煤矿避难硐室

煤矿避难硐室（精选9篇）

煤矿避难硐室 篇1

0引言

煤矿避难硐室是能在煤矿发生灾害事故时为被困遇险人员提供96 h以上安全生存保障条件的煤矿井下专用巷道硐室[1]。由于避难硐室具有一定的密闭性,避灾时人员代谢产生的CO2,CO等气体可能引起硐室内空气质量变化,威胁人员安全。因此,需采取措施使各种气体成分维持合理的浓度范围[2]。《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》( 以下简称《暂行规定》) 要求,紧急避险设施内部环境中CO2体积分数不大于1. 0% ,CO体积分数不大于0. 002 4% 。

煤矿避难硐室空气净化方式主要有固体吸收净化和压风稀释净化。针对固体吸收净化方式,近年来国内开展了许多研究,研究内容涉及吸收剂类型、 吸收剂形状、净化装置结构参数及动力方式、净化装置布局等方面,已研制出以电动、气动、手摇、脚踏等方式为动力,适用于避难硐室的多种类型的空气净化装置,形成了合理的避难硐室空气净化装置布局方式[3,4,5,6]。压风稀释净化利用煤矿井下压风管路或地面钻孔供风管路为避难硐室提供压风,稀释室内有害气体浓度以达到净化目的。《暂行规定》要求, 接入煤矿紧急避险设施内的矿井压风管路的压风出口压力在0. 1 ~ 0. 3 MPa之间,供风量不 低于0. 3 m3/ ( min·人) ,连续噪声不大于70 d B。对此规定,业界普遍认为0. 3 m3/ ( min·人) 的供风量要求过大,对于人员较多的避难硐室,矿井原有压风供气系统难以实现,且噪声控制困难。文献[7-8]通过理论计算及试验认为人均供风量为100 L/min满足硐室空气净化要求,并通过载人试验确定供风量为250 m3/ h可满足容纳100人的避难硐室内空气净化要求,但对出风口的布局缺乏深入研究。本文通过试验研究确定满足避难硐室空气净化要求的最小供风量及出风口的合理布局方式,为《暂行规定》的完善及避难硐室建设标准制定提供参考。

1理论分析

对于避难硐室生存室内的某类有害气体成分, 若无净化措施,则根据物质守恒定律,该气体的浓度c( τ) 随避灾时间 τ 的变化表达式为

式中: c0为有害气体初始浓度; n为生存室避灾人数; v为人均有害气体产生速率,L/s; V为生存室内体积,m3。

若存在净化措施,则根据物质守恒定律,该气体的浓度随时间变化表达式为

式中: q为硐室内净化风量,m3/ s; cp( τ) 为排风口有害气体浓度; cs( τ) 为送风口有害气体浓度。

排风口气流来源于硐室内,因此可近似认为排风口有害气体浓度与硐室生存室内有害气体平均浓度相同,即cp( τ) = c( τ) 。通过求解微分方程可得

文献[3]通过分析避灾过程人体代谢产生的有害气体类型及释放速率,计算得出在无净化措施情况下,遇险人员在避难硐室生存室96 h避灾过程中人体代谢产生的CO,NH3,H2S,CH4等有害气体浓度不会超过人体耐受的临界浓度范围,可不必采取净化措施,避难硐室生存室内需要净化的人体代谢产生的有害气体成分主要为CO2。采用管路压风稀释净化避难硐室生存室内的CO2时,压风中的CO2浓度与新鲜空气中的CO2浓度相同,可近似认为压风中CO2体积分数为0. 03% 。因此,可将式( 3) 简化为

2试验环境及过程

2.1试验环境

试验在避难硐室生存室进行。生存室尺寸为20 m × 4 m × 3 m( 长 × 宽 × 高) ,生存室长通道两侧各有3个出风口,相邻出风口间距4. 8 m,每个出风口前均有阀门控制,由安装在总管路上的阀门、压力表、涡街流量计控制供风量。采用高压CO2气瓶及分布在两侧的弥散供气管路模拟人体释放CO2,通过电加热型CO2减压阀控制流量。

2.2传感器布置及数据保存

通过7台红外CO2传感器监测生存室内CO2浓度,CO2传感器安装高度见表1。监测数据通过软件平台每隔1 min记录保存1次。传感器及供气管路布局如图1所示,其中1—7为1—7号传感器,C1—C6为出风口。

cm

2.3试验工况

《暂行规定》中要求,避险设施内处理CO2的能力不低于0. 5 L/( min·人) 。基于硐室生存室尺寸条件,结合7种试验工况( 表2) ,模拟容纳50人的避难硐室内压风净化情况,验证式( 4) 的适用性,并得出满足避难硐室空气净化的最小供风量及出风口布局方式。

为缩减试验时间,通过弥散供气管路及风扇搅拌将室内CO2体积分数上升到1% 左右后,开启压风,并将CO2总流量调节为25 L/min,观察不同工况下室内CO2浓度变化情况。

2.4试验过程

1人员进入生存室,关闭硐室密闭门; 2打开传感器电源,确保传感器读数稳定上传至监控系统平台; 3将加热型CO2减压阀接上电源,打开所有CO2气瓶( 与弥散供气管路连接) ,将流量调到最大,使硐室内CO2浓度升高; 4打开生存室内两端风扇,搅拌空气; 5生存室内CO2体积分数平均值上升到1% 后,调节CO2减压阀使两侧的CO2流量分别为12,13 L/min; 6关闭两端风扇; 7打开压风供气管路上涡街流量计的电源开关,确保数值显示正常; 8外部人员打开空压机,并通知生存室内调试人员; 9关闭出风口控制阀门,开启供气管路上的总阀门,调节调压阀,使供风管内静压值调到0. 3 MPa; 10打开出风口的控制阀门与供气管路上的总阀门,调节总阀 门开启位 置使供气 流量在200 m3/ h左右,记录压风净化开始涡街流量计上的流量读数; 瑏瑡生存室CO2浓度相对稳定后( CO2体积分数连续1 h在1% 以上且无下降趋势) ,结束试验; 瑏瑢重复以上步骤,进行所有工况的试验。

3试验数据分析

3.1理论分析与实际风量净化效果比较

为检验式( 4) 的适用性,对工况1—工况3下的试验数据进行分析比较,给出工况1—工况3下CO2浓度随时间变化曲线分别如图2—图4所示。

从图2、图3可看出,在风扇搅拌作用下,供风量为450 m3/ h时,硐室内CO2体积分数 分布在0. 35% ~ 0. 40% ; 供风量为300 m3/ h时,硐室内CO2体积分数分布在0. 45% ~ 0. 50% 。这2种工况下,硐室内CO2浓度与式( 4) 计算结果相符。从图3、图4可看出,在供风量均为300 m3/ h情况下 ,硐室内有无风扇搅拌作用时的CO2浓度存在较大差异,无风扇搅拌时,硐室内CO2体积分数分布在0. 4% ~ 0. 8% ,不同监测点CO2浓度分布差异较大。 由此可判断,式( 4) 仅适用于供风量与CO2平均浓度之间的关系计算,而不能完全适用于硐室内无大功率风扇搅拌时的CO2浓度与供风量关系计算。

3.2硐室内CO2净化需风量分析

为得出满足硐室空气净化要求的人均供风量, 对工况4—工况6下的试验数据进行分析比较,3种工况下CO2浓度随时间变化曲线分别如图5—图7所示。

从图5可看出,供风量为250 m3/ h时,硐室内各监测点CO2体积分数 主要分布 在0. 75% ~ 1. 00% ,可将容纳50人的硐室内各监测点的CO2体积分数控制在1% 以下; 从图6、图7可看出,供风量为200 ~ 230 m3/ h时,硐室内各监测点CO2体积分数主要分布在0. 9% ~ 1. 3% ; 由图4可知,供风量为300 m3/ h时,硐室内各监测点CO2体积分数主要分布在0. 4% ~ 0. 8% 。因此,可判断人均供风量为84 L/min时,可满足将硐室内CO2体积分数控制在1% 以下的要求; 人均供风量为100 L/min时, 可将硐室内CO2体积分数控制在0. 8% 以下,达到良好的净化效果。

3.3出风口布局影响分析

为分析出风口布局对硐室内CO2净化效果的影响, 对供风量均为200 m3/ h的工况6、工况7进行比较,其中工况7下CO2浓度随时间变化曲线如图8所示。

对比图7、图8可看出,仅在硐室一侧布置1个出风口时,硐室内CO2浓度分布较不均匀,同一测点浓度波动较大,而分别在硐室两侧各布置1个出风口时,测点浓度比较稳定。

另外,对比图4、图6可看出,尽管工况3在供风量为300 m3/ h情况下达到的CO2浓度较工况5在供风量为230 m3/ h情况下达到的CO2浓度低, 但工况5中CO2体积分数最大值与最小值之差小于0. 35% ,而工况3中CO2体积分数最大值与最小值之差大于0. 45% 。

由此可判断出风口均匀分布在硐室两侧比分布在一侧能达到更好的净化效果,且出风口越多,硐室内气体浓度分布越均匀。

4结论

( 1) 推导了避难硐室内有害气体平均浓度随供风量变化的计算公式,并通过试验证明了该公式的适用性。

( 2) 通过模拟50人避灾时释放的CO2量及不同供风量 情况下的 净化效果,得出: 供风量为250 m3/ h( 即人均供风量为84 L / min) 时可将避难硐室内CO2体积分数控制在1. 0% 以下; 供风量为300 m3/ h( 即人均供风量为100 L / min) 时可将避难硐室内CO2体积分数控制在0. 8% 以下。

( 3) 避难硐室内仅布置1个出风口时,硐室内CO2浓度分布极不均匀; 出风口均匀布局在硐室两侧且出风口越多,硐室内CO2浓度分布越均匀。

煤矿避难硐室 篇2

为增强职工安全防范意识，有效提高职工使用避难硐室的操作能力、快速反应能力和应急处臵能力，强化应对突发矿井灾害事故的自救和抢险技能，检验避难硐室人员生存的可靠性，经矿研究，于2013年09月10日14：00——16：00，组织开展了矿井紧急避险应急演练活动，演练开展情况总结如下。

一、演练目的明确，人员组织积极主动性较高

整体演练策划、部署能够从矿井安全工作的实际出发，目的明确，力争做到演练与实际统一；从演练效果上，满足安全生产要求。此次演练单位为采一队，参演人数20人，演练现场，现场职工严格服从现场指挥的命令，严于律己，整装排队，积极参与，认真进行了演练的每一个环节，顺利完成了演练任务。

二、演练结果

（一）计划演练时间：2013年09月10日14：00——16：00；实际演练时间：2013年09月10日14：00——15：40

（二）演练地点：永久避难硐室

（三）演练项目：事故预想工作面9101运输顺槽发生火灾，首采工作面人员无法及时撤离，进入永久避难硐室避灾，对避难硐室内通讯、监控、人员定位、电力、照明、医疗及各类生命保障系统进行演练。

三、演练过程

（一）下达命令 1、14:00，调度室通过语音广播通知首采工作面9101运输顺槽作业人员，同时用生产电话通知综采一队值班人员。

调度员：首采工作面所有人员请注意，我是矿值班调度员司宏伟，首采工作面9101运输顺槽发生火灾，请立即停产作业，按避火灾路线撤离进入永久避难硐室避灾。

2、调度员向总指挥汇报朱晓东：我是矿值班调度员黄建文，紧急避险应急演练已按照预案启动，事故预想工作面2607机道运输顺槽发生火灾，工作面人员无法撤离，进入永久避难硐室避灾，已通知工作面参演人员按避火灾路线撤离进入永久避难硐室，请指示。

朱晓东：同意撤至永久避难硐室避灾，抓紧做好以下两项工作。（1）立即启动《宇业煤矿火灾事故应急救援预案》。（2）进入避难硐室时，不要慌乱，按照避难硐室操作规程进行操作。

（二）撤离进入避难硐室

1.14：30，综采一队队长孙俊华带领早班人员20人，佩戴好自救器，到达永久避难硐室门口。通过观察窗，查看是否有人，避免同时打开过渡室和生存硐室密封门。2.14:40，确认无人后，由队长孙俊华顺时针转动手柄，打开防护密闭门进入过渡硐室，压风气幕与防护密闭门联动，自动开启压风气幕。3.14:50，进入过渡硐室后，立即关闭防护密闭门，打开单向排气阀的手动控制阀。

4.14:55，开启压风喷淋装臵；开启压气气幕装臵，每次冲洗约30秒，完毕后关闭气阀阀门。

5,15:00，气幕冲洗结束后，打开生存硐室门，进入生存硐室后，立即关闭生存硐室门。

6,15:10，打开生存硐室的压风自救过滤装臵阀门，并将其流量设臵为0.3立方/每分钟〃人，总共20人，流量计风量设臵为每分钟6立方。关闭压风，假设在压风管路没有压风的情况下，打开氧气流量计（逆时针开大，顺时针为关小），并将其流量设臵为0.5升/每分钟〃人。总共20人，氧气流量计流量设臵为每分钟10升。

7.15:25观察硐室内监测传感器数值，假设一氧化碳浓度大于24ppm，取出相应的一氧化碳吸附剂，按照包装使用说明操作。操作无误完成后，取下配戴的自救器。

8.15:30，避难硐室内人员通过调度电话向矿调度室汇报情况。

综采一队队长汇报：我是综采一队队长孙俊华，首采工作面20人，已撤离至永久避难硐室，并按照操作规程进行了启动。调度员：进行下一步演习。

9.永久避难硐室避灾人员对硐室内配有的食品、饮用水、急救包、工具包、灭火器、45min隔离式自救器、应急照明荧光棒及担架等辅助装备进行熟悉操作。

（三）演习结束 1、15:35，采煤一队队长林凤军汇报：

我是采煤一队队长林凤军，已按照预案完成避难硐室所有科目演习，并对硐室内装备进行了复原。

2、调度员：请撤离避难硐室，并恢复门窗等设施。

3、调度员：报告朱矿长，截止15:40，紧急避险应急演练已完成所有科目演习，汇报完毕，请指示。

4、朱矿长：我宣布：宇业煤矿2013年紧急避险应急演练圆满结束。

四、演习主要特点

1、此次演习参演职工20人，组织得当，人员分工细致，检验了发生火灾、瓦斯、煤尘事故避难硐室的启动和硐室内设备操作的动手能力，整个演习按照预定计划进行，有条不紊，取得了圆满成功。

2、应急程序启动、硐室内设备操作、以及信息沟通、人员反应、组织配合等能够满足应急救援需要。

3、通过本次演习，进一步提高了职工在紧急状态下应变处臵能力和进入避难硐室后的操作能力，检验了避难硐室人员生存的可靠性。

五、演习存在的主要问题及整改措施

演习提高了职工的应急处臵能力和避难硐室的使用操作能力，但是也暴露出一些问题和不足。

1、个别参演职工对演练程序不熟悉，操作不到位，下一步要加大培训力度，确保所有下井职工熟练掌握避难硐室的使用方法。

2、此次演习是在提前制定方案、并预先下达了通知的前提下进行的，因此，演习离实战还有一定差距。

煤矿避难硐室热环境控制范围探讨 篇3

煤矿避难硐室内环境温、湿度控制范围还关系着避难硐室的建设成本。室内允许的温湿度越高,控制系统消耗功率越小,成本越低。另外,对于一些围岩初始温度较低的避难硐室,在96 h内环境温度上升范围可能并未超出人体在避灾期间能忍受的最高温度,可不配温度控制系统。

因此,确定避难硐室内允许的温、湿度最大范围,对避难硐室的功能实现和建设成本核算具有重要意义。

1 煤矿避难硐室热环境

热环境是指有高气温、强热辐射或高气湿与一般高气温这些因素单独存在或联合存在的空气环境［2］。

人在煤矿避难硐室内避灾时,人体代谢和设备运行产热,引起室内环境温度升高; 人体呼吸和汗液蒸发使硐室内环境相对湿度升高。我国正常成年男子坐姿休息或轻度活动时,CO2呼出速率为0. 22 ~0. 32 L / min,O2吸入速率0. 24 ~ 0. 38 L/min,代谢产生热率86 ~130 W,人体每蒸发1 g汗液带走2. 45 k J热量［3］,若代谢产热量全部通过汗液蒸发散出,则出汗量为2. 1 ~ 3. 2 g /min。正常情况下,人体每天通过呼吸道丧失的水分大约有200 ~ 400 g［4］; 在炎热季节,正常人每天出汗量约为1 L［5］。

煤矿避难硐室内的环境温度不仅与室内热源分布及功率相关,还与硐室围岩的物性参数、初始温度,以及硐室几何形状和室内空气流动相关。根据文献[6]对深埋地下建筑的划分与几何形状简化,可将煤矿避难硐室内的传热问题简化为当量圆柱体深埋地下密闭建筑传热模型。结合半无限大物体传热理论,可得表达式:

式中: r为硐室围岩当量半径,m; r0为硐室当量半径,m; τ 为传热时间,h; t( r,τ) 为 τ 时刻r处的岩体温度,℃; a为岩体热扩散系数,m2/ s; λ 为岩体导热系数,W/( m · K) ; q为壁面平均热流密度,W/m2,q =Q/A,其中Q为热源总热功率,A为硐室岩体总面积; t0为岩体初始温度,℃。

由式( 1) ~ ( 4) 可求解得到硐室壁面温度:

由牛顿冷却定律有:

由式( 5) ~ ( 6) 可求解得到硐室内空气温度:

避难硐室内空气与硐室岩体壁面的换热系数 α,可由以下公式计算［7］:

式中w为平均风速。

2 热环境的危害

人体与环境的热交换方式主要有对流换热、辐射换热、蒸发散热3 种。在热环境中,人体通过对流和辐射的散热量较少。根据上海第一医学院环境卫生组的研究结果,当气温在32 ℃ 以上时,人体出汗开始显著增加,当气温在33 ℃ 以上时,出汗几乎成为唯一的散热方式［8］。当人体散热量小于人体产热量时,未散出的热量将不断储存于人体内,引起体温随时间的变化而不断升高。

人体在非感染性病理发热的条件下,体温上升到37. 5 ℃时称为先兆中暑,会出现大量出汗、口渴、全身疲乏、头晕、胸闷、心悸、注意力不集中、动作不协调等症状; 体温上升到38. 5 ℃ 以上时称为轻症中暑,面色潮红、胸闷、皮肤灼热、有呼吸及循环衰竭的早期症状; 体温上升到40 ℃ 时称为体温过高,这会使人体的散热机制遭到破坏,同时使代谢率增高、产热量增加,形成过多的蓄热而损害血管收缩中枢,导致休克和外围血管收缩,造成更大的散热障碍,出现昏倒、痉挛、皮肤干旱等症状; 体温上升到42 ℃ 以上时,肌体组织开始受损; 体温上升到45 ℃ 时,将直接造成人员死亡［9］。

3 煤矿避难硐室环境温、湿度范围

目前,由安监总煤装发布的《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》中指出煤矿避难硐室内的环境温度不高于35 ℃,相对湿度不大于85%［10］。而实际生活中,在相对湿度85%、温度35 ℃环境中时,人体产热大于散热,体温将不断升高,人员并不能坚持96 h。根据GB 935—89《高温作业允许持续接触热时间限值》的规定,在湿度85% 、温度34 ~ 36 ℃环境中,人员从事轻度劳动的时间不得超过50 min;湿度85% 、温度30 ~ 32 ℃ 环境中,从事轻度劳动的时间不超过70 min。

3. 1 人体热平衡与热舒适

保持体温恒定是人类生存的基本要求之一。为了维持体温的基本恒定,人体总是持续不断地与外界进行热量交换,使体内产热量和人体散热量大致平衡。当体内产热改变或环境发生变化,正常的热平衡受到破坏时,人体将产生一系列的生理反应及行为动作来对抗这种干扰,以调节散热速率,维持体温平衡。根据热力学第一定律,人体产生的热量始终等于人体消耗的热量。人体的基本热平衡方程式如下［11］:

式中:S为人体蓄热率,W;M为人体能量代谢率,W;W为人体所做机械功,W。

体温是判断肌体热平衡是否受到破坏的最直接指标［8］。正常体温的相对稳定,是在体温体调节机构的控制下,产热和散热两个生理过程取得动态平衡的结果,表现为体温稳定于( 37±1) ℃的狭小范围内。在稳定的环境下,人体蓄热率S应该为0,这时人体能够保持能量平衡。

热舒适是指人体对热环境的主观热反应［8］。丹麦的Fanger教授在研究室内热环境基础上,提出了热舒适理论及热舒适方程式,得到了国际公认［12］。人在热环境中要感觉到热舒适,最基本、最主要的条件是人与环境达到热平衡,即S =0。

医学研究证明,在一般情况下,室内相对湿度为45% ~ 65% 、温度为20 ~ 25 ℃ 时,人的身体、思维皆处于良好状态,无论工作、休息都可收到较好的效果［13］。

3. 2 热环境中人体体温变化

日本学者三浦丰彦通过试验研究得出［2］,在环境温度为30 ~ 40 ℃、相对湿度为70% ~ 80% 的高温、高湿环境条件下,人员保持安静坐姿接触热环境持续2 h内,受试者肛门温度随时间延长而上升的情况如图1 所示。

通过图1 可以看出,人员连续保持2 h安静坐姿在相对湿度70% ~80% 的环境中,当环境温度为30 ℃时,肛门温度没有升高,即在此环境下,人体与环境能达到热平衡; 当环境温度上升至32 ℃ 时,人体肛门温度在缓慢升高,人与环境的热平衡遭到破坏,人体蓄热率S>0; 而当温度上升至34 ℃ 以上时,持续接触高温、高湿环境1 h后,肛门温度明显上升。同时,可以看出,环境温、湿度越高,肛门温度上升时间越早,并随热接触时间的延长而不断上升。

热环境中人体体温变化量与蓄热率的关系计算公式如下［14］:

式中: ΔT为平均体温升高值,℃; Δt为热接触时间,s; S为人体蓄热率,W; m为人的体重,kg; cp为人体比热容,3. 43 k J/( kg·K) 。

3. 3 热环境中人体热耐受

热耐受是指在热环境中人体耐受热作用的能力［2］。人在接触热环境的一定时间内,虽然出现热不舒适和生理应激紧张,但并未出现生理危象或生理功能受损,这一热耐受限度称为热耐受极限,或热耐受安全限度。通常以热耐受时间作为评价一个人热耐受能力的尺度。肛门温度、出汗率、心率等是评价人体热耐受上限的主要指标。Wenzel HG提出［15］,人体体表到达热耐受上限时,肛门温度达到38. 8 ℃ 、出汗速率达到1 L / h、心率达到170 次/ min。许多研究者根据大量的实验结果,将心率达到160 ~180 次/ min和肛门温度达到39. 0 ~ 39. 5 ℃ 定为终止热环境接触的判断指标。

在干燥的热环境中,对于着装的健康成年男子,卡拉尼( Cranee) 推荐了温度与极限忍受时间的关系式［16］:

式中: t为时间,min; θ 为空气温度,℃; B1为常数,可取1; B2为常数,可取0。

根据该关系式,人体在温度35 ℃ 的干燥热环境中,极限忍受时间为18 h; 在32 ℃的干燥热环境中,极限忍受时间为25 h。

但这一关系式并未考虑空气湿度对人体耐受时间的影响。当湿度增大时,人的极限忍受时间将减少。需考虑环境湿度对B2进行修正。

Jenning通过实验证明,气温在20 ~ 25 ℃ 内,相对湿度在30% ~ 85% 内变动时几乎不会被察觉,只有当空气接近饱和状态时,才能明显地感觉到皮肤潮湿。

Green通过实验证明,在25 ℃ 以上的热舒适区域内,相对湿度从30% 增加到70% ,其温热感觉的变化仅相当于气温增加1 ℃。

环境温度高于30 ℃ 的热环境中,相对湿度在40% ~ 85% 内每增加10% ,对肌体带来的热影响,相当于环境温度增加1. 0 ~ 1. 5 ℃［16－17］。

正常成年男子处于坐姿状态时,在风速0. 25 ~0. 40 m / s的环境中,常用的人体生理耐力指标及其限值如图2 所示［2］。通过图2 可以看出,在热环境中,环境温度和湿度是影响人体热耐受的主要因素。环境温度和相对湿度越高,人的耐热时间越短,反之,热耐受时间则越长。在冷耐力限区和舒适区内,空气湿度的影响比较轻微; 而在热环境中空气相对湿度对人体的热耐受能力则有比较显著的影响。另外,通过图2 还可以看出,在相对湿度为70% ~80% 、温度为32 ℃ 的热环境中,人员保持坐姿休息仅能停留12 h左右。

3. 4 煤矿避难硐室内的温、湿度范围

相对湿度保持在40% ~ 70% 时,人体可以保证蒸发过程的稳定［18］。

煤矿避难硐室内应尽可能维持环境相对湿度在40% ~ 70% ,温度30 ℃ 以下; 当硐室内相对湿度在80% 以上时,环境温度在32 ℃ 及以上的时间不应超过12 h。

4 结语

1) 分析了煤矿避难硐室内热环境的形成机理,推导出无降温措施时硐室内环境温度的变化规律。

2) 结合人体热舒适与热耐受能力,提出避难硐室内环境应维持相对湿度30% ~ 70% 、温度30 ℃以下,而当相对湿度大于80% 时,环境温度32 ℃ 及以上的时间不应超出12 h。

摘要：针对人员在煤矿避难硐室内96 h避灾过程中环境温湿度对人体安全的影响,分析了避难硐室内热环境形成原因,推导出硐室内环境升温规律,介绍了热环境对人体引发的危害,并深入分析人在热环境中的热耐受能力,提出在避灾过程中,避难硐室内环境湿度70%~80%、温度32℃以上时,避灾人员对硐室热环境热耐受的安全时间不超过12 h。研究结果对确定煤矿避难硐室与其他受限空间的温湿度控制范围具有一定的参考作用。

煤矿避难硐室 篇4

2013紧急避险应急救援预案演练总结报告

鹤济王屋山煤业公司 二0一三年一月二十三日

第一章 矿井避难硐室概况及矿井瓦斯煤尘情况

第一节 矿井避难硐室概况

一、避难硐室概况

王屋山煤业公司避难硐室，位于西进风巷和11011边切眼两巷之间，总工程量为75m，断面：3.6×3m半圆拱，设计容纳避险人数80人，主要保护整个矿井井下作业人员。

第二章 演练目的及方案制定

第一节 演练目的

1、检验井下西总回风发生冒顶事故后，遇险人员佩戴自救器，在额定防护时间内（30分钟）撤离灾区，避灾路线受阻，无法正常升井，人员撤入避难硐室保证安全避险。

2、检验避难硐室内的监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通信联络等系统是否运行正常，安全防护、氧气供给保障、有害气体去除、温湿度控制、环境监测、通讯、照明、人员生存保障等基本功能。

3、避难硐室在无任何外界支持的情况下，单靠避难硐室的设施维持生存时间，为应急救援创造条件、赢得时间。

第二节 演练方案制定

紧急避险应急救援方案演练涉及面广，专业性强，制定了包括演练时间、假设瓦斯煤尘事故突发地点、目的、组织机构、组织分工、工作要求、井下各地点撤人路线、安全技术措施等方面。

第三章 演练前的准备工作

第一节 演练方案的贯彻学习

1月24日在调度会议室，由总工程师张满圈组织召开了紧急避险演练专题会议特要求制定方案，矿副总工程师以上领导及生产科、安检科、通风科、机运科、调度室等有关科室领导参加，由安检科拟定了演练方案，并组织讨论，在充分讨论修改之后，归纳了各方面意见，强调以下几点： 1、1月24日8点班在演练开始前，各单位必须按本班作业计划要求开展工作。

2、井下各岗位工未接到指挥部演习撤人命令，仍在现场交接班。

3、矿紧急避险事故应急救援小组成员接到通知后必须在10分钟内迅速到矿调度室集合待命，由指挥长下达井下撤人及其他应急救援工作。

4、井下各工作地点接到事故通知后，按避灾路线进行撤人，并及时向矿调度汇报本单位撤入避难硐室人数、人员情况、状态、避难硐室设施情况。

5、在撤人同时，由跟班人员安排本单位职工按响人员定位报警仪的报警按钮，矿调度人员负责接收信号，检验人员定位效果。

6、在井下人员撤到避难硐室，矿指挥部通过视频下达相关指令，并安排测试避难硐室内设备功能。

7、各单位跟班人员向矿调度汇报人员状况、人数，避

难硐室管理人员每隔一个小时向矿调度汇报硐室内人员、室内监测监控参数。

8、同时矿灯房也向矿调度室汇报升井人员交灯情况，并由调度室对井下人员定位情况进行查询，做到“三对照”。

9、演练结束后，把演练过程实施情况汇总交演练指挥部。10、2013年1月24日调度会，由安检科科长程宾贯彻紧急避险演练方案及安全技术措施。11、1月24日早碰头会，各单位要做好演习准备，布置好演练准备工作，安检科要及时收集演练后的资料汇总、撰写急避险演练总结报告；安检科要对演练现场进行评估，演练结束后写出评估报告。程宾强调，演习方案、措施各单位要组织学习并进行签字。

第二节 演练前准备工作

一、演练前的准备工作

1、井下各单位必须在1月24日前由本单位技术员认真向全队职工贯彻矿井急避险演练救援预案，学习自救器、定位仪、避难硐室设施的使用知识并签字备查；

2、安检科在井下巷道设置瓦斯煤尘事故避灾路线标志牌。3、1月24日8点班井下各单位工作地点必须放专人看守电话。

4、零散作业人员区队值班必须掌握其准确工作地点。

5、矿紧急避险救援小组成员接到通知后必须在10分钟内迅速到矿调度室集合待命，由指挥长下达井下撤人及其他应

急救援工作。6、1月24日8时30分左右，假设西回总回风巷冒顶事故地点跟班人员胡仁义向调度汇报发生事故，由矿井应紧急避险指挥部指挥长下达命令，启动矿井紧急避险应急救援预案，然后由调度员通知假设事故地点人员和其它生产地区人员撤离，按规定路线撤人。

7、撤人时由区队跟班干部带领，迅速将各地区停电闭锁，避险人员佩戴好自救器按避灾路线迅速撤离灾区，在自救器额定防护时间内，无法正常升井，避险到矿井避难硐室。

8、矿医务室要有2～5人的医护抢救小组，在急诊室待命，并备有一定的抢救备用设备、床位和药品。

9、供应科、综合办公室要备有加满燃油的车辆待命及足够的抢险物资。

10、机运科要成立保证供电系统的领导小组，并备有抢修的人员在本单位待命。

11、财劳科将井下未上井人员名单及升井人数做到三对照，将名单送矿调度一份。

12、各区队行政领导一把手是这次抢险任务的主要负责人，负责落实抢险小组传达的指令。

13、副井由保卫科安排，在井口维护秩序，井口附近20米的范围内拉警戒线，不得有闲杂人员围观、逗留。

14、机运科在演练前保证全矿井上、下供电系统通讯畅通，接到演练指挥部电话后从变电所切断各采、掘头面的动力电源。15、1月24日井下各单位值班人员从9：00开始向调度

汇报出勤人数及入井人数。

16、各单位值班人员必须在班前会要求每个下井人员必须佩带矿灯、自救器和定位仪（检查是否是自己矿灯）。

17、劳资科负责副井升井人数的统计工作，并与矿调度室随时通报升井人数。

18、机运科负责演习前将自救器重新检查，严禁发放不合格的自救器，将当班自救器发放数量和交还数量的统计工作并向矿调度室汇报。

19、通风科负责井下通风系统的调整及现场采取的应急措施。

20、演练开始后调度室一名人员进行演练记录，记录应记清演练开始时间、假设事故地点、升井人数、井下人员汇报情况及事故指挥部发布的救援命令情况，采取的措施等。

21、井上、下所有关键岗位（信号工、把钩工、绞车司机、安检员、瓦斯检查员、变电工等）都必须坚守工作岗位，接班人员不到位不得擅离工作岗位。

22、由掘进队跟班人员在1月24日8时30分左右负责向调度室汇报假设西总回风巷发生冒顶事故。

第四章 演练预案实施

第一节 演练预案启动、演练方案实施过程

2013年1月24日8时27分，掘进队跟班胡仁义汇报西总回风巷发生冒顶事故，由指挥部发出撤人指令。

矿紧急避险救援小组成员接到通知后必须在10分钟内迅速到矿调度室集合待命，由指挥长下达井下撤人及其他应急

救援工作。

8：28调度室 张守庆：通知矿五职矿长董汉民、杨玉保、王富强、王志国、来调度指挥救援抢险，并指示启动应急救援预案。并安排调度员、信息中心人员做好记录。

8：28调度室 张守庆：通知矿领导到指挥部（调度室）。8：28调度室 张守庆：通知通风副总肖玉涛到调度指挥。

8：28调度室 张守庆：通知地测副总葛云超到调度指挥。

8：28调度室 张守庆：通知跟班领导曲良铎组织井下灾区人员撤离。

8：28调度室 张守庆：通知各单位主要领导到调度室待命。

8：28矿董事长董汉民安排调度员立即通知井下各单位按避灾路线撤人。

8：29调度室 张守庆：通知掘进队跟班干部胡仁义西总回风发生冒顶，立即设备停电闭锁，带好自救器带领（指定）人员按本地区避灾路线撤离到矿井避难硐室。

8：30调度室 张守庆：通知采煤队11011工作面跟班干部赵发亮主西总回风发生冒顶，立即设备停电闭锁，带好自救器带领（指定）人员按本地区避灾路线撤离。

8：31调度室 张守庆：通知机运科跟班干部主范国东西总回风发生冒顶事故，立即设备停电闭锁，带好自救器带领零散作业（指定）人员按避灾路线撤离到矿井避难硐室。

8：33矿五职矿长先后到调度室，董事长董汉民要求井下人员在跟班干部带领下有序撤退，并通知安检科安检员将所有零散作业人员带好自救器撤离到矿避难硐室。

8：35董汉民指示启动避难硐室应急演练预案，并成立指挥部。

8：35调度室 张守庆：通知矿避难硐室管理人员关闭好避难硐室所有门，准备接避难人员。

8：36调度室 张守庆：通知医务室负责人带领医务队员，在医务室原地待命。

8：36调度室 张守庆：报公司调度鹤济王屋山煤业公司西总回风发生冒顶事故（矿避难硐室演练，正在组织抢救进行中）。

8：37调度室 张守庆：报救护队值班人员王屋山煤业公司西总回风发生冒顶，请求救援（矿避难硐室应急演练）。

8：40 机运科范国东等3人已安全到达矿避难硐室。8：40掘进队胡仁义等6人已安全到达矿避难硐室。8：41 采煤队赵发亮等10人已安全到达二水平避难硐室。

8：41 矿跟班领导曲良铎等5人已安全到达二水平避难硐室。

8：41 安检员等3人已安全到达二水平避难硐室。8：48 救护队报救护抢险人员已到达矿办公楼楼下。

8：49医务负责人报带领医务救援人员已在医务室待

命。

8：50调度室 章广来：问采煤队跟班干部赵发亮是否还有其他人员未集合。回答已到齐

8：55调度室 张守庆：问掘进队跟班干部胡仁义是否还有其他人员未集合。回答已到齐

8：55调度室 张守庆：问机运科干班干部范国东是否还有其他人员未集合。回答已到齐

9：08矿领导 曲良铎：报人员已全部撤到矿避难硐室，硐室共27人，避难硐室无有害气体，人员状态良好，无外伤，四道门已关闭一切正常。

9：10安检科安检员报人员已全部撤到二水平避难硐室，硐室共27人，避难硐室无有害气体，人员状态良好，无外伤，门已关闭一切都正常。

9：36调度室 张守庆：问避难硐室所有门密闭、气压、温度、湿度、各种系统使用情况，管理人员汇报门密闭严，各种系统使用都正常无事。

9：49矿领导 曲浪铎：报一切正常，氧气20.7%、一氧化碳0ppm、二氧化碳0.25%、湿度78%、瓦斯0、压力1010mp、温度21.3℃。

9：50指挥长安排停一下避难硐室内的电看反应情况。

9：55矿领导 曲浪铎：报硐室停电了，问这么回事，调度员说正在落实停电原因，让曲矿长给大家说不要紧张，讲清楚，让大家情绪稳定。

10：00王玉强报电已送到，是否可以送电，指挥长说避难硐室内无事可以送电。

10：01调度室 张守庆： 安排避难硐室管理人员正常可以送电。

10：03王玉强报电已送到，是否可以送电。

10:03矿领导 曲良铎：避难硐室内有电了，刚停电时都正常，没有变化，人员情绪稳定。

10:06调度室 张守庆：问曲矿长停电时硐室内人员开灯情况，杨总说有几个工作人员在停电时使用矿灯，其它人员都没开灯。

10:30矿领导 指挥长：安排让曲矿长汇报硐室内各种数据有无变化等情况，一小时汇报一次，监测数据。

10:31调度室 张守庆：安排避难硐室曲矿长一小时汇报一次各种设施使用情况和数据。

10:50矿领导 曲矿长：报一氧化碳0%；氧气20.5%；二氧化碳0.34%；湿度78%；瓦斯0%；压力1015 mp；温度21.3℃。

10:53矿领导 指挥长：假定避难硐室内温度40℃ 10:53调度室 张守庆：通知曲矿长避难硐室内温度40℃，需要开空调降温。

11:03矿领导 曲矿长：报空调一台开起来一台使用正常，指挥长指示两台空调都开起来。

11:05矿领导 曲矿长：报第二台空调开起来了，两台

空调都正常。

11:13矿领导 指挥长：假定一氧化碳20PPM，二氧化碳1.2%。

11:14调度室 张守庆：通知避难硐室曲矿长一氧化碳20PPM，二氧化碳1.2%，需开一氧化碳吸收剂、净化机、二氧化碳吸收剂、净化空气。

11:16矿领导 曲矿长：报一氧化碳净化机、二氧化碳净化机都已开起来了，使用正常。

11:19矿领导 曲矿长：报空调已停使用正常无事。11:25调度室 张守庆：问曲矿长一氧化碳、二氧化碳吸收剂情况，杨总说二氧化碳吸收剂有粉色变白色。

11:26矿领导 曲矿长：报现在硐室人员稳定，又停电了，张守庆说在问原因。

11:28机运科 王玉全：避难硐室管理员报硐室内送上电了。

11:50矿领导 曲矿长：报避难人员情绪稳定，都正常。一氧化碳0%；二氧化碳0.5%；氧气20.2%；湿度78%；瓦斯0%；温度21.5℃；压力2015 mp。

11:56调度室 张守庆：问密闭门情况、压风情况，杨总说密闭门正常，压风开着无事。

12:02矿领导 曲矿长：：报硐室内人员在发放食品和水，一人一块饼干，一瓶水；调度室章广来说试一试便池便

袋使用情况。

12:12矿领导 曲矿长：报一人一块饼干，一瓶水都吃过了，正常使用便池便袋正常。

12:53矿领导 曲矿长：报一切正常，一氧化碳0%；二氧化碳0.61%；氧气19.9%；湿度78%；瓦斯0%；温度21.4℃；压力1016 mp。

13:20矿领导 曲矿长：报避难硐室内设施正常人员状态良好。

13:48机运科 王玉全：避难硐室管理员报停电了，调度问机运科值班郭利平不安排不能停，避难硐室的电让范国东安排送电。

13:50矿领导 曲矿长：报有电了都正常，人员状态良好，一氧化碳0%；二氧化碳0.54%；氧气20.2%；湿度70%；瓦斯0%；温度21.5℃；压力1020 mp。

14:30矿领导 曲矿长：报避难硐室人员良好各种设施正常。

14:50矿领导 曲矿长：报一氧化碳0%；二氧化碳0.5%；氧气20%；湿度75%；瓦斯0%；温度21.6℃；压力1016 mp。一切正常人员状态良好。

15:27矿领导 曲矿长：报人员状态良好，设施使用正常。

15:53矿领导 曲矿长：报人员稳定，状态好，设施正

常。一氧化碳0；二氧化碳0.63%；氧气20.1%；湿度75%；瓦斯0；温度21.6℃；压力1010。

16:26矿领导 曲矿长：报人员状态良好，设施正常。16:47矿领导 曲矿长：报一氧化碳0%；二氧化碳0.79%；氧气19.7%；湿度78%；瓦斯0%；温度22.4℃；压力1015 mp。设施正常，人员良好。

16:49矿领导 曲矿长：报避难硐室内人员状况正常，请示能否出仓，指挥长指示安排检查避难硐室外的有害气体正常后，再通知出仓。

16:50矿领导 指挥长：安排监测监控室检查有害气体显示情况。

16:59通风瓦检员：报矿避难硐室外附近有害气体显示正常无有害气体。

17:40调度室 张守庆：报指挥长避难硐室外无有害气体，显示正常。

17:01矿领导 指挥长：指示避难硐室外无有害气体，通知杨总避难硐室人员要按避难硐室管理员要求一个单位一个单位有顺序的出仓。

17:01矿领导 曲矿长：报避难硐室内共24人已安全出仓。

17:04调度室 张守庆：报告指挥长24人已安全出仓。

17:05矿领导 指挥长：宣布矿避难硐室演练结束。

17:06调度室 张守庆：报公司调度值班人员王屋山煤业公司避难硐室演练安全顺利结束。

17：30 灯房 报8点班参加演习人员共24人，共交24盏矿灯。

第五章 演练结果评价

第一节 结果评价

一、在紧急避险救援方案演练前、实施中，各级领导、各有关部门均给予高度重视，公司领导现场指导，紧急避险演练基本上达到预期目的，收到明显的成效。

二、演练实施过程中，指挥部指挥得当，各部门能相互协调。

三、各部门、各有关人员能够按照方案规定及指挥部指令到达指定位置，履行各自的分工职责，为方案演练顺利实施创造了条件。

第二节 经验与教训及存在问题和建议

一、此次紧急避险救援演练，假设冒顶地点：西总回风巷。

二、紧急避险演练前我们对避难硐室所有设备进行彻底的检查，发现问题及时组织处理，确保了演练的顺利进行。

三、紧急避险演练前，我矿所有参加紧急避险演练人员现场对避难硐室内的设施、操作流程进行培训学习，下午认真学习了《紧急避险演练方案及安全技术措施》。

四、通过这次演练，增强了全体员工对防灾抗灾重要性的认识，提高了自我防范的应对能力，同时，也不同程

序地使职工认识到违章作业和发生事故的后果严重性和危害性，提高了安全意识，增强了安全责任感。

五、由于避难硐室防爆门和密闭门无法连锁，当发生事故时，由跟班干部安排每道门设一个专职看管人员，由避难硐室管理人员负责确定每道门的开关时间，严禁防爆门和密闭门同时开启。

六、由于避难硐室空气进化机使用风管连接，利用井下供给风带动空气进化机，如没有风，就不可以使用，所有的及时改进，手动也可以。

七、由于避难硐室设施都是新生事物，对操作陌生，应加强现场管理、现场操作，加强学习，加强全员上岗培训。

八、本次紧急避险演练是在经过充分准备的基础上进行的，距真实情况尚有一定的距离，建议进行不定时、不定方案的演练，以提高广大干部职工在重大灾害发生时的应变能力。

第三节 矿井紧急避险救援能力分析

一、可以在没有任何外援的情况下，在避难硐室生存仓的职工生命得以延续96个小时，为地面指挥部营救职工赢得了时间。

二、通过地面监视系统可以观察到避难硐室职工的精神状况，同时可以通过通讯系统，安慰职工情绪。

煤矿避难硐室 篇5

1 煤矿避难硐室降温方式

煤矿井下发生事故后灾区可能面临的断电状况以及爆炸危险性,给避灾期间的供电与用电带来严重挑战。因而煤矿避难硐室降温解决方案主要集中在储能、储冷方面,以获得较大功率的制冷效果。目前使用的煤矿避难硐室降温方法主要有电力空调降温、蓄冰空调降温、液态二氧化碳降温及通风降温4种[3,4]。另外,我国学者通过对材料物理与化学性能方面的研究,提出利用相变材料在一定温度下物相发生变化吸收外界热量的相变降温和利用化学物质参与吸热化学反应的化学降温。

1) 电力空调降温,主要是对压缩制冷空调通过防爆改造后,用于煤矿避难硐室降温。使用时通过防爆大容量、大功率蓄电池提供动力,或在地面有直达硐室内的钻孔的条件下通过钻孔供电。其优点是温度调控灵活,体积较小;缺点是若使用电池供电,大容量防爆电池的安全性未得到充分论证,蓄电量在反复的充、放电过程中也很难得到保障,采用钻孔供电时需要有极好的钻孔条件,且在外部压缩机所处环境存在瓦斯爆炸危险时,不能供电使用。

2) 蓄冰空调降温,是利用冰作为冷媒,正常情况下利用煤矿用防爆空调装置,实现对避难硐室内的蓄冰柜输送冷量,通过冷热交换使蓄冰柜内的水转化为冰,并维持在-20 ℃,在保温处理状态下贮存能量。人员避灾使用时,硐室外空调装置部分停止工作。利用风机使硐室内空气流经蓄冰柜内的风道以强制对流换热的方式将冷量输出,达到室内降温的目的。其优点是安全性高,介质环保,使用时消耗外部动力低;缺点是风机若采用蓄电池供电仍面临防爆电池的安全性与蓄电量问题,平时维护成本高。

3) 液态二氧化碳降温,是利用高压液态二氧化碳通过节流减压膨胀汽化过程中发生相变吸热降温。其优点是二氧化碳从液态转变成气态吸热量大,且汽化后的二氧化碳气体流动能给风机提供动力,实现无电力条件下强制对流传热制冷;缺点是二氧化碳用量大,体积大,二氧化碳钢瓶及管道连接处可能存在泄漏,使用前难以保证充气量,使用中大量二氧化碳排放到巷道内,很难快速恢复巷道的通风,影响救灾进度,使用后降温系统恢复难度大,且二氧化碳为温室效应气体。

4) 通风降温技术也称压风降温,是在地面或井下安全地点利用接入硐室的压风管或地面钻孔将冷空气压入硐室内实现降温,室内通过单向排气孔维持压力平衡。其优点是硐室内不需要考虑动力源,无降温装置,能给硐室内补充新鲜空气,带出硐室内污染气体;缺点是需要保证压风管道不被灾害破坏或地面钻孔完好,受管道或钻孔温度影响较大,需要的风量大。

2 矿井地质条件对避难硐室降温的影响分析

矿井地质条件对煤矿避难硐室降温系统设计的影响主要表现在硐室所在水平的煤(岩)热物理性与初始温度、煤层瓦斯涌出量、埋藏深度等方面。

2.1 煤(岩)热物理性与初始温度的影响

煤矿避难硐室以煤(岩)壁作为其壁面,在使用过程中,壁面将参与硐室内部的热量传递。对于低温矿井,在硐室内壁面处空气温度高于壁面温度时,岩体壁面将通过辐射传热和自然对流的方式,将室内的部分热量传递给岩体。因此,可以通过低温壁面减少硐室内的热负荷量[5]。避难硐室内空气与壁面的耦合传热可采用半无限大非稳态导热模型求解[6],其求解微分方程为

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式中 t——岩体温度,℃;

τ——时间,s;

a——岩体热扩散系数,a=λ/ρcp,m2/s;

x——在导热面上的坐标,m;

h——空气与壁面的对流传热系数,W/(m2·℃);

tc——换热壁面空气的温度,℃;

λ——岩体材料的导热系数,W/(m·K)。

由式(1)可知,在室内空气温度一定的条件下,壁面的初始温度、岩体的热扩散系数与导热系数是影响热量传递的重要参数。在温差恒定的条件下,导热系数对热量的传递速率有很大影响,导热系数大的岩体,其传热能力也强。通过物体导热系数表可知,岩石的导热系数较大,而煤的导热系数较小,因而岩石比煤更具有良好的导热性能。所以在低温矿井内,避难硐室应优先考虑建设在岩体内。其次,对于岩温较低的矿井,采用压风管道给室内供风时,流动过程中压风通过对流换热后,末端温度基本与岩温相同,能在硐室内起到一定的降温作用。另外,对于低温矿井,通过物体间的热传导,矿井内的水温一般维持在与岩体相同的温度,而水具有良好的储热、导热能力,因此在避难硐室降温系统设计时,也可考虑将存积于水力势头高于硐室水平的低温积水流经硐室内,通过散热片或换热装置将硐室内热量带出,从而实现无电源降温。

2.2 开采煤层瓦斯涌出量的影响

瓦斯是煤矿井下的主要爆炸物,当其浓度处于瓦斯爆炸界限内时,遇高温火花将引发瓦斯爆炸。煤矿避难硐室是用于发生事故后的避灾场所,而事故后井下通风系统极有可能遭受破坏,停风后工作面与巷道内涌出的瓦斯不能及时排除,瓦斯气体扩散与迁移将可能在硐室附近达到爆炸浓度界限。瓦斯涌出量越大的矿井,达到爆炸浓度的时间越快,概率越大。避难硐室若采用防爆电力空调降温,一般是将空调的主机放置于硐室外部空间,使用时主机将电能转化为机械能,使高温气体转变为液态制冷剂实现循环制冷。而在瓦斯达到一定浓度后,将停止对电力设备供电,因而在瓦斯涌出量大的煤矿井下,不宜采用防爆电力空调作为降温装置。

2.3 硐室位置离地表深度的影响

《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》中指出,有条件的矿井宜为永久避难硐室布置由地表直达硐室的钻孔,钻孔直径应不小于200 mm。通过钻孔可以给避难硐室内供水、电、新鲜空气、氧气等。在避难硐室降温方面,采取钻孔后,首先可以通过钻孔向避难硐室内供给低温空气(尤其是对岩温较低的矿井),从而克服了井下大功率制冷所面临的复杂问题;其次,通过地面钻孔供电,可以使供电系统独立于灾区环境,不受灾变影响。因而在使用蓄冰降温、电力空调降温时,也可以克服大容量、大功率蓄电池的防爆技术、荷电能力下降、蓄电量不足等难题。采用地面钻孔的避难硐室,无疑在硐室降温系统的可靠性、安全性、环保性等方面具有显著的优势。

硐室离地表的深度,是衡量可否采取地面钻孔的重要参数。一般情况下,随着离地表深度的增加,钻孔技术难度增大,钻孔保护难度增大,钻孔成本也相应增高。深度对硐室降温方式的影响还表现在,随着深度的增加,岩体温度不断升高[7]。大量的工程案例表明,岩体温度的升高与岩体埋深存在线性关系。对于岩温较高的矿井,随着离地表深度的增加,在对流传热的作用下,利用地面钻孔进行通风降温,效果也将大打折扣。对于低温矿井通过钻孔末端到达硐室内的空气温度,可简化为管道强制对流换热模型进行计算,以确定是否满足通风降温条件。对管道强制对流换热,历史上应用最长也最普遍的是迪图斯—贝尔特(Dittus-Boelter)关联式[8] :

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式中 Nu——努塞尔数,壁面上流体的无量纲温度梯度,定义式为undefined;

λ——流体的导热系数,W/(m·K);

Pr——普朗特数,动量扩散能力与热量扩散能力之比的一种度量;

Re——雷诺数,惯性力与黏性力之比的一种度量,定义式为undefined;

u——流体流动的速度,m/s;

d——管道直径,m;

ν——流体的运动黏度,m2/s;

n——常数,流体被加热时取0.4,被冷却时取0.3。

热平衡方程:

hULΔtm=qmcp(tf1-tf2) (3)

式中 U——管道周长,m;

L——管道长度,m;

Δtm——充分发展段的温差,℃,

undefined; (4)

tw——与流体接触的管道壁面温度,℃;

tf1、tf2——进口、出口截面流体平均温度,℃;

qm——流体的质量流量,kg/s;

cp——空气的比热容,J/(kg·K)。

在钻孔直径、钻孔深度、壁面温度、壁面导热系数、风流流量、风流初始温度已知的情况下,由公式(2)~(4),以及h=(λ·Nu)/d,可计算出通过钻孔到达硐室内的风流温度。

另外,开采煤层埋深对瓦斯涌出量也有重大影响。煤层上覆地层对瓦斯的保存与逸散有直接的作用,煤层的埋深被认为是影响瓦斯含量主要的地质因素之一[9]。煤层埋深的增加,不仅会因地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低,而且瓦斯向地表运移的距离也增大,这两者的变化均朝着有利于封存瓦斯而不利于逸散瓦斯方向发展,因此煤层埋深的增加将使瓦斯涌出量增大,从而影响硐室降温方式的选择。

3 煤矿避难硐室降温方式选择的基本原则

煤矿避难硐室降温方式选择应尽可能满足“因地制宜、安全可靠、调控方便、恢复容易、环保节能”等要求,具体选择原则如下:

1) 有条件的矿井,应优先建立直达避难硐室内的地面钻孔,并验证通过地面钻孔压风降温的可行性;对有地面钻孔供电的避难硐室,在瓦斯涌出量比较小的情况下,应优先考虑防爆电力空调降温,此时应对硐室外的防爆空调压缩制冷主机所处环境进行瓦斯浓度监控,防爆电力空调应有自动断电功能;其次,应考虑蓄冰降温空调降温,对蓄冰降温空调置于硐室外的压缩制冷主机所处环境进行瓦斯浓度监控,压缩主机部分应具有自动断电功能。另外,硐室内应备有满足蓄冰降温装置风机使用最大功率的体能应急发电装置或蓄冰降温装置,能在供电中断时方便切入手摇风机的使用。

2) 对于低温矿井,应优先考虑利用岩体的热学性能实现自然降温,可适当增大避难硐室内的体积以及硐室壁面面积与体积的比值;在壁面不能完全满足自然降温的条件下,应考虑采用压风管道或地面钻孔利用压风降温;另外,在低温矿井里,应尽可能将避难硐室附近的低温积水通过管道引入避难硐室内流经散热片后流出避难硐室外,实现利用冷水自然降温;以上3种方式不能满足降温要求时,在低温对相变降温材料保存方便的情况下,也可以采用环保相变材料降温;在低温矿井有地面钻孔条件下,可参照1)进行选择。

3) 对于无地面钻孔、高温矿井,应根据避难硐室内的热负荷大小,选择降温方式。在热负荷不大时,若能通过体能发电或手摇风机给蓄冰降温装置的气体流动提供动力而满足硐室降温需要,则优先考虑蓄冰降温;不能满足此条件时,则应该考虑液态二氧化碳降温或液态二氧化碳与蓄冰降温耦合制冷降温。选用液态二氧化碳降温时,应确保液态二氧化碳钢瓶存放环境温度不大于31.9 ℃。高温矿井使用相变材料降温应考虑相变材料的安全性与维护难易程度,以及相变材料所占体积与成本;使用化学降温要考虑化学反应前后化学物质的安全与环保性能。

4) 高温矿井不宜采用压风降温。

5) 无地面钻孔供电条件与高瓦斯涌出矿井的避难硐室不宜采用防爆电力空调降温。

6) 液态二氧化碳降温在钢瓶存放环境不高于31.9 ℃时,能适用于所有的煤矿避难硐室,但由于此种方法使用时会产生大量的二氧化碳气体,并可能填充大部分的巷道空间,影响救灾进度,以及可能影响灾区巷道内幸存人员的生存。因此,在井下巷道生产系统复杂的矿井,应将此方式作为降温方式的最后选择。

4 结语

煤矿避难硐室降温是避难硐室内最难解决的技术。上述几种降温方式,在煤矿避难硐室内使用均存在各自的优缺点。煤矿井下影响避难硐室降温方式选择的因素较多,如煤(岩)初始温度、煤层埋深、煤层瓦斯涌出量等因素对避难硐室降温的影响重大,各煤矿在建设避难硐室时,应根据矿井地质条件、生产系统布置、采煤方法与技术装备水平、硐室规模等综合因素,结合目前各种避难硐室降温方式的优缺点,尽可能选择可靠性高、安全性好、使用与维护容易、环保、经济的降温方式。

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煤矿避难硐室 篇6

1 硐室位置选择

硐室位置选择必须考虑以下几点基本要求: (1) 避难硐室应布置在矿井主要避火灾、瓦斯事故路线上; (2) 作业人员能够在40min到达; (3) 避难硐室的服务范围为1000m以内的作业人员; (4) 避难硐室应设置在无地质构造带、高温带、应力异常区以及透水危险区。

为满足以上要求, 大型矿井一般选择在各采区车场附近或集中运输大巷中设置避难硐室, 但江西省小煤矿与北方大型矿井不同, 存在开采范围小, 资源赋存不稳定, 开采系统较简单等特点, 设计时多考虑布置在主井井底车场附近, 对于井下采用多级暗井开拓的, 也可考虑设置在深部的暗井井底车场。

2 硐室结构及布置形式

(1) 硐室结构。避难硐室由过渡室、生存室及进、出口通道组成, 硐室内断面多为半圆拱形。永久避难硐室采用向外开启的两道门结构。外侧第一道门采用既能抵挡一定强度的冲击波, 又能阻挡有毒有害气体的防护密闭门;第二道门采用能阻挡有毒有害气体的密闭门。两道门之间为过渡室, 密闭门之内为生存室。

(2) 硐室布置形式。根据硐室所设位置不同, 硐室布置形式也有不同:如硐室进、出连接在两条不同的巷道时, 多采用“|”形和“L”形硐室;如硐室进、出连接均在一条巷道时, 多采用“[”形和“[”形硐室, 且硐室两个出口间距离不得少于20m, 具体见图1。

3 硐室功能分析

3.1 供氧系统

小煤矿多采用自备氧供氧方式, 在避难硐室内储存足够高压医用氧气瓶或设置自生氧装置, 在突发紧急情况下主要依靠自备氧 (空气) 或设置自生氧装置为避险人员提供氧气供给。

3.2 压缩空气幕、喷淋装置及维持正压系统

(1) 空气幕。安装在防护密闭门上方及侧边的压缩空气幕双侧进气管分别与压风自救系统的压风管路、压缩空气钢瓶的输出管连通, 当防护密闭门开启时, 联动开关即刻开启, 压缩空气由气幕向外喷出, 当防护密闭门关闭时, 联动开关即刻关闭, 阻止空气喷出。

(2) 喷淋装置。当避险人员进入过渡室后, 打开控制阀门, 压风管路或压缩空气钢瓶中的压缩空气通过压气喷淋装置的排气喷出, 高压气流对矿工身上可能携带的有害气体及各种粉尘冲洗, 再通过单向排气管排出过渡室外。

(3) 维持正压装置。采用单向排气阀排气, 在生存室设两组单向排气阀, 过渡室设一组单向排气阀。当硐室内压力不能高于外部环境100~500Pa, 则需用压风自救系统的压风管路输送的压缩空气或压缩空气瓶里的空气来补充。

3.3 有害气体去除系统

通风是冲淡或排除有害气体的有效措施。采用压风供氧方式给生存室连续提供足够的空气, 生存室内压力大于单向排气阀开启压力时, 单向排气阀开启, 生存室内有害气体随空气一齐经装有单向排气阀的排气管道排出室外。

3.4 其他系统

其它系统包括温湿度调节系统、供水施救、排水系统、人员定位、监测监控、通讯联络、供电等系统, 这些附属系统为发生灾难后的救援行动提供了便利条件。

4 结论

避难硐室成套设备安装探讨 篇7

避难硐室是用于井下发生突发事件时, 在有效时间内保护矿工及工作人员生命安全的坚固掩体, 是紧急避险系统的重要部分[1];发生矿难时, 避难硐室能够为避难人员生存提供必需氧气、食物等环境生存条件, 有效保障井下工作人员的生命安全。避难硐室只有安装调试完成, 并验收合格后方可投入使用其中避难硐室的适用性与成套设备安装过程紧密相关, 在此, 笔者详细介绍了避难硐室成套设备的安装方法, 为避难硐室成套设备的优化设计及安装提供了理论支撑。

1 安装准备

1.1 安装条件

避难硐室成套设备安装前应完成以下工作:1) 避难硐室专项设计完成 (包含主体设计、设备布置等) 。2) 避难硐室井巷工程施工完成。3) 避难硐室内的设施、设备到货。4) 落实矿井监测监控、视频监控、水压、人员定位、供水、电压、运输条件等基本资料。

1.2 安装人员

现场安装人员由协调组织人员、技术指导人员和安装工人组成。协调组织人员由试点矿井指派, 技术指导人员由重庆院指派, 安装工人由矿井安排。安装工人应包括:搬运工、安装工、通风管理人员、机电工、管线工等。

1.3 工具及辅助材料

在安装前应先准备好安装所使用的各类工具 (管钳、活动扳手等) , 并备好安装辅助材料。

2 主要设备安装

2.1 过渡室系统

2.1.1 防护密闭门和密闭门

避难硐室应采用向外开启的两道门结构[2], 安装时按照韦家沟施工方法[3]先内后外顺序, 钢筋混凝土整体浇筑成型。

2.1.2 压风、供水及信号传输管线

避难硐室在过渡室砌墙时应预埋进水管、进气管、排气管、排水管、进线管、二氧化碳排气管等管线, 按照避难硐室的布局, 在硐室过渡室外巷帮两端掏2个预埋管道沟, 规格:深300mm、宽300mm, 长度不小于5000mm。

预埋的进水管、排水管、电缆线管及压风管等布置在管道沟时, 进水管、排水管应与电缆线管分开, 压风管一般与电缆管安装在同一个管道沟中, 管线规格如下:1) 进水管:硐室外管径不小于DN50, 从硐室门框外下端进入硐室, 硐室内管径为DN20或DN15。2) 压风管:硐室外管径不小于DN50, 从硐室门框外下端进入硐室, 与压风自救器连接的管径为DN15。3) 排水管:从硐室门框下端穿出硐室, 硐室内管径为DN50。4) 单向排气阀:安装在门框外上端墙体内, 管路采用DN125, 硐室内端口带活动法兰。5) 穿线管 (3根) :从硐室门框下端穿出硐室。采用DN50管3根。

2.1.3 气幕喷淋装置

在过渡室内外门靠墙内侧安装固定好气幕装置, 在墙上端高过头顶设压气喷淋装置。

2.2 排水、排气系统

单向排水阀安装在地坪以下, 接水口在硐室的低洼处, 不能高于硐室地坪。在低处设置地漏, 与单向排水管组相连, 排水管出口引至排水沟。

排气阀设置在门墙中上部, 重锤应垂直与硐室地面, 以保证开启灵活;活动法兰离墙的距离不超过0.2m;出口弯头朝下, 弯头离外墙的距离不超过0.5米。

2.3 供气系统

2.3.1 压风供气系统

压风管路和矿井压风主管路相连。避难硐室压风供气管路示意图如图1所示。为保证其他线路走线不受影响, 压风管路一般布置在管路沟的最下面且最靠墙的一侧[4];硐室内部的压风管一般为DN50的镀锌钢管, 连接三级过滤器、减压器、流量计、消音器。压风管路连接好后要保证管路平直, 水平管其偏差不大于l5mm/10m。送风管与墙面平直, 距墙面15cm左右且保持上下竖直。压风自救器安装在座椅上方1.5m处, 每6个座椅安装一组压风自救器。压风自救器的固定方式如下:1) 悬挂靠墙, 靠进气管连接和固定;2) 安装三角平台;3) 悬挂靠墙后, 用钉固定在墙上;4) 悬挂悬空, 用固定钩与上方主管或顶固定。

2.3.2 压缩氧供气系统

压缩氧供气系统主要由氧气瓶、减压器、集合管路、供气控制箱、供气管等组成, 如图2所示。

高压气瓶靠巷帮处整齐排列, 并用紧固装置固定, 安装减压阀与集合管路时严禁沾染油脂, 供气控制箱应垂直安装于巷帮, 并紧固, 以保证流量计读数准确。安装完成后应效验气密性, 不漏气后方可使用。

2.4 净化制冷系统

硐室内采用一体机过滤CO2, 催化CO;温湿度调节系统采用蓄冰降温技术, 可实现同步降温除湿, 将气体净化出口风流引入冰柜气道, 增强了冷热能量交换, 实现了硐室内空气净化与温度调节功能一体化。净化制冷系统的组成见图3。

高压空气和硐室压风接入净化装置, 根据设备布置图把冰柜和压缩机放到指定位置, 把硐室内的进水管接到冰柜内, 把电源接到压缩机控制箱。安装降温空调, 并把净化装置出口管路与降温空调中间通道法兰相连接。

3 结语

避难硐室安装在井下完成, 属于特殊高危工作, 在安装过程中一定要注意安全方法, 确保人员和设施安全。

摘要：避难硐室是一种综合紧急避险设施, 各种系统设备较多, 安装复杂, 本文详细介绍了避难硐室过渡室系统、排水排气、净化制冷等设备的安装, 为后续避难硐室建设提供了参考依据。

关键词：避难硐室,设备,安装

参考文献

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煤矿避难硐室 篇8

近年来,我国矿山安全管理工作取得了显著成就,但是由于井下作业环境的特殊性、监管不力等原因导致各类矿难事故时有发生。为此,我国相关部门提出了要加强井下“六大系统”的积极构建工作,对于紧急避险系统中避难硐室的构建应满足阻隔、防护、监控、供氧、除湿及能量供给等功能。作为避难硐室的气体保护屏障-气幕阻隔系统,能够阻止硐室外的有毒有害气体伴随避险人员进入避难硐室而污染内部空气,因此需要对其展开深入研究。

1避难硐室气幕隔绝系统概述

1.1气幕隔绝系统组成

避难硐室气幕隔绝系统主要由三部分组成;

(1)供气装置。

供气装置即气幕隔绝系统的气源,为系统提供所必需的、具有一定压力的、满足流量要求的、对空气无污染的气体。压缩空气瓶和井下压风适合作为避难硐室中的气源。

(2)散气装置。

散气装置是形成阻隔幕帘的核心装置,其相关尺寸和结构的设置决定了气幕系统的阻隔性能,是重点研究内容[1]。

(3)启闭装置。

启闭装置控制气幕系统的开启,保证避险人员进入避难硐室时,系统能够立即开启,其启闭响应时间应配合避险人员进入硐室的最短时间。

1.2气幕隔绝系统研究内容

根据井下避难硐室的防护需求,采用理论计算和模拟试验的方法,针对避难硐室气幕隔绝系统中以下几个方面展开研究:

(1)形成幕帘的最佳射流孔径确定;

(2)形成幕帘的最佳射流速度确定;

(3)散气装置气体衰减函数的确定;

(4)散气装置所需气体流量的计算;

(5)试验验证气幕系统的阻隔性能。

2孔径、孔距及流量研究

根据气幕系统所在硐室防护门尺寸、幕帘气体喷射角度,计算求得气幕孔径范围,通过试验确定最佳孔径[2]及最佳孔径时的最佳孔间距,并计算系统所需最小气体流量。

2.1气幕适用条件

根据气幕系统研究的以下初始条件,进行相关研究:

(1)幕帘尺寸:本次研究初步设定避难硐室防护门尺寸为1550mm×1000mm。

(2)气幕喷射角度:避难硐室气幕喷射角度不宜过大,否则不易形成幕帘;喷射角度不宜过小,否则容易出现引射现象。因此,选定经验角度值为25°。

(3)气幕开启时间:通过现场实测,平均每人从开启防护门到进入硐室进出时间为15s,取安全系数为1.2,则进出时间为18s。

2.2射流孔径确定

2.2.1 孔径计算

避难硐室的气幕隔绝系统所形成的气体幕帘能够阻止硐室外部CO、CH4等有毒有害气体渗入,具备射流场的基本特征[3]。整个射流区域被转挟截面——射流核心消失的界面分为开始段和主体段两个区域,如图1所示。射流在喷射后,由于卷吸作用不断吸收周围的空气,导致射流主体面逐渐增大,且速度逐渐减小。因此,保证射流具有一定的流量和流速,是形成气幕的关键。根据自由射流流场分布特点[4],可以得到气幕系统射流场轴线速度与喷射孔径及初始参数之间的关系,如式(1)、(2)所示:

$\begin{array}{l}\frac{u{}_m}{u{}_0}=3.22\sqrt{\frac{B}{x}}(1)\\ x=(0.017-0.031)\tan \alpha (2)\end{array}$

式中,um为射流轴线流速,取10m·s-1[5];u0为射流初始速度,取10m·s-1;B为散流器喷口孔径,m;x为射流轴线位置,m;α为喷射角度,取25°。计算可得射流孔径尺寸B为0.8-1.4mm[6]。

2.2.2 孔径对比试验

试验方法:将4根Φ10mm的圆管分别加工成长度为1000mm长、孔间距d=10mm、孔径大小分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm的散气管路,利用R=1000r/min,U=220V,I=5.4A的空压机,为散气装置由中间向两边充气。利用QDF-6型数字风速仪测定图2所示25个测点1A-5A,1B-5B、1C-5C、1D-5D、1E-5E处的风速,记录数据。

试验结论:根据图3所示孔径分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm和1.4mm的散气装置各测点风速数据拟合成的曲线可得到以下结论:

(1)各孔径所喷射的气体流速随着5→1方向逐渐减小。

(2)各孔径A、B、C、D、E面的速度曲线重合程度较高,说明从散气装置中间充气至两端的气流衰减率较低,基本维持在70%-80%,其衰减率Ψ从低到高依次为:Ψ1.0mm<Ψ1.2mm <Ψ0.8mm <Ψ1.4mm。

(3)4种孔径的散气装置末端气体流速度分别为V1.0=1.10m·s-1,V1.2=0.90m·s-1,V0.8=0.85m·s-1,V1.4=0.68 m·s-1。孔径为1.0mm的末端速度最大,形成气幕的阻隔效果最好。

(4)散气装置的最佳孔径依次为Φ=1.0mm、1.2mm、0.8mm、1.4mm。

2.3射流孔间距确定

对于同一孔径散气装置,孔间距越大,射流的主流区域重复率越低,气幕隔绝效果越差。根据孔径试验结论,Φ=1.4mm孔径的衰减速度最大,且末端气体流速最小,因此不再进行该孔径的其他试验。只针对Φ为0.8mm、1.0mm和1.2mm散气装置的孔间距进行相关试验,从而最终确定最佳孔间距[7]。

试验方法:制作长度为1000mm,孔径Φ及孔间距d分别为Φ=0.8mm,d=10mm;Φ=1.0mm,d=20mm;Φ=1.2mm,d=40mm的3根散气管路。按照图2方式布置各测点,利用数字风速仪测量各点速度,并记录所测数据。

试验结果:根据所测数据拟合成图4所示的曲线,通过比对分析可以得出以下结论:

(1)3个散气装置随着射流从5→1方向,气流速度逐渐减小,其中5→4过程衰减较快,过了点4之后衰减速率逐渐减慢,趋于稳定。

(2)从曲线重合角度分析, 孔径Φ=0.8mm,d=10mm和Φ=1.2mm,d=40mm的散气装置重合较好,即从充气中间至两端的气体衰减率较低。

(3)综合孔径分析结果,可确定散气装置的最佳孔间距为Φ=1.2mm,d=40mm。

2.4气幕系统风量确定

根据以上研究结论,对于硐室防护门尺寸为1550mm×1000mm的气幕系统,孔径为Φ=1.2mm,孔间距d=40mm的气幕系统阻隔效率最好,因此可根据公式(3)求得该气幕装置所需风量[8]。

$Q=k(\frac{L}{b}+1)\pi (\frac{B}{2}){}^{2}V{}_0(3)$

式中,Q为该硐室尺寸下的气幕系统供气量,m3;K为富裕系数,取1.5;L为气幕系统散气装置总长,取1m;b为最佳孔距,取0.04m;B为孔径,取1.2×10-3m;V0为出气端气体最大流速,根据图4可取38m/s。可求得适用条件下,气幕系统的供风量为1.68×10-3m3/s。

3气幕系统衰减模型建立

通过上述试验分析可得,矿井避难硐室的气幕隔绝系统的气流衰减速度与孔径、孔间距、初始喷射速度以及外部环境相关,因此必须了解气幕系统风速的衰减规律,才能进行相关设计。使用SPSS方法分析建立衰减模型[9],可以得到系统气体流速衰减规律。以观测点1B-5B数据为例,依次代入建立衰减模型,可得模型参数估计值如表1所示。

利用SPSS方法,选用对数曲线进行建模,气幕系统气流风速衰减函数如公式(4)所示:

Y=16.166-1.992lnx (4)

式中,Y为气幕系统气体衰减函数;x为中轴线距离出气端距离;衰减系数为0.786。

可以发现,常数16.166与B面出气端速度相近,因此公式(3)可用喷射初始速度表示,如公式(5)所示:

Y=V0-0.123V0lnx (5)

式中, V0为气幕系统散气装置出气端速度。

同理可得,其他测点面的衰减函数如公式(6)所示:

Y=V0-CV0lnx (6)

式中, C为气幕系统衰减因子,同样使用SPSS方法,选择三次函数对影响因数C进行建模,求得C与散气装置孔径B的关系如公式(7)所示:

C=0.133+0.102B2-0.086B3 (7)

因此可得以距离x为变量的避难硐室气幕系统气流速度衰减函数如公式(8)所示 :

Y=V0-(0.133+0.102B2-0.086 B3)V0lnx (8)

4阻隔性能测试

根据对比试验的计算可确定,硐室防护门尺寸为1550mm×1000mm的避难硐室气幕系统的最佳孔径及孔距为Φ=1.2mm,d=40mm。

为了验证该系统设计能否满足气体隔绝要求,需要对系统进行阻隔性能测试实验。

试验方法:将最终选定的气幕系统安装在如图5所示的密闭空间入口上方,对密闭空间进行整体密封[10]。向空间内通入CO2,使用RG4H型CO2探测器,分别测定当通入密闭空间浓度为0.5%和1.0%时,开启气幕系统和关闭气幕系统时,密闭空间内、外的CO2浓度变化情况,为了加快密闭空间内CO2的扩散速度,内部放置一台功率为30W的风机[11]。

试验结论:根据所测得的数据,可总结密闭空间内、外的CO2浓度变化情况如下:

(1)密闭空间气幕系统未开启时,空间内外的CO2浓度自由扩散,扩散时间2min后,密闭空间内、外部区域CO2浓度平衡,均维持在0.5%左右,如图6所示。

(2)开启气幕系统,密闭空间内CO2浓度为0.5%时,空间外浓度为0.05%,空间内浓度0.5%左右,内外浓度相差10倍,如图7所示。

(3)开启气幕系统,密闭空间内CO2浓度为1.0%时,空间外浓度为1.0%,空间内浓度0.2%左右,空间内、外CO2浓度相差将近5倍,如图8所示。

(4)气幕系统阻隔效率能达到至少80%以上,同时CO2气体浓度伴随CO2初始浓度升高而降低,因此进行气幕系统设计时应充分考虑所在巷道突出事故的气体浓度。

5小结

通过理论计算、对比分析、建模试验等方法对避难硐室气幕隔绝系统的气体流速、流量、散气装置孔径、孔距进行研究,得到结论如下:

(1)对于硐室防护门尺寸为1550mm×1000mm的避难硐室,其气幕系统中散气装置的最佳孔径为1.2mm,最佳孔间距为40mm;

(2)气幕系统气体流速的衰减规律通过以气流距离为变量的衰减函数表示Y=V0-(0.133+0.102B2-0.086 B3)V0lnx;

(3)为了实现其隔绝性能,必须保证系统供风量不少于1.68×10-3m3 ·s-1,可采用压缩气瓶或井下压风供气;

(4)气幕阻隔性能测试试验证明,开启气幕后的密闭空间,其最佳阻隔效率可达90%以上,且气幕阻隔效率随着CO2初始浓度增加而减小,因此进行气幕设计时除了考虑尺寸条件外,还应考虑CO2渗透浓度。

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煤矿避难硐室 篇9

矿井避难硐室是紧急避险的重要设施,防护密闭门作为硐室的第一道安全防线,如何有效地隔绝有毒有害气体,为避险人员提供生存保障的密闭空间,就显得至关重要[2]。

国内外关于避难硐室防护密闭门作为单独成套设备的研究较少。国内大部分厂家生产的防护密闭门普遍未进行爆炸冲击试验、密封性能试验验证,不符合《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》的相关要求,使用时不能充分保证避难硐室的防护作用,存在重大安全隐患。因此对防护密闭门的密封性能进行试验研究是非常必要的。

1 密封性能的研究

煤矿井下发生爆炸事故时,除爆炸冲击波的危害以外,还伴随有CH4、CO、CO2等有毒有害气体。通过对密封胶条的材质、截面形状对比,确定选型,然后设计实验,研究密封胶条的压缩率与气体泄漏速率的关系。

1.1 密封橡胶材质选择

密封材质的选择必须综合考虑煤矿井下灾变环境的影响,应遵循如下原则:

1)煤矿井下灾变环境,常常会保持持续的高温,长时间的高温且处于密封压缩状态,密封胶条会出现老化。选用的密封材料应具有较好的耐高温和抗老化性能。

2)发生瓦斯爆炸时,为了防止胶条被爆炸火焰破坏,要求密封材质具有良好的阻燃性。

3)防护密闭门闭锁时,密封胶条长期处于压缩变形状态,选择的密封胶条材质应具有良好的回弹性。

针对以上密封性能要求,通过对常用橡胶密封性能资料的查阅和搜集[3,4],对各种常用橡胶的性能进行比较,见表1。分析表1得出:硅橡胶同时具有良好的耐高温性、抗老化性、回弹性和阻燃性。

1.2 不同截面密封胶条的密封性能

橡胶密封胶条由于其结构简单而被广泛应用于许多场合。笔者通过对防护密闭门的使用工况分析,对比圆形截面与矩形截面密封胶条的密封性能。

密封胶条安装在防护密闭门上时,锁紧机构对密封胶条施加预紧力,密封胶条产生形变起到密封的作用。在开关过程中防护密闭门的密封胶条有以下3种工况:

1)在开门状态下,无预紧力作用,密封胶条处于无压缩状态,如图1(a)所示。

2)在关门状态下,有预紧力作用,密封胶条处于单向压缩状态,如图1(b)所示。

3)在关门状态下,爆炸冲击波通过门与门框的间隙处对密封结构施加侧向压力,密封胶条处于双向压力与双向压缩状态,如图1(c)所示。

防护密闭门的密封属于静密封范畴,圆形截面与矩形截面橡胶密封胶条的密封机制相同,均可以作为双向静密封的密封件。当截面积相同时,矩形截面与圆形截面胶条密封性能对比如下:

1)稳定性能。矩形截面与圆形截面胶条相比,安装后不会发生扭曲,在有侧面压力情况下,变形量也较小。所以矩形截面密封胶条在静态密封应用中的稳定性能更好。

2)老化性能。橡胶材料在大气环境下,会随着时间慢慢老化,时间长短因材料差异而有所不同。同一种材料变形量越大,老化速度也会加快。矩形截面密封胶条压缩量较小,老化速度较慢。

1.3 压缩率与泄漏率的关系

密封胶条的预紧力越大,其压缩量就越大。胶条的变形一方面有效填补了密封端面上的不平度,使得界面泄漏大为减少;另一方面使得密封胶条本身内部毛细孔被压缩,泄漏通道的截面减小,泄漏阻力增加,从而泄漏率大大减小。但如果预紧力过大,则易将密封胶条压溃,从而失去回弹能力,无法补偿由于温度、压力引起的端面分离,导致泄漏率急剧增大。因此,要维持良好的密封性,就必须使密封胶条的压缩量保持在一定的范围内[5]。

设计实验,以宽度为30 mm、厚度为20 mm、邵氏硬度为20～25度硅橡胶矩形密封胶条为研究对象,通过实验手段获取其最佳压缩率范围。

1.3.1 实验方法

箱体四周端面垫上厚度为H的垫块,通过更换不同厚度的垫块来改变密封胶条的压缩量,从而研究密封橡胶胶条压缩率与气体泄漏率的关系。

实验装置:长800 mm、宽800 mm、高300 mm的箱体,箱体盖板四周焊接金属压条,其高度L为6 mm,宽度为11 mm。将硅橡胶矩形密封胶条黏接在箱体端面四周的密封槽内,密封槽的槽宽为32 mm,槽深HC为20 mm。盖板上有2个接头,将其中一接头通过胶管接入减压后的压缩空气;另一接头通过胶管接在U型压差计的一端,如图2所示。

1.3.2 实验步骤

下腔体四周端面上放置厚度H=25 mm的垫块,盖上箱体盖板后,用螺钉将盖板与下腔体拧紧,压紧四周垫块,与密封胶条形成体积为0.2 m3的密闭空间。

打开压缩空气进气阀门开关,当箱体内部压力p1达到500 Pa时,关闭进气阀门开关。放置1 h,观察U型压力计读数,记录U型压差计的压力值p2。

更换厚度H分别为24、23、22、21 mm的垫块,测得相应的压力值p2。

重复上述步骤,进行2次实验。记录更换不同厚度的垫块时U型压差计的压力值p2。

1.3.3 实验结果计算

胶条压缩量计算公式:ΔH=L-(H-HC) (1)

式中:ΔH为胶条压缩量,mm;L为金属压条的厚度,mm;H为垫块厚度,mm;HC为密封槽深,mm。

胶条压缩率计算公式:Qr=ΔH/Hj (2)

式中:Qr为胶条压缩率,%;Hj为胶条厚度,mm。

泄漏率计算公式:LS=(p1-p2)/t (3)

式中:LS为泄漏率,Pa/h;t为测试时间,h。

由公式(1)～(3)计算得到胶条压缩率与气体泄漏率,如表3所示。

根据表1中的数据绘制硅橡胶压缩率与泄漏率的关系曲线,如图3所示,由图3可知,宽度30 mm、厚度20 mm的矩形硅橡胶密封胶条在静密封工况下压缩率为15%～25%,泄漏速率较小,基本维持稳定,可达到较好的密封效果。

2 密封结构的设计

在防护密闭门的密封结构设计中,选用宽度为30 mm、厚度为20 mm的矩形截面硅橡胶密封胶条。为减少灾害事故中对密封胶条的直接冲击损坏和与其他设备的意外碰撞损坏,胶条采用隐藏式设计。其结构:门扇四周矩形管与隔板形成了密封槽,密封槽内用橡胶专用胶黏贴矩形密封胶条,对应的门框一侧四周焊接了金属压条。当门扇关闭时,锁紧机构闭锁,门框上的金属压条挤压密封胶条,在门框与门扇结合的密闭槽部位就能起到密封的效果。密封结构局部示意图见图4。

3 密封试验

该试验主要检测防护密闭门的气密性及其正压维持能力。检测其是否符合《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》(安监总煤装[2011]15号,以下简称《暂行规定》)中的要求:在(500±20) Pa的压力下,1 h内,其泄压速率应不大于(350±20) Pa/h。

3.1 试验装置

密封试验系统是利用水密封的原理,将待检的防护密闭门水平放置在密封试验台的上面,门框四周放置于水中,然后通过胶管连接试验台入口Ⅰ与高压气体经减压后的气源出口Ⅰ,通过胶管连接试验台出口Ⅱ与U型压差计的一端接口,并密封好本项检测不用的接口Ⅲ,将密封试验装置的四周槽中罐水。密封试验系统的连接如图5所示。

1—40 L高压气瓶;2—减压器;3—胶管;4—防护密闭门;5—密封试验装置;6—胶管;7—U型压差计。

3.2 试验方法

在稳定的大气环境下,向密封腔内通入与腔内空气温差不超过1 ℃的清洁干燥空气,使密封腔内外压差达到(500±20) Pa左右,稳定10～30 min后,关闭减压器和气瓶,在密封腔内外压差不小于500 Pa的条件下,开始用秒表计时,同时读取和记录压差计显示值;每间隔10 min记录1次,共持续60 min。用首次差压值减去末次差压值,即为泄压速率。

3.3 试验结果

密封腔内压力在1 h内从500 Pa降至390 Pa,降幅为110 Pa,小于(350±20) Pa,满足《暂行规定》气密性要求。试验结果数据见表2。

4 结论

1)通过对常用橡胶所需性能的综合分析比较,确定了防护密闭门的密封材料选用矩形硅橡胶材质的密封胶条。

2)设计实验并得出:邵氏硬度为20～25度的矩形硅橡胶密封胶条,在静密封工况下压缩率为15%～25%,泄漏速率较小,可达到较好的密封效果,不会使密封胶条压溃。

3)设计密封试验装置,利用水密封的原理,主要检测硐室防护密闭门的气密性及其正压维持能力,1 h内压降值小于350 Pa,满足《暂行规定》中对防护密闭门的气密性要求,验证了密封结构设计的合理性和可靠性。

参考文献

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