李 磊，王 鵬，張殿國，閆福彬，黃圓月

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京100013；2.招金礦業(yè)股份有限公司，山東 招遠265400）

緊急避險系統(tǒng)建設(shè)在我國煤礦行業(yè)已經(jīng)得到了普遍的實施，但在金屬非金屬礦山領(lǐng)域起步還比較晚。近年來，隨著社會對礦產(chǎn)資源需求的不斷增長以及對自然環(huán)境保護意識的增強，金屬礦山由露天開采轉(zhuǎn)向地下開采已成為一種趨勢。但由于開采深度的逐漸增加以及諸多因素導(dǎo)致冒頂、突水、塌陷、火災(zāi)等災(zāi)害頻繁發(fā)生，給企業(yè)和廣大人民群眾造成了巨大的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟損失，嚴重制約了國民經(jīng)濟和礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此針對我國金屬礦山災(zāi)害特點的系統(tǒng)全面的井下避災(zāi)硐室建設(shè)研究迫在眉睫。

1 金屬礦山災(zāi)害

金屬礦山透水、火災(zāi)、沖擊地壓、爆炸等重特大災(zāi)害具有突發(fā)性、災(zāi)害性、破壞性、繼發(fā)性等特點，每種災(zāi)害根據(jù)不同災(zāi)變機理又具有不同的特征［1］。

1.1 冒頂片幫事故

分布在各礦井采掘作業(yè)面，主要有因礦巖破碎、節(jié)理構(gòu)造較多、地壓較大、爆破沖擊等原因引發(fā)礦巖冒落造成的安全事故。

1.2 炮煙中毒事故

分布在各礦井采掘作業(yè)面，主要有因主通風(fēng)系統(tǒng)不完善、獨頭掘進局部通風(fēng)方式不規(guī)范、通風(fēng)系統(tǒng)管理不到位等原因造成有毒有害氣體超標(biāo)而引發(fā)的安全事故。

1.3 炮擊事故

分布在各礦井采掘作業(yè)面，主要有因爆破物品管理不規(guī)范、進入無警戒的爆破區(qū)、帶盲炮作業(yè)等原因引發(fā)的安全事故。

1.4 火災(zāi)事故

井下火災(zāi)主要分布在井下倉庫及井下動力電纜。井下火災(zāi)主要有因電纜超負荷、電纜接頭處淋水、漏電斷路器處線夾接頭不實及外部明火等引發(fā)電纜及倉庫起火。

1.5 突（透）水事故

根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件及成礦機理，金屬礦體分布地段礦井充水的主要因素是斷裂帶的弱含水層中的構(gòu)造裂隙水。其兩側(cè)的巖石受構(gòu)造的影響，裂隙發(fā)育，具一定的弱富水性及透水性。當(dāng)次級構(gòu)造破碎帶與含水裂隙相溝通并被坑道揭露后，則涌水量會增大，給生產(chǎn)造成不利影響甚至造成人員傷亡。

根據(jù)目前我國金屬礦山災(zāi)害發(fā)生率與井下避險系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，國內(nèi)金屬礦山災(zāi)變特征統(tǒng)計分析見表1。

表1 災(zāi)變特征統(tǒng)計分析

由表1可以得出，瞬時性災(zāi)害具有無法令人躲避，瞬間導(dǎo)致傷亡的特點，其所造成的個體瞬時傷亡是無法通過有效避災(zāi)措施避免。但造成群體傷亡的繼生災(zāi)害具有可感知性，有足夠的時間進行躲避撤離，因此是井下防災(zāi)減災(zāi)的重要對象?？茖W(xué)的建設(shè)井下避險系統(tǒng)，合理的布置避災(zāi)硐室，加強井下安全施工管理都將可以有效的減少人員傷亡。

2 國內(nèi)硐室建設(shè)問題

根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統(tǒng)”安裝使用和監(jiān)督檢查暫行規(guī)定的通知》文件精神，目前我國陜西、山東、福建、湖北、云南等省安監(jiān)部門已經(jīng)下達避險系統(tǒng)建設(shè)及驗收文件，部分金屬礦山已經(jīng)完成避災(zāi)硐室建設(shè)，并且通過了相關(guān)部門的驗收。

由于避險系統(tǒng)建設(shè)在我國屬于新生項目，地方各礦不具備相應(yīng)建設(shè)經(jīng)驗，而且國內(nèi)市場上承建單位及設(shè)計單位比較混雜，造成國內(nèi)避災(zāi)硐室建設(shè)呈現(xiàn)盲目性，而缺乏有效的科學(xué)督導(dǎo)。從而產(chǎn)生一些不切合實際的問題，大大減弱了避災(zāi)硐室在礦山災(zāi)害突發(fā)中井下礦工緊急避難的效用，存在問題如下。

1）硐室內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)備設(shè)施的技術(shù)參數(shù)、數(shù)量、安放位置等缺少合理計算與設(shè)計，需要進行整體設(shè)計優(yōu)化從而達到設(shè)備設(shè)施效用的最大化。

2）硐室建設(shè)政績化嚴重，浪費大量的人力、物力在硐室內(nèi)部裝修美化上，過于追求樣板示范工程。

3）按照國家規(guī)范模式化建設(shè)，沒有對各礦自身安全環(huán)境及隱患特點進行針對性設(shè)計。

4）不重視全礦井避災(zāi)路線與硐室相結(jié)合的合理化線路布置，反光標(biāo)志牌、引導(dǎo)繩等設(shè)施缺失或不明確。

5）礦方重點放在建設(shè)永久避災(zāi)硐室上，忽略了臨時避災(zāi)硐室在整體避險系統(tǒng)中與永久避災(zāi)硐室相輔相成的作用，臨時避災(zāi)硐室是緊急避險系統(tǒng)不可或缺的重要組成。

6）避災(zāi)硐室與礦井整體監(jiān)控監(jiān)測、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)緊密結(jié)合。首先要做到精確災(zāi)變預(yù)警，其次礦工互助合理逃避，才能發(fā)揮避災(zāi)硐室庇護的作用。

7）應(yīng)急預(yù)案設(shè)計不科學(xué)，缺乏針對災(zāi)變的真實演練，礦工缺少設(shè)備操作以及互助急救等知識及培訓(xùn)。

8）硐室建設(shè)驗收完成后，礦方疏于管理與維護，專人專崗不明確，致使避災(zāi)硐室形同擺設(shè)。

從目前國內(nèi)金屬礦山井下避災(zāi)硐室建設(shè)來看，針對金屬礦山災(zāi)害特征，因地制宜的對硐室內(nèi)部建設(shè)、設(shè)備設(shè)施的配置、救援預(yù)案的演練等進行科學(xué)合理的設(shè)計，從而對維持避險系統(tǒng)整體的運行效用至關(guān)必要。

3 硐室建設(shè)案例

3.1 安全環(huán)境分析

大尹格莊金礦緊急避險系統(tǒng)為山東省非煤礦山示范工程。床位于膠東半島的北部，其大地構(gòu)造處于華北地臺膠東臺隆之膠北隆起區(qū)，沂沭斷裂帶東側(cè)。其北部為龍口盆地，南部為膠萊坳陷。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，脈狀裂隙水做為主要礦床充水，因其補給條件差，對礦床開采不起威脅作用；降水對坑道涌水不會產(chǎn)生影響；礦區(qū)內(nèi)無較大的地表水體，對礦區(qū)開采則無威脅。礦井采用中央對角機械抽出式通風(fēng)方式，井下最低中段在－496m，溫度達到32℃，濕度達到80%。頂板條件整體較好，大面積采空區(qū)的頂板壓力有待監(jiān)測。

綜合分析得出，火災(zāi)是大尹格莊金礦容易發(fā)生的災(zāi)害，冒頂、透水災(zāi)害較易發(fā)生。因此對硐室的氣密性、內(nèi)部環(huán)境控制提出了嚴格的要求。

3.2 硐室建設(shè)案例

根據(jù)大尹格莊金礦現(xiàn)有安全環(huán)境與災(zāi)害特征，結(jié)合硐室內(nèi)避災(zāi)人數(shù)、設(shè)備優(yōu)化安置、室內(nèi)環(huán)境控制等因素，遵循“撤離優(yōu)先，避險就近”的原則［2－5］，對永久避災(zāi)硐室內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計圖見圖1。

圖1 硐室內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

避災(zāi)硐室技術(shù)參數(shù)詳見表2。

表2 避災(zāi)硐室技術(shù)參數(shù)表

硐室整體由過渡室、生存室、電源硐室、供氧硐室、衛(wèi)生間等結(jié)構(gòu)組成。

永久避災(zāi)硐室布置在穩(wěn)定的巖層中，避開地質(zhì)構(gòu)造帶、高溫帶、應(yīng)力異常區(qū)以及透水危險區(qū)，前后20m范圍內(nèi)巷道采用錨網(wǎng)噴支護，且頂板完整、支護完好，符合安全出口的要求。靠近輔運大巷，在通往主豎井的避災(zāi)路線上，易于得到救援，快速撤離到地面。

避災(zāi)硐室為半圓拱形截面，采用混凝土強度C30的錨網(wǎng)噴支護厚度100mm，硐室內(nèi)表面用白水泥沙漿抹面，硐室底板采用混凝土地面，混凝土強度等級為C20，地面貼防滑磚，硐室地面高于相鄰巷道底板500mm。

1）防護密閉系統(tǒng)：防護密閉系統(tǒng)包括防護墻和防護氣密門，第一道門墻滿足防護氣密要求，應(yīng)夠抗擊透水災(zāi)害下的最大靜水壓力并防止硐室外有毒有害氣體入侵。第二道門墻滿足氣密性，防止過渡室內(nèi)氣體滲入。

2）預(yù)埋管路：硐室外底板下預(yù)埋壓風(fēng)和供水管路、監(jiān)控監(jiān)測和動力電纜套管，硐室頂部預(yù)埋單向排氣管，底板表面預(yù)埋單向排水閥。

3）氣幕噴淋裝置：過渡室內(nèi)設(shè)置壓縮空氣幕和壓氣噴淋裝置，壓風(fēng)管路和壓縮空氣瓶匯流排相連接。當(dāng)硐室外壓風(fēng)管路不受破壞時，硐室防爆門打開啟動機械閥，聯(lián)通壓風(fēng)管路的高壓空氣，通過氣幕噴氣孔形成無形的氣簾，阻止硐室外有毒有害氣體滲入。關(guān)門后，空氣幕自行停止。避險人員進入到過渡室，站在壓氣噴淋裝置下，霧化噴頭噴出的強大氣霧可以吹散附著在人體衣物上的有害氣體，通過對有毒有害氣體的清洗，防止被帶入到生存室。

4）降溫除濕系統(tǒng)：避災(zāi)硐室內(nèi)為密閉空間，室內(nèi)溫度隨著避難人員新陳代謝產(chǎn)生的熱量和濕度而逐漸升高，因此硐室內(nèi)配備安全、高效的蓄冰制冷裝置。在風(fēng)機的吹動下形成氣流循環(huán)，高溫高濕氣體被蓄冰空調(diào)吸入，從排風(fēng)口吹出舒適冷氣，從而整體達到事宜人類生存的環(huán)境。

避災(zāi)硐室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)由溫度控制、濕度控制、有毒有害氣體去除和供氧系統(tǒng)共同組成。如表3所示。

表3 避災(zāi)硐室環(huán)境控制系統(tǒng)組成

5）硐室內(nèi)采用三級供氧：壓風(fēng)管路供氧、壓縮氧氣瓶供氧、壓縮自救器供氧。

6）避災(zāi)硐室內(nèi)配備獨立的內(nèi)外環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)突發(fā)災(zāi)變情況下硐室內(nèi)的避難人員實時對生存室內(nèi)外的 O2、CO2、CO、溫度、濕度、壓差進行監(jiān)測并超限報警。硐室內(nèi)安裝直通地面調(diào)度室內(nèi)的電話，視頻，擴播系統(tǒng)。最大限度保證災(zāi)變期間硐室內(nèi)遇難人員的安全和等待救援過程中的生存效率。

7）電源硐室內(nèi)配備了大容量不間斷電源，在硐室外電纜遭到災(zāi)變破壞的情況下能通過UPS電源對空調(diào)風(fēng)機、空氣凈化裝置、照明系統(tǒng)提供電力供應(yīng)。

8）為了給避難人員創(chuàng)造良好的生活環(huán)境，保證避難人員的健康安全。在避災(zāi)硐室內(nèi)設(shè)置儲物式座椅，硐室里配備壓縮食物、水、急救包、工具箱、擔(dān)架、滅火器、馬桶等輔助設(shè)施。

3.3 硐室整體性能檢測

在硐室整體檢測中，通信設(shè)施正常使用，儀器儀表參數(shù)平穩(wěn)，溫濕度較為舒適。

通過本次檢測得出以下結(jié)論：①根據(jù)試驗使用、消耗的壓縮氧、吸附劑、液態(tài)二氧化碳情況，通過剩余能力的計算，避難硐室的防護時間超過1.2×96h（其中1.2是備用系數(shù)）；②硐室內(nèi)的溫濕度較為適中，各類監(jiān)測傳感器無報警，通過抽取氣樣分析，各類傳感器監(jiān)測數(shù)值準(zhǔn)確、可靠。

檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4 檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）大尹格莊金礦為山東省非煤礦山示范工程，其耗資150余萬元。根據(jù)因地制宜的原則，硐室內(nèi)部為錨網(wǎng)噴支護且墻體刷暖色調(diào)噴漆，有效的減緩了避災(zāi)人員的內(nèi)心高度壓抑感和焦躁感。

2）硐室內(nèi)采用蓄冰制冷系統(tǒng)。通過科學(xué)合理計算，采用兩組蓄冰制冷空調(diào)進行制冷，在外接380V動力電纜遇災(zāi)變切斷后，可通過可通過硐室內(nèi)24V動力電源驅(qū)動風(fēng)機將蓄冰箱體內(nèi)冷風(fēng)流抽出，達到室內(nèi)降溫的要求。

3）硐室氣密性較好，且維持正壓狀態(tài)，防止火災(zāi)產(chǎn)生的有毒有害氣體侵入。硐室內(nèi)避災(zāi)人員生活而產(chǎn)生的有毒有害氣體可在硐室內(nèi)部通過循環(huán)過濾系統(tǒng)進行吸附，達到生存條件。

4）避災(zāi)硐室采取專人負責(zé)制。救援預(yù)案由礦長為第一負責(zé)人，并對避災(zāi)系統(tǒng)組織相關(guān)部門進行演練。

5）通過對大尹格莊金礦避災(zāi)硐室示范工程建設(shè)，極大的促進了山東省內(nèi)金屬礦山井下避險系統(tǒng)建設(shè)，提高了省域內(nèi)金屬礦山安全管理意識，對規(guī)范“六大系統(tǒng)”建設(shè)與運營起到了重要的推動作用。

［1］文永勝，方顏空，呂力行.地下金屬礦山災(zāi)害分析與防治［J］.礦業(yè)工程，2010（2）：47－49.

［2］AQ2033－2011.金屬非金屬地下礦山緊急避險系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范［S］.國家安全監(jiān)督管理總局.

［3］王濤，趙毅鑫，姜耀東，等.煤礦井下避難硐室設(shè)計與應(yīng)用［J］.煤礦開采，2011（4）：33－36.

［4］孫繼平.煤礦井下避難硐室與救生艙關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.煤炭學(xué)報，2011（5）：713－716.

［5］李磊，黃園月，寶海忠.金屬礦山井下壓風(fēng)自救系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計［J］.金屬礦山，2012（8）：130－132.