属矿，研究内容集中在井下避难硐室 救生舱 功能、布置原则、救援效果评价及通过何种方式加以实施【1 3 ～6 1 。接下来将介绍加拿大、南非、澳大利亚和美国在矿山井下紧急避险方面的研究与应用现状。 1 加拿大自从1 9 2 8 年造成3 9 人死亡的H o l l i n g e r 矿火灾发生后，加拿大就出现了初级的避险所，该避难所利用压缩空气、通过面具提供0 2 。后来出现有害气体清理系统，处理空气中的C O 和C O 。等有毒有害气体。后来紧急避险体系扩展到救生舱、直通地面的通讯系统、自救器、避难所 救生舱 内的食物、水和供氧系统。2 0 世纪7 0 年代后，避险所在其金属矿得到了广泛应用。现已是法律强制要求设立的避险设施。加拿大采矿安全规程规定，每个矿井均必须设置移动式救生舱或固定式避难硐室。避难所的位置应综合考虑工作地点的特征、遇险人员抵达的难易程度和遇险人员抵达所需时间三方面因素。避难所的容量，应能容纳当班作业的人数，并考虑一定富余u 。 2 南非南非从2 0 世纪7 0 年代就开始出现把压风管引入盲巷形式的简易避难所。其紧急避险系统研究主要针对矿井火灾、爆炸等事故。在距离作业面一定距离内建设避难所，并配备通风设备、通讯设备、饮用水和备用自救器。井下发生灾害时，作业人员在逃生指示装置的引导下，在自救器有效工作时间内撤离到最近的避难所，等候救援。1 9 8 6 年南非发生死亡1 7 7 人的K i n r o s s 金矿矿难，后来南非政府立法强制要求所有的地下矿建设安全避难所并纳入应急救援体系，井下避难所已是南非矿山应急救援中的一项成熟而有效的安全措施。为保证 避难所时刻处于完好状态，南非矿产法规定紧急避险设施需定期检查、专人维 护，以确保在发生火灾、爆炸或水灾等紧急情况时，井下作业人员有足够的逃生 机会。为了帮助遇险人员顺利进入避难所，应在避难所入口处设立警报器或报警 灯1 1 8 】。 3 澳大利亚自2 0 0 0 年以来，澳大利亚金矿就一直使用可移动式救生 舱，还采用“自救器 中继站”避险设施，获得了很好的效益。目前，可移动式救 生舱已是澳大利亚法律对金属矿的基本要求。西澳州矿山安全和检查规章规定， 地下矿山必须有明确的紧急情况预防措施，并为遇险人员提供避难所和新鲜空 气。规章中对自救器救护时间、避难所距工作地点的距离、避难所附近围岩、内 部通信设施及相关装备和实验测试均做了具体要求，并规定必须对避难所进行经 常性的检查和维护f 1 9 】。 4 美国美国早期避险理论始于避难硐室研究，在井下利用水泥砌块建 造避难隔离墙，或在巷道顶板和两帮上悬挂隔离屏障形成隔离空间，供遇灾矿工 避险等待救援。这一原始避险理论持续到2 0 0 6 年1 月西弗吉尼亚州萨戈煤矿爆 炸事故，该事故造成1 2 名 1 人当场死亡、1 1 人因窒息死亡 矿工遇难，西弗吉 尼亚州政府率先对井下紧急避险设施做出规定，并对救生舱产品实施州政府批 准。2 0 0 6 年矿山改善和新应急反应法突出了避难硐室 移动救生舱 和应急 通讯系统在避险救援中的作用，要求矿山经营者将井下避难所纳入“应急反应方 案”0 2 ] 。 分析国外各国紧急避险系统的应用情况，有以下经验值得我们借鉴f 2 0 。2 1 】 1 立法强制规定国外矿业发达国家对矿山井下紧急避险系统的设立、 使用、维护管理均有法律的强制规定，南非、美国等国还设立了国家救生舱标准， 使紧急避险系统建设具有必要的法制基础。 2 与其他系统的有机结合国外对紧急避险系统进行整体设计，并与其 他安全避险系统进行有机结合。美国职业安全健康研究院在有关研究报告中指 出避难所只有在结合制定全面的逃生救援计划的情况下才能实现挽救生命的可 能性。 3 避难所的救护时间不同国家队避难所的有效救护时间规定不一，主 要根据灾变事故时应急救援所需时间来确定。如澳大利亚避难所的有效救护时间 规定不低于3 6 ／] 、时，美国规定至少9 6 小时，南非规定为8 2 4 ／] 、时。 4 培训与演练国外将安全使用避险设施作为员工培训和应急演练的重 要内容，确保井下人员都会使用。 4 1 ．3 ．2 国内紧急避险研究现状 国内紧急避险系统的研究主要集中在救生舱、避灾硐室、自救器等紧急避险 设备设施等方面。 1 救生舱研究 自从国家推出了国内煤矿井下安全避险“六大系统“ 建设后，矿用救生舱、 避险硐室等紧急避险设施的研发列入了国家“十一五”科技支撑计划，并取得开 创性成果。目前全国有3 0 多家单位从事矿用救生舱和避险硐室相关配套设备的 研发，其中有1 0 多家单位己制造出产品，部分企业还与美国、澳大利亚等公司开 展有效的国际合作。我国救生舱的研究具备较高起点，在充分借鉴国外成功经验 和做法的基础上，将船舶、潜艇、高楼逃生等领域的一些高新技术用于救生舱研 发，提高了技术含量，具备潜艇、航空等研发背景的科研机构进入救生舱研发领 域，有力地推进了救生舱研发进程[ 2 2 ‘2 3 】。从已研制出的产品看，我国救生舱产品 的环境适应性和功能高于国外产品。但总体而言，我国救生舱的研发还处于初步 探索阶段，相关领域技术的采用和技术引进尚处于借用、仿造、组装阶段；研制 出的产品未经实践检验，尚需通过实践后不断优化调整；同时需要通过试点试用 和总结，建立产品标准和设计、使用、安装、管理、维护规范，以推动井下紧急 避险设施的建设和发展[ 2 4 1 。 2 避险硐室研究 总体而言，我国对避险硐室的研究还不够，避险硐室的应用还处于初级阶段， 矿山设计也没有专门避险硐室的设计。目前，我国地下矿山紧急避险系统的建设 工作正在进行之中，山西的部分矿井已经设计或建成了避险硐室【2 5 ’2 6 】。2 0 11 年4 月1 0 日，山西省潞安集团常村矿顺利完成了我国首次井下避险硐室载人现场验证 试验，8 0 人组成的试验人员在模拟灾变环境的永久避难硐室里安全度过了4 8 个小 时。承担试验的常村矿北三区避难硐室建于2 0 1 0 年5 月，可提供8 0 至l J l 0 0 人避难所 虽巨[ 2 7 1 r r 口0 3 自救器研究 我国对井下自救器的研究工作始于5 0 年代，主要对一氧化碳和碳氧化触媒和 干燥剂进行研制【2 8 j 。此后相继研制成功A Z L 一4 5 型过滤式自救器和A Z G - 4 0 型自救 器。经过产品不断的更新换代，已经有3 0 r a i n 、4 5 m i n 、6 0 r a i n 和9 0 r a i n 系列不同类 型的自救器产品【冽。我国研制生产的自救器具有体积小、重量轻、携带方便、 救护时间长等特点，在我国地下矿山尤其是煤矿事故救援中发挥了重要作用【3 0 1 。 1 ．4 主要研究内容及技术路线 金属非金属地下矿山重大灾害事故的频繁发生威胁着井下矿工的生命安全。 本文本着“以人为本”的理念进行矿山紧急避险系统的研究，主要研究内容及方 法如下 1 分析金属非金属地下矿山作业环境的特点及对事故救援的影响，在重 大伤亡事故统计的基础上，对矿山重大灾害的危害及其原因进行分析，研究基于 事故树分析法的重大灾害危险性评价方法。 2 分析了紧急避险系统在矿山灾害中的作用，并对构成紧急避险系统的 危险源感知系统、紧急避险设备设旋、避灾路线、避险措施和避险运行机制进行 了介绍。 3 分析紧急避险设施设置的影响因素，运用层次分析法构建指标体系， 对各影响因素的重要性进行排序，确定影响避险设施设置的主要因素。 4 确定矿山紧急避险能力的内涵，建立紧急避险能力评价的指标体系， 应用可拓理论构建紧急避险能力评价物元模型，并对凡口铅锌矿的紧急避险能力 进行评价。 5 以凡口铅锌矿生产系统和安全现状为基础，设计凡口铅锌矿井下紧急 避险系统。 论文研究技术路线图如图卜1 所示。 1 ．5 本章小结 本章首先阐述了金属非金属地下矿山紧急避险系统研究的课题背景和研究 意义，分析了我国矿山应急救援体系及其不足，然后分别对国内外紧急避险的研 究与应用现状就行了分析总结，最后确定了本文的主要研究内容及技术路线，明 确了论文的写作思路。 6 图1 ．1 论文研究技术路线图 7 第二章紧急避险系统研究2 ．1 紧急避险系统需求分析我国金属非金属地下矿山数量多，矿山的生产安全状况各不相同。有必要对紧急避险系统建设的需求性和必要性进行研究和分析，确定不同矿山紧急避险系统的建设力度和规模，以便积极全面地推广紧急避险系统的建设。2 ．1 ．1 作业环境特点及对事故救援的影响地下开采与露天开采是矿山开采的两种开采方式，二者在凿岩爆破、排水供电等主要采矿工艺方面有共同之处，但地下开采在通风条件、能见度等作业环境方面比露天开采恶劣很多。现从安全生产的角度分析金属非金属地下矿山开采作业环境的特点p 。 1 地下矿山井下通道比较狭窄，深度较大的矿井需要提升设备与地面联系，提升设备的可靠性影响着矿山井下的安全生产； 2 地下矿山井下能见度较低，需要借助照明设施开展生产作业，因此井下作业人员均需佩戴照明设施； 3 地下矿山井下空气流动性差，易引起中毒窒息事故，需要借助通风设施维持井下正常空气质量； 4 地下岩层地质情况的变化很难直接察觉，水文地质、地压等因素对安全生产影响较大，易发生冒顶片帮、透水等事故； 5 井下生产对供电设施依赖严重，供电设施的可靠性井下安全生产影响大； 6 地下矿山井巷工程复杂、视线差，容易发生坠井事故； 7 地下采空区处理不当可能引起地表塌陷，造成地表水灌入井下或地表建筑物破坏，引发重大地质灾害。地下矿山恶劣的作业环境极易造成灾害事故，而灾害事故后的救援也受井下作业环境的影响。地下开采的作业环境对事故救援有以下影响【3 2 】 1 地下矿山井下通道比较狭窄，井巷工程复杂。救援工作很难展开； 2 地下矿山大都采用爆破破岩，有毒有害气体多，易造成井下作业人员中毒窒息，危及救援人员的生命安全； 3 井下空气流动性差，救援人员在救援过程中容易中毒窒息，救援行动受通风状况影响； 4 井下灾害事故常常伴生二次灾害，易引起救援人员伤亡，并增加事故经济损失； 5 井下通讯、照明等设备设施易被灾害事故破坏，造成救援工作无法顺利开展，延误救援时机。2 ．1 ．2 事故类型统计与分析表2 - 1 反映了2 0 0 5 - - 2 0 0 8 年全国非煤矿山各类事故发生的起数和死亡人数。从统计表可以看出，我国非煤矿山发生最多的事故类型主要有物体打击、冒顶片帮、车辆伤害、高处坠落、机械伤害、放炮、坍塌、中毒窒息。表2 - 12 0 0 5 - - 2 0 0 8 年全国非煤矿山事故起数和死亡人数【3 3 】2 0 0 1 年非煤矿山死亡3 人以上的重大事故分布情况如表2 2 所示。2 0 0 1 年非煤矿山事故死亡人数约为2 0 0 0 人，而重大事故死亡人数多达6 7 4 人，占非煤矿山死亡总人数的i ／3 左右。从事故类别看，坍塌、冒顶片帮和中毒窒息事故死亡起数位列前三位，而透水事故虽然总体事故起数不多，但重大事故数量较多，重大事故死亡人数较多，每起事故的死亡人数最多，达到4 8 ．8 6 人／起，危害特别大。9 表2 - 22 0 0 1 年非煤矿山死亡3 人以上重大事故分布情况【3 4 】 事故类型数量 起 数量百分比 ％ 人数 人 人数百分比 9 6 每鬻鬣警亡人 2 ．1 ．3 重大灾害分析 井下需要人员紧急避险的都是重大灾害事故。本节以可能造成重大人员伤亡 事故的灾害类型为研究对象，对坍塌、中毒窒息、冒顶片帮、透水和放炮等五类 灾害事故的危害及主要影响因素就行分析【3 5 1 。 1 坍塌 坍塌事故是指物体在重力和外力的作用下，超过自身极限强度，导致结构稳 定失衡而造成物体高处坠落、挤压伤害、物体打击、窒息的事故。坍塌事故因塌 落物体的自重大，影响范围大，往往伤亡人数多，事故后果非常严重，容易造成 重大或特大人员伤亡事故。造成坍塌事故的主要原因有 ①回采顺序不合理，采空区未得到及时处理； ②检查不周，疏忽大意； ③施工方法不合理； ④开采秩序混乱； ⑤管理混乱。 2 中毒窒息 中毒窒息事故是指井下人员呼吸有毒有害气体或接触有毒物质引起的中毒， 或在通风不畅的场所由于缺氧而发生的窒息死亡事故。造成中毒窒息事故的主要 因素有 ①井下发生火灾产生的一氧化碳中毒； ②爆破炮烟中的二氧化氮和一氧化碳中毒； ③进入废弃的硐室或巷道引起一氧化碳中毒； ④含硫矿物水解产生的硫化氢浓度过高引起中毒； ⑤硫化矿物氧化自燃生产二氧化硫引起中毒。 3 冒顶片帮 冒顶片帮是地下矿山发生频率最大的事故，很容易造成人员伤亡，影响矿山 l O 正常回采，严重的冒顶则导致大面积坍塌，造成严重的人员伤亡和经济损失。冒 项片帮是由于采掘活动破坏了岩石的应力平衡，强大的地压传递到顶板或两帮时 应力局部集中，导致岩石遭到皮坏而引起。随着采掘作业的推进，工作面顶板面 积逐渐增加，项板和周帮岩由于应力集中而发生变形，导致某些部位出现破裂， 岩层的裂隙也在应力作用逐步增大，从而破坏项板矿岩的完整性。如果支护不及 时或支护不到位就会造成顶板冒落或边帮片落。 造成冒顶片帮的主要因素如下 ①顶板管理不善，支护不及时、不合理或缺乏有效支护； ②采矿方法选择不合理； ③处理浮石操作不当； ④疏忽大意、检查不周； ⑤爆破时药量过大导致爆破震动过大； ⑥岩石强度低、地质矿产条件差，顶板本身强度不够； ⑦地压活动。 4 透水事故 地下矿山生产过程中，各种类型的地下水涌入采掘工作面。如果地表水、含 水溶洞等非正常涌水量大、水势猛，超过井下局部或整个矿井的正常排水能力时， 就造成人员伤亡、设备设施破坏或生产中段的井下透水事故。透水事故不仅对井 下工人的生命安全造成威胁，也容易淹井导致重大经济损失。 造成透水事故的主要因素如下 ①水文地质情况未知，采掘工程靠近含水断层带、积水区，未事先探水而盲 目施工，透水措施不严密； ②井巷工程设计不合理，靠近强含水层，在水压和矿山压力的共同作用下发 生透水事故； ③水源位置不准或资料不足，隔水层厚度不够，井下工程施工超出探水孔控 制范围，造成井巷与积水区贯通； ④职工队伍缺乏安全意识，素质差，在出现透水征兆的情况下未能及时采取 措旌避免透水事故的发生； ⑤井下排水设备能力不足、设备故障或电力故障； ⑥工程管理不善或施工质量差，导致防水隔离柱破坏，贯通水源． 5 放炮事故 放炮事故是在爆破作业中发生的伤亡事故，包括拒爆、早爆和其他事故。拒 爆主要包括电爆网路拒爆、炸药过期变质拒爆、导爆索网路拒爆、导爆索起爆的 拒爆、非电起爆官网路拒爆、装药作业引起的拒爆等。早爆事故主要包括火炮事 故、爆炸事故、电炮事故、高温条件引起的早爆、爆破器材运输事故、打残眼事 故、误操作引起早爆、爆破器材销毁违章事故、外物撞击和引起的早爆等。此外， 还有飞石事故、警戒疏漏事故、爆破震动事故、毒气事故、空气冲击波事故等。 造成放炮事故的主要因素如下 ①爆破器材质量不合格，且未经性能检测； ②爆破作业过程违反爆破安全规程规定，未经训练工人施工操作不规范； ③爆破后提早进入工作面，造成中毒窒息事故； ④盲炮处理不当，残眼施工过程造成爆破事故； ⑤爆破警戒不严，安全距离不够，信号不严； ⑥爆破器材受潮变质或超过有效期限； ⑦电爆网路电压不足、电阻太大或网络连接不善； ⑧外来电流引起电雷管早爆； ⑨含硫矿产温度过高引起早爆事故。 2 ．1 ．4 重大灾害危险性评价 威胁矿山