矿用救生舱配置原则与应用研究.doc

中国工矿设备行业B2B平台领导者 矿用救生舱配置原则与应用研究 救生舱是井下主要避险设施，是一种用在地下矿山发生诸如爆炸、瓦斯突出、冒顶、外因火灾、涌水、塌方冒顶或者有毒有害气体逸散时，供矿工紧急避险的生命庇护场所。矿用救生舱应该具备“三防一隔”防毒、防火、防震、隔爆和“四基地”矿工生命的救生基地、救护人员的中转基地、救灾人员的指挥基地、与井上进行通讯的联络基地的基本功能，具体包括气密性、隔热性、防火性、抗压性、空气交换系统等生存保障性能，以及有害气体去除、监测、通信、急救等基本功能。 救生舱主要系统有供氧系统、通讯系统、空气交换系统、监测系统、动力系统、医疗救护系统、照明系统、食品系统等组成，其中供氧、通讯两大系统为救生舱核心功能，其可靠性是衡量救生舱避灾能力的关键指标。 2、矿用移动式救生舱发展趋势及应用现状 2.1国外矿用移动式救生舱发展趋势 国外矿山一般规定，避难所的类型由矿山企业根据自身的特点自主选择，以满足矿工避险需要为原则。目前，南非矿山以避难硐室为主，较少使用可移动式救生舱；美国矿山以移动式救生舱为主，其中硬体式救生舱仅占10％，约90％为软体式救生舱；加拿大矿山在1980年后广泛应用避难硐室与移动式救生舱，配备比例约为15，以硬体式救生舱为主；澳大利亚大部分矿山使用“空气呼吸器加气站”的避险设施，并于2000年将可移动式硬体式救生舱作为矿山安全基本配置设施。 分析南非、美国、加拿大、澳大利亚等矿山井下救生舱的法律规定和做法，设置时均从矿井整体安全角度考虑救生舱的布局、建设和管理，实现对矿井的整体覆盖，选择类型时均考虑所服务区域的特点及可能发生的主要灾害类型。基本设置原则有四方面，即所服务区域的特点空间结构、危险源分布、作业类型、容量等；灾变时期人员抵达难易程度、所需时间；随身佩戴自救器的防护时间；岩体稳定性和支护有效性。同时对救生舱防护有效时间、日常管理、员工培训和应急演练等做了明确规定。 2.2我国矿用救生舱应用现状 为提高矿山安全保障能力，设置能够安全避险的救生舱，国家安全监管总局强制性规定了“地下矿山企业应于2011年底前在每个中段至少设置一个避灾硐室或救生舱。独头巷道掘进时，应每掘进500m设置一个避灾硐室或救生舱”，并且要求2013年6月国内非煤矿山全部将此类安全避险设施配置完备。据有关资料报道，截至2010年底，我国共有非煤矿山8．6万座，煤矿1．5万座，具备完备井下避险系统的矿山比例尚未达到l％，非煤矿山应用比例小于0．1％。救生舱在我国矿山应用和普及程度远低于国外发达矿山，研发、生产、应用管理技术水平相对薄弱，技术标准系统性潜在不足且缺乏应用实践经验，尤其是救生舱气密性、隔热性、防火性、抗压性、通讯系统、空气交换系统等核心技术标准不统一，在避灾特殊环境下存在救生二次伤害的可能性。因此急需进行我国矿山救生舱的应用研究。 3、煎茶岭金矿救生舱应用及管理 3.1煎茶岭金矿救生舱基本介绍煎茶岭金矿1998年从澳大利亚引进救生舱整套技术，是国内最早使用救生舱的矿山，成功应用并规范化管理，在使用和保养维护中形成了一套完整的救生舱应用管理体系。在每个采掘作业水平设置移动式救生舱，矿难发生时，遇险人员在撤离受阻时可立即启动救生舱进行自救和避险。救生舱安放位置随工作地点的改变而调整，确保任何位置作业人员可以在10rain内到达。舱内可提供8人96h的生存保障。三天进行一次救生舱设施检查和急救、生活物资更新。 舱体为硬体一体式机构，使用高强度钢板焊接，具备抗压、防砸、防火、密封的特性，见图1。舱体内设座椅、生活设置、温湿度调节系统，配备有线电话和无线对讲系统各一套，压缩空气和气瓶供氧供应系统各一套。舱体抗爆、抗冲击指标15psi磅，平方英寸，约为0．1MPa，耐火等级为二级。煎茶岭金矿救生舱采用铅酸蓄电池组供电系统，主要是保障通信系统和空气压力调节系统供电需要。舱内配有有害气体吸附剂、吸湿剂，去除CO等有害气体。 3.2舱内供氧系统 该系统属压缩空气供给系统。由专用地表空气压缩机提供高压空气供给，压力可舱内调节，压缩空气通过减压、过滤阀组自动调整空气流量、压力，使舱内气压形成微正压，避难人员不需要佩戴呼吸面罩。救生舱采用微正压设计，有效防止有害气体进入舱内。压风出121压力在0．1～0．3MPa，连续噪声不大于70dB，过滤装置具备油水分离功能。 气瓶供氧系统。该系统由救生舱外部配置的12个压缩空气瓶供给，气瓶压力至少达到7．5MPa，在压缩空气中断的极端避灾条件下，可在舱内切换到气瓶供氧系统，配合呼吸面罩，保障救生氧气供应，气瓶供氧系可保证每个人连续供氧175h。舱内供氧南非多采用化学制氧，美国、澳大利亚、加拿大一般采用压缩氧气，这两种方式存在高温易爆和氧中毒风险，煎茶岭金矿救生舱选择压缩空气更为可靠、安全。救生舱设置两套供氧系统作为标准化配置极为关键，可确保舱内气密性和避灾人员的安全，气瓶数量和压强可根据救生舱最大容量设置。根据国际呼吸器防护协会PIAF测试，设置原则是按照0．SL／min人。 3.3舱内通讯系统 1 有线电话通讯系统。舱内设置矿山互联互通有线电话系统，直通24h值守急救站和应急调度值班室。接驳外线电话，可转接专业救护机构和心理疏导咨询中心。 2 无线对讲通讯系统。无线对讲系统使用矿山专用频道，在有线电话通讯系统受阻时启用，作为第二套通讯系统备用。无线对讲通讯系统电源采用交流供电和电瓶供电两种供电方式，保证井下断电后对讲系统仍能正常通讯。有线电话较无线对讲通讯持久性更强，但一般为点对点方式，在避灾和救援中存在局限性。无线通讯系统点对多的通讯方式相对于有线通讯系统更为可靠。煎茶岭金矿救生舱利用矿山井下泄露无线通讯系统为我国救生舱通讯系统乃至矿山通讯提供了一种新的思路和方法。 3.4救生舱使用规定 进入救生舱关闭密封门，打开应急报警灯，开启压缩空气过滤供氧阀，之后舱内空气会充满整个避难所。第一个到达避难所的人为救生舱指挥长，通过通讯系统与地面联系，准确报告险情和达到避难所人员信息。所有到达避难所的人员在救生舱中等待救援，不得离开。 4、救生舱设置 根据矿山生产特点和救生舱应用经验，救生舱设置位置和安全距离极为重要，根据采掘工作面条件和个人安全避险装备，需要测算出救生舱避险涵盖范围和入仓前需求时间。 测试表明，矿工在井下正常情况下行走速度平均为117ndmin，考虑到避灾撤离复杂性，因此救生舱与井下作业点安全距离不宜超过1DOOm，救生舱之间的距离也应该按照此参数设定。救生舱应该设置在主逃生系统附近的安全位置，具备双向通道，达到就近避险原则。 同时，矿工随身个人呼吸防护用品参数是确定救生舱另外一个重要参考因素。在产生有害气体灾变时，工作面到救生舱之间，中毒窒息事故的消除完全依靠个人呼吸防护用品。因此煎茶岭金矿全员配置供氧式自救器，自救器供氧至少要求60min以上呼吸需求，有效地延长了救生舱设置距离。 救生舱是矿山救援系统的重要组成部分，在灾变条件下成为井下的临时救援指挥中心，各个救生舱和永久避难硐室之间实现互联互通，形成防护系统的网络化。因此每个矿山救生舱设置不能完全相同，需根据矿山特点，分析灾变可能性类型、应急设置和救援体系、个人防护装备等多种因素，选择最优参数。 5、我国矿用救生舱应用建议 5.1供氧 压缩空气管道大部分采用生产与救生共用，由于生产和急救对管道的安全性要求不同，灾变时压缩空气管道输送可靠程度降低。国外较多矿山对救生舱压缩空气采用独立大口径输送方式。考虑我国矿山特点，建议将生产用压缩空气管道和救生专用压缩空气管道同时接入救生舱，配合气瓶供氧系统，使舱内具备三套供氧系统，可大幅度提高舱内供氧保障能力。 救生舱中必须配置一氧化碳、二氧化碳洗涤设施。二氧化碳前期具有刺激作用，使呼吸加深加快，达一定浓度后对呼吸由兴奋作用变为抑制作用，成为麻醉剂。在气密性极高的救生舱中，人在休息状态每天呼出二氧化碳约300L，造成救生舱内二氧化碳浓度急速升高，存在避险人员二次伤害风险。 目前业界对二氧化碳主要采取幕帘洗涤滤清、吸附技术等环保处理技术，可以完全将二氧化碳完全处理，不产生二次污染。个别矿山采用手摇风机气体交换手段也完全实现了有害气体处理问题。救生舱研发和生产需综合考虑供氧系统安全可靠性问题和气体交换系统配置。 5.2通讯 救生舱在设计上宜强化通讯系统，作为灾变、救生信息向外主动传递的唯一系统，失去地表救援系统支持，避灾失败机率大幅度增加，其可靠性是决定避灾与救生成功的关键因素。目前国内大部分矿山仍依赖有线电话系统，在灾变期间，可靠性不足。煎茶岭金矿在救生舱投用的同时，为井下建设一套无线泄露通讯系统，将通讯终端引入救生舱，取得了良好的效果。 目前无线通讯技术已相当成熟，有多种先进的“透地通讯”方式可供矿山选择使用，建议将无线通讯系统做为救生舱通讯的标准配置。 5.3气体和压力监测舱内外气体、压力监测仪器等设备配置，显示装置均安装在舱体内。矿井所特有的灾变环境能够监测空间内外环境状况。矿井气体监控设施，在设计上配备巷道内气体、温度、压力等参数的检测系统，生命维持系统、环境控制系统以及必要的保护结构。5。4舱内供电 供电分有源和无源两种模式，外部供电驱动相对脆弱，目前国内外研究趋向无动力供给模式。在井下灾害事故发生导致电力系统破坏的情况下，生命保障系统、检测系统、通讯系统、降温装置、化学卫生间的正常运行采用低温锂电池组、铅酸电池组在救生舱使用方面应重点研究。 5.5移动性 由于救生舱抗压、抗爆等特殊需要，硬体救生舱基本为钢板铠装制造，需要根据施工条件和覆盖范围及时调整设置位置，一般平硐、立井或斜井具备设置必要性，因此移动性极为关键，这就要求救生舱体积小、重量轻以适合搬运，具备拖曳部件，无需在井下拆卸与组装实现整体移动，对舱体强度和气密性均能得到最大保护，降低井下作业成本并保证井下生产安全。根据文献报道，适宜我国使用的救生舱尺寸为长3．8m、宽1．5m、高1．5m。我国有轨矿山居多，巷道断面偏小，整体搬运和移动救生舱较为困难，分体组装较适宜我国需要，但是安装气密性问题需要考虑。 煎茶岭金矿为无轨矿山，采掘作业全部使用大型铲运设备，在救生舱搬运中一般使用大型铲运机整体搬运，不受救生舱的外形尺寸和重量局限。有条件的矿山应根据设备条件，选用适宜本矿山井下搬运、移动的救生舱，防止造成救生舱无法人坑或者失去移动性，降低救生舱覆盖范围的风险。 5.6救生时间 救生舱保障96h避灾需要，这一数据来源于美国矿业惯例，国际目前普遍选用此时间做为通行标准。在煎茶岭金矿应用实践中认为，此时间应延长至170h，首先基于人的极限生理生存时间远大于96h，其次是两种供氧系统完全可以达到延长救生时间的功能。建议将救生舱救生时间适当延长。 矿用救生舱是矿工生命安全的重要保障设置，供氧、通讯是两个应采取最为可靠的措施和技术，至少同时具备两套系统是至关重要的。对于其硬件配置，国家相应规范已做了明确规定，但是救生舱的维护、使用管理还需要根据矿山自身特点制定详细的标准，制定简明、易懂的使用说明和操作步骤，加强人坑人员的安全培训并定期演练，才能使救生舱的所有功能在灾变时顺利启动，达到避险救灾的目的。