煤矿井下紧急避险系统的国内外发展

煤矿井下紧急避险系统的国内外发展

常悦  栗继祖

（太原理工大学,山西省太原,030024）

摘要: 煤矿开采作为高危行业,其井下紧急救援系统是矿工的生命之舟。文章分析了国内的政策环境,指出“六大系统”建设势在必行,作为核心内容的紧急避险系统建设也在有条不紊的进行着。针对我国建设煤矿井下紧急避险系统的现状以及现有紧急避险方式的局限性,借鉴美国、加拿大、南非等矿业发达国家的成熟经验,提出了我国在避险系统建设的措施建议。同时根据紧急避险系统的功能与组成,分析了这一系统的研究趋势,从而完善我国的紧急避险系统建设,提高救援能力。

关键词：紧急避险；避难硐室；自救器；移动式救生舱

中图分类号: TD7       文献标识码: A

Study on the status of the emergency refuge system at home and abroad

CHANG YUE   LI JI ZU

（Taiyuan University of Technology,Taiyuan, Shanxi Province,030024 ）

Abstract: Mining as a high-risk Industry,Mine rescue facilities are the lives of miners rescue boat．The paper had an analysis on the domestic policy environment and pointed out that "the six systems" is necessary to build.As the core content,the emergency refuge system in the Underground is in the building in an orderly．In view of the construction of the status at home and abroad,by learning from mature experience of America,Canada,South Africa,etc,proposals are put forward in this article to strengthen the Rescue capability．According to the functions and composition of the emergency refuge system,The paper had an analysis on the research trends,In this way,the consciousness,ability and quality of emergency can be strengthened to deal with all types of Mine accidents.

Key words: emergency refuge; refuge chamber; self rescuer; mobile refuge cabin

 

0 引言

煤矿企业的安全生产是关系民生的重大问题,国内重大安全事故多发生在煤矿。要降低安全事故的发生,一方面要通过事前的预防工作主动降低灾害事故发生的概率,另一方面要在事故不能完全杜绝的情况下,积极建设能够降低灾害事故损失、减小人员伤亡的煤矿紧急避险系统。它作为六大体系的核心[1]和救援体系的强大后盾必将会是今后煤炭行业关注的焦点。

1 紧急避险系统的功能与组成

煤矿紧急避险系统指的是在矿山井下发生煤与瓦斯突出、火灾、爆炸等灾变事故后,在逃生路径被阻和逃生不能的情况下,为避灾人员安全避险提供生命保障的由避灾路线、紧急避险设施、设备和措施组成的有机整体[2]。它作为救援系统的一部分,在矿难发生后,为遇险矿工提供一个安全且密闭的环境,对外这个环境能够隔离烟气及燃烧产生的有害气体,对内它能够提供食物、水、氧气等,为遇险人员提供活下去的必要环境,延长救援时间,提高救援率[3]。所谓紧急避险设施就是在矿山井下发生灾变时,为避灾人员安全避险提供生命保障的密闭空间,具有安全防护、氧气供给、有毒有害气体处理、通讯、照明等基本功能,主要包括避灾硐室和救生舱。

目前对于煤矿紧急避险系统的研究大同小异,比较权威的一种是三级安全紧急避险系统[4]。系统第一级是自救器,所谓自救器是矿工随身佩带的,在遇到环境中存在有毒有害气体、缺氧或无氧的情况下快速佩带、迅速逃生的一种呼吸保护仪器,是下井人员必须佩带的一种安全装备[5]。近几年的矿难救援中,隔离式自救器为救援作出了巨大贡献,为此,我国一直在努力研制有效使用时间更长的隔离式自救器。系统的第二级是移动式救生舱,它设置在各采掘工作面一定范围内( 自救器有效逃生距离 ) 或作业人员比较集中的固定地点,为遇险矿工提供避险空间和生存条件,并可通过牵引、吊装等方式实现移动,以适应采掘作业要求的避险设施,其主要特点就是能够移动,根据需要随着工作地点的变化定期移动,其材质可分为硬体式和软体式两种。硬体式救生舱用钢材等硬质材料制成一体式、分节组装式等类型。软体式救生舱分为软体式和组合式，主要是采用阻燃、抗静电、耐高温帆布等软质材料制造，在突发紧急情况下依靠快速（几十秒至几分钟）自动充气膨胀架设。可移动式救生舱是我国目前研究的重点和热点。安全紧急避险系统的第三级是永久安全避险硐室, 永久避难硐室通常设置在井底车场、水平大巷、采区避灾路线上,利用贯穿岩层直达地表的大直径钻孔持续地输送空气,并实现通信,它服务于整个矿井、水平或采区,服务年限一般不低于5 年。一般情况下,矿井发生险情,矿井内部供水供电通风等保障系统被破坏后,矿工逃生到永久安全避险硐室后,能够依靠永久安全避险硐室内配置的自身安全保障储备系统,可以维持96h 的生存基本需求,在没有逃生的条件下等待救援[6]。

2  国内关于紧急避险系统的建设现状

2.1 国内政策环境

我国政府、国家相关管理部门首次将安全生产关键技术和装备纳入国家科学技术领域支持范围和国家“十二五”规划[7-8]。2010年5月19日,国家安全生产监督管理总局副局长、国家煤矿安全监察局局长赵铁锤在山西长治表示,我国将在全国煤矿建立完善包括井下紧急避险系统在内的六大系统,达到“设施完备、系统可靠、管理到位、运转有序”。同年7月19日,国务院印发《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发〔2010〕23 号),将紧急避险系统的研发和制造作为安全产业加以培育,纳入国家振兴装备制造业的政策支持范畴,并要求2013年前建设六大系统,8月国家安全监管总局、国家煤矿安监局下发了《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》,明确提出至2013年6月底,我国将完成六大系统的建设。2011年1月25日,国家安全监管总局、国家煤矿安监局印发了《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》。

2.2 系统主体结构研发情况

    目前，我国关于井下紧急避险系统的研究重点是救生舱，国家安全监管总局、国家煤矿安监局将救生舱研究列入国家“十一五”科技支撑计划，目前超过20家单位从事相关产品研发。我国在研发阶段具有起点高，资料丰富和可借鉴吸纳国外先进技术的优势，同时不容忽视的问题是，我国对于此项技术的研发仍处在探索初期，技术引进和相关领域技术还处于组装、仿造、借用阶段，大部分救生舱未经实践检验，还有待根据结果进行优化调整并建立产品标准和设计、安装、使用、维护、管理规范[2]。

尽管研发的道路上困难重重，但是近几年还是取得的不小的成就。如矿用可移动式救生舱首个样舱由河南中平能化集团机械制造有限公司研发并制造，经检验该样舱可满足10人至少96 h的生存保障；陕西重生矿业科技有限公司于2008年10月对可移动式救生舱的耐温性能进行研究试验，得到持续承受不低于260℃高温环境下舱内温度可控的满意结果，在2009年3月完成承受瓦斯、煤尘爆炸试验；无锡宝神矿用设备科技有限公司在2010年初，完成6人120小时生存试验以及CO极限试验，各项指标满足要求[9]。总之以北京科技大学作为科研基地、潞安集团作为实验基地、陕西重生科技开发公司作为生产制造基地的集科研、实验、生产“三位一体”的研发格局基本形成。

2.3 国内建设概况

对井下紧急避险系统的建设,依照国家有关要求,各省市根据实际情况稳步推进,取得了积极进展。如 2011年,山西省加快推进井下安全避险“六大系统”和应急救援体系建设,将潞安常村、同煤塔山等7座煤矿建设为全省紧急避险系统先行示范矿；吉林省在通化矿业集团松树镇煤矿、八宝煤矿等2个矿井开展省属国有煤矿紧急避险系统建设试点工作,在珲春市吉春煤矿、金山矿业板石一井等2个矿井进行小煤矿的紧急避险系统建设试点工作；湖南省安监局对全省涉矿场所进行清查, 规定煤矿建设与生产必须修建“避难设施”；云南省安监局表示,该省将在规定期限内,对各类地下矿山安装使用安全避险“六大系统”, 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；陕西省在部分煤矿进行救生舱试验。在矿山企业加快建设步伐的同时许多科研机构也进行了相关研究,目前国内已经有数十家企业和部分高校共同研究紧急避险系统,也开展了矿用可移动式救生舱、永久避难硐室等紧急避险技术和装备的研究,加强了煤矿井下通信系统、压风系统以及防尘供水系统的建设[10]。　　

2.4 建设过程中出现的问题

1）国内关于紧急避险系统的结构及目标能力没有统一标准,虽然关于紧急避险系统的建设已经出台了相关文件,但是毕竟没有以立法形式强制实施,把企业行为上升到法律行为,所以在缺少立法支持的条件下,很多企业在利益的驱使下,会在避险系统的建设上偷工减料只做表面文章,将导致建设成果低于期望值。

2）虽然国家对六大系统建设颁布了相关规定,但是在实际操作中,紧急避险系统目前的建设情况是相对独立的,并没有与监测监控、人员定位、压风自救等现有安防系统相结合。这一情况应该引起足够重视,这样才能更好的指导紧急避险系统的建设,打造新型完善的救援体系。

3）目前在紧急避险系统的建设方面主要关注各种新型避险设施的研发,对于加强煤矿的安全教育,普及矿工的自救意识和关于避险设施概念与使用、自救器使用、避险标识识别等方面的培训做得不够到位。

4）在建设中对于逃生避险路线的选择和避难硐室位置设置等问题考虑还不够全面,关于危险源辨识和风险评估等概念没有更好的融入到建设中。

3 国外矿井紧急避险系统建设情况

世界各国对煤矿事故救援工作都很重视,澳大利亚、南非、加拿大、美国等国家研究井下紧急避险理论较早。他们研究的核心是为灾害事故发生后遇灾人员无法及时撤离或避险路线被阻时提供一个安全的避难场所,延长救援时间。

首先,在避难场所建设方面,国外主要采用三种类型,包括永久性固定避难所,临时性固定避难所和可移动式救生舱。在救生舱的选用方面各国各有不同,如救生舱电源,美国和澳大利亚倾向于非煤有源,南非则多采用铅酸蓄电池,供氧方面南非多采用化学氧,美国和澳大利亚等国多采用压缩氧,各国关于仓体强度,防护时间等问题也作出了不同的规定。

其次,国外在避难硐室的使用方面较为完善,加拿大、南非、澳大利亚、印度、英国和日本等国都在使用安全硐室, 其中, 加拿大和南非使用安全硐室历史最为悠久。加拿大在安全硐室的早期应用中就利用压缩空气为面具提供O2，但是却没有设置CO2的吸收系统,直到后期才出现了能够清除CO和CO2的空气清理系统。到20世纪80年代时,在立法的支持下,安全硐室的使用已经覆盖了加拿大的大部分矿井[11]。目前加拿大煤矿多采用固定与可移动相结合的方式，固定硐室与救生舱的比例约为1:5，其中可移动式救生舱以硬体为主，软体应用较少。南非从20 世纪70 年代就出现了安全硐室,尤其是在1986年的Kinross金矿矿难发生后, 南非政府以立法形式规定所有矿井必须设立安全硐室。由于南非的煤矿开采深度较浅, 一般不超过300m, 所以南非的煤矿安全硐室一般采用钻孔通到地表, 以这种方式提供新鲜空气、饮用水和食物等。2000年以来,澳大利亚的金属矿一直采用可移动式安全硐室,煤矿较多使用“空气呼吸器＋加气站”方式的可移动式救生舱来提高续航能力。美国初期在井下利用水泥建造避难隔离墙,或在巷道顶板和两帮上悬挂隔离屏障形成隔离空间,这一原始避险理论持续了一个多世纪[12],近几年,随着民众对安全问题的重视,美国矿山安全与健康监察局提出3 种井下紧急避险技术标准,突出避难硐室 和应急通信在避险救援中的作用,要求加强避难技能培训,提高矿工的救助率[13]。此外, 印度、英国、日本和法国也在应用和研究安全硐室。

4 紧急避险系统主要发展趋势

目前关于紧急避险系统的研究有很多方面,下面介绍两个主要方向。

 1)对紧急避险系统进行模型设计。紧急避险系统作为应急救援体系的关键部分,在设计和建设过程中应该把所有可能出现的问题都考虑进去,目前国内相关高校从事这方面研究,以紧急避险系统为基础,打造“感知－ 避险－ 救援”这一新型救援模式,并根据矿井的具体特点进行模型模拟,分析各种危险源,得出一个模拟结果,可以根据结果中遇灾人员最关注往哪里逃、怎样与地面联系、能否升井这些问题的答案设计逃生路线和避难硐室的位置并为避险预警方案、基于避险系统的培训演练做准备[14]。

2）从紧急避险系统的几个组成部分入手,各个击破逐步完善。目前关于紧急避险系统的各个部分国内均有研究,如从遇难矿工戴着过滤式自救器死亡这一点展开对隔离式自救器和压缩氧自救器的研究；根据自救器所能提供的额定防护时间内,和逃生路线设置避难硐室并在避难硐室内设置压缩氧自救器,供遇险人员更换,保证遇险人员能安全撤至地面的相关研究等等。

5 紧急避险系统建设的相关建议

1） 不能把紧急避险系统过于神话,它并不是万能的,其功能的发挥受到多方面因素的制约,系统发挥作用的前提是遇险人员有必要的条件、时间和能力使用避险设施,避险设施时刻处于完好备用状态,其次是紧急避险系统的建设能够有效的与监测监控系统,通信联络系统,人员定位系统等有机结合,这样才能提高救助率。

2） 紧急避险系统的建设不能一概而论,应该根据煤矿的自身特点,地质环境,开采方式,采掘布局,综合考虑井下巷道系统范围和生产区域的特点而建设，避险方式要因地制宜，以满足矿工在突发紧急情况下的避险需要为原则。如固定式避难硐室，根据采掘深度确定供氧方式：采掘深度较浅时，为硐室开凿直通地表的大直径钻孔（孔直径60～200mm），设置两道风门结构形成风障，这样在灾害发生时能够从地面直接通过专用压风机向避难硐室压风；对于深采掘区，则采用自备氧式，在硐室内自备能够提供一定时间的化学氧或压缩氧的供氧设施。总体来讲，要在有针对性的研究基础上科学选择避险设施类型,紧密结合生产需求实际,做到可靠、适用、有效,既要满足现实、又要兼顾长远。

3）合理选择避险设施建造的位置。避险设施应设置在正常避灾路线上,遇险人员、救护队员均能到第一时间到达。在选择位置时应该充分考虑各种突发情况,做好应急预案,使得井下紧急避险系统最大可能的发挥作用。如对于避难硐室的设置方式，就可以进行模拟试验，根据结果确定避难硐室是在巷道旁侧建立还是两条巷道之间建立，又或者是在工作面之间建立还是预留专用煤柱建立。

4）定期对紧急避险设施进行维护和管理。每年对避险设施进行1次系统性的功能测试，包括气密性、电源、供氧、有害气体处理等。经检查发现避险设施不能正常使用时，应及时维护处理。采掘区域的避险设施不能正常使用时，应停止采掘作业。同时企业应建立紧急避险设施的技术档案，准确记录紧急避险设施安装、使用、维护、配件配品更换等相关信息。

5） 在管理上，各大中小型煤矿应该树立本质安全的意识,将紧急避险相关内容纳入重大事故应急预案、矿井灾害预防与处理计划、采区设计和作业规中去,使井下紧急避险系统有效的融入到煤矿安全管理体系。在实施方面，煤矿企业要对入井人员进行安全培训，包括紧急避险系统的构造，紧急避险设施的使用方法和安全避险常识等相关内容，若遇到人员调整，应当及时进行再培训；煤矿企业要开展紧急避险应急演练，建立应急演练档案，并及时将相关情况上报县级以上煤矿安全监管部门。

6 结语

本文介绍了我国关于煤矿井下紧急避险系统的相关政策和地方的建设情况,并提出了建设中存在的相关问题,在探索国内现状的同时介绍了矿业发达国家在井下紧急避险系统的建设情况。同时文章具体阐述了煤矿紧急避险系统的功能和组成以及我国在在紧急避险系统的研究趋势,并根据我国国情提出了相关建议。

 

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作者简介

第一作者：常悦(1987-06-22),女,汉族，河北秦皇岛人,太原理工大学安全工程专业2009级硕士研究生,研究方向,安全技术及工程。Tel：15135155787，E-mail：changyue527@163.com。

通讯作者：栗继组（1966-11-07,男,汉族，山西太原人,现太原理工大学教授,研究方向：煤矿安全管理学。Tel：13303511241，E-mail：lijizu@tyut.edu.cn。