賈豐杰

(馬鋼姑山礦業(yè)公司白象山鐵礦)

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白象山鐵礦安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)優(yōu)化

賈豐杰

(馬鋼姑山礦業(yè)公司白象山鐵礦)

摘要金屬非金屬礦山六大系統(tǒng)建設(shè)是保障安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，根據(jù)白象山鐵礦六大系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，總結(jié)出系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)存在的問題，并從經(jīng)濟(jì)性、簡易性、可靠性角度提出了對系統(tǒng)相關(guān)模塊的優(yōu)化建議，為今后類似礦山六大系統(tǒng)的建設(shè)和設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論與現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

關(guān)鍵詞金屬非金屬礦山六大系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

白象山鐵礦是姑山鐵礦區(qū)內(nèi)的一個(gè)大型礦床，批準(zhǔn)地質(zhì)儲量B+C級1.05億t，D級0.41億t，設(shè)計(jì)原礦產(chǎn)量200萬t/a。礦區(qū)地層自新至老有第四系沖坡積層、白堊系下統(tǒng)上火山巖組、侏羅系中下統(tǒng)象山群和三疊系上統(tǒng)黃馬青組，主礦體主要賦存在閃長巖與砂頁巖接觸帶部位的內(nèi)帶—正帶，其形態(tài)主要受背斜控制，橫向呈平緩拱形，產(chǎn)狀與圍巖基本一致，由于礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層涌水裂隙帶多，目前采用安全性較高的充填采礦法。

白象山鐵礦六大系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循國家安監(jiān)總局2011年9月1日實(shí)施的《金屬非金屬地下礦山六大系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》 (AQ[2031～2036]—2011)[1]，系統(tǒng)覆蓋范圍包括-390 m(采區(qū))、-450 m(采區(qū))、-495 m(運(yùn)輸系統(tǒng))、-540 m(溜破系統(tǒng))、-583 m(溜破系統(tǒng))、-643 m(溜破系統(tǒng))6個(gè)水平，為保證礦山安全生產(chǎn)，需完善監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、緊急避險(xiǎn)、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò)六大系統(tǒng)建設(shè)，以防礦山發(fā)生災(zāi)害時(shí)，能為井下逃生人員提供緊急避險(xiǎn)與應(yīng)急自救場所，爭取救援時(shí)間[2-4]。通過分析白象山鐵礦六大系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題，提出了相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，為金屬非金屬礦山六大系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

1.1有毒有害氣體離線與在線監(jiān)測

白象山鐵礦監(jiān)測系統(tǒng)分為離線監(jiān)測和在線監(jiān)測兩部分，其中離線監(jiān)測部分采用M2型二合一便攜式氣體檢測報(bào)警器；在線監(jiān)測部分主要由各類礦用井下傳感器、KJ350-F型監(jiān)控分站及井上監(jiān)控中心站組成。

白象山鐵礦井下有害氣體的主要來源是CO及爆破后產(chǎn)生的NO2，為了防止在井下采區(qū)正常作業(yè)的人員發(fā)生中毒事故，特別是爆破作業(yè)后，作業(yè)人員可攜帶離線便攜式報(bào)警器從上風(fēng)流方向進(jìn)入采區(qū)，一旦報(bào)警，人員應(yīng)立即撤離采區(qū)，直至不再報(bào)警，方可進(jìn)入采區(qū)工作。

白象山鐵礦井下在線氣體監(jiān)測主要針對-390,-450 m采礦巷道及回風(fēng)巷的CO、NO2氣體在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。同時(shí)在線檢測還有避險(xiǎn)硐室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、大氣壓、CO濃度、CO2濃度、O2濃度。

基于白象山鐵礦有毒有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)，由于其采區(qū)發(fā)生氣體爆炸的危險(xiǎn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤礦，因此在傳感器采購與鋪設(shè)時(shí)，根據(jù)巷道有毒有害氣體的主要構(gòu)成，有針對性的采購氣體監(jiān)測傳感器，并在必要的地點(diǎn)安裝好報(bào)警裝置，例如金屬非金屬礦山地下爆破器材庫、材料庫、避險(xiǎn)硐室、井下油庫等危險(xiǎn)場所必須嚴(yán)格監(jiān)測監(jiān)控，優(yōu)化監(jiān)測設(shè)備的使用數(shù)量，將安全投入的設(shè)施發(fā)揮出合理的效能，避免資源浪費(fèi)。

1.2主風(fēng)機(jī)、輔扇、局扇參數(shù)監(jiān)測

白象山鐵礦主要對-390 m總回風(fēng)巷道處的主風(fēng)機(jī)工作參數(shù)、開停狀態(tài)，其他各分層采區(qū)主回風(fēng)巷道，溜破系統(tǒng)回風(fēng)巷道，局扇開停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。其總進(jìn)、回風(fēng)巷道風(fēng)速限定在8 m/s以內(nèi)，采區(qū)巷道風(fēng)速不得小于0.15～0.25 m/s。

通過主要地點(diǎn)的通風(fēng)設(shè)備監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，將主風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)的風(fēng)機(jī)特性參數(shù)與六大系統(tǒng)的通信系統(tǒng)整合，數(shù)據(jù)直接傳入地表調(diào)度，地表調(diào)度可實(shí)時(shí)觀測主風(fēng)機(jī)的參數(shù)變化，對整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控更加便利，其余各主要通風(fēng)節(jié)點(diǎn)，如溜破系統(tǒng)風(fēng)機(jī)點(diǎn)、主風(fēng)流巷道安設(shè)輔助風(fēng)機(jī)點(diǎn)等位置在條件允許時(shí)，可考慮將各監(jiān)測風(fēng)機(jī)點(diǎn)的傳感器參數(shù)通過六大系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控信號線直接傳入地表調(diào)度。

1.3視頻監(jiān)測監(jiān)控

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合白象山鐵礦的實(shí)際情況，井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮2個(gè)方面：對提升人員的井口信號房、提升機(jī)房以及井口、馬頭門(調(diào)車場)等人員進(jìn)出場所進(jìn)行視頻監(jiān)控;對緊急避險(xiǎn)設(shè)施及井下爆破器材庫、油庫、中央變電所等主要硐室進(jìn)行視頻監(jiān)控。安裝在火工品倉庫和油庫的視頻設(shè)備應(yīng)是本質(zhì)防爆型設(shè)備。

視頻監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備安裝位置有效，危險(xiǎn)場所及人員密集場所是視頻監(jiān)測監(jiān)控的重點(diǎn)，將各視頻信號的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行歸類，如提升系統(tǒng)監(jiān)控、危險(xiǎn)物品倉庫監(jiān)控、變配電所監(jiān)控、水泵房監(jiān)控等，便于調(diào)度中心對所屬片區(qū)的安全性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控確認(rèn)。

2人員定位系統(tǒng)

2.1地表人員考勤系統(tǒng)

地表人員考勤系統(tǒng)利用虹膜識別裝置采集本礦職工虹膜信息作為其入井的依據(jù)，對于未進(jìn)行虹膜信息登記及外來非法入井人員，在虹膜識別時(shí)，會(huì)取消其入井資格，并發(fā)出報(bào)警信號。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，虹膜識別系統(tǒng)靈敏度不高，操作復(fù)雜，易耽誤人員的上下罐時(shí)間，本礦也在考慮改進(jìn)考勤系統(tǒng)。因此，在六大系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，這部分系統(tǒng)應(yīng)盡量采用指紋識別或人臉識別系統(tǒng)，避免因采用靈敏度低的系統(tǒng)造成考勤不及時(shí)、井口人員滯留，影響職工上下井效率。

2.2入井門檢系統(tǒng)

下井人員在進(jìn)行虹膜識別取得下井資格后，進(jìn)入門檢系統(tǒng)，此系統(tǒng)的功能是禁止入井人員私自攜帶炸藥、雷管、危險(xiǎn)物品入井而實(shí)施檢查，保證井下作業(yè)的安全性。

2.3人員定位查找及報(bào)警系統(tǒng)

井下出現(xiàn)緊急情況時(shí)，帶卡人員(定位卡具有唯一性)可以通過標(biāo)識卡的報(bào)警按鈕(連續(xù)按住3 s以上視為報(bào)警)主動(dòng)將緊急情況通知地面系統(tǒng)，地面系統(tǒng)接到緊急呼救后，采取應(yīng)急援救方案。當(dāng)有報(bào)警時(shí)，調(diào)度中心監(jiān)控界面立即彈出報(bào)警框，顯示報(bào)警類型、報(bào)警人員姓名、所在的位置區(qū)域等信息，并通過音響實(shí)時(shí)播報(bào)。此外，對諸如炸藥庫、中央水泵房、變電所設(shè)置了普通職工禁區(qū)報(bào)警，當(dāng)未授權(quán)職工進(jìn)入這些場所時(shí)，地表調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示管理人員采取相應(yīng)措施，或觸發(fā)相關(guān)點(diǎn)的廣播系統(tǒng)，播放提示音提醒非法進(jìn)入人員。

人員定位系統(tǒng)在本礦應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，其定位基站的安裝位置十分重要，由于金屬非金屬礦山井下都采用車輛運(yùn)礦，移動(dòng)設(shè)備對定位基站的誤撞事故時(shí)有發(fā)生，井下安裝基站時(shí)，盡量避免車輛運(yùn)輸匯車岔口、車輛頻繁出入的地點(diǎn)，可向巷道內(nèi)開鑿平臺存放定位基站，將有效保證人員定位系統(tǒng)的安全性，大大降低因車輛誤撞對人員定位基站維修的高額費(fèi)用。

3通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

3.1井下有線通訊系統(tǒng)

金屬非金屬地下礦山應(yīng)根據(jù)安全避險(xiǎn)的實(shí)際需要，建設(shè)完善有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，宜建設(shè)無線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)作為有線通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的補(bǔ)充；井底車場、馬頭門、井下運(yùn)輸調(diào)度室、主要機(jī)電硐室、井下變電所、井下各中段采區(qū)、主要泵房、主要通風(fēng)機(jī)房、井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施、爆破時(shí)撤離人員集中地點(diǎn)、提升機(jī)房、井下爆破器材庫、裝卸礦點(diǎn)等地點(diǎn)應(yīng)安裝通信聯(lián)絡(luò)終端設(shè)備。

白象山鐵礦內(nèi)部擁有自備的一套電話系統(tǒng)，其與六大系統(tǒng)井下有線通訊(電話)系統(tǒng)構(gòu)成了井下與地表調(diào)度室互聯(lián)互通的雙保險(xiǎn)通訊安全保護(hù)。

3.2井下無線通訊系統(tǒng)

白象山鐵礦借助每隔200 m設(shè)定的無線基站，利用開放的WiFi協(xié)議，通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)井下無線通訊。

在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，井下運(yùn)輸系統(tǒng)對無線通訊的依賴性較高，電話通訊因其不具備及時(shí)性，給運(yùn)輸線點(diǎn)的職工通訊帶來了延時(shí)與不便，此外，無線通訊易受到井下環(huán)境(溫度、濕度、信號干擾)影響，或發(fā)生信號基站的不穩(wěn)定、信號線刮擦損壞情況，給無線通訊的可靠性帶來了威脅，同時(shí)間接帶來了井下運(yùn)輸?shù)牟话踩裕虼?，金屬非金屬礦山在重點(diǎn)路段無線裝置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮周圍環(huán)境的影響因素，采取增加基站、提高信號線路安全性與可靠性等技術(shù)措施，保證無線通信的暢通。

3.3地表及井下有線廣播通訊系統(tǒng)

根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局文件規(guī)定，井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)不可代替原有有線電話調(diào)度系統(tǒng)，其只可作為電話調(diào)度系統(tǒng)的有效補(bǔ)充，各金屬非金屬礦山應(yīng)根據(jù)自身礦山的水文地質(zhì)特點(diǎn)，安裝有線廣播通訊系統(tǒng)。

白象山鐵礦是富水礦山，在地表及井下主巷道安裝廣播系統(tǒng)，用以提高礦山生產(chǎn)者在應(yīng)對井下突水、火災(zāi)等事故發(fā)生時(shí)的逃生能力，事故發(fā)生后可以通過調(diào)度指揮中心(廣播系統(tǒng)控制中心)安排，由井下廣播終端定點(diǎn)、定區(qū)域或全體廣播，幫助井下生產(chǎn)人員及時(shí)安全撤離至指定安全地點(diǎn)，避免人員傷亡，有效降低礦山事故發(fā)生時(shí)的影響范圍。

4緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)

根據(jù)白象山鐵礦富水實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了井下各分層的避災(zāi)硐室，以-450 m分層為例，其避災(zāi)硐室主要包括過渡室、生存室、耳室、設(shè)備硐室；避災(zāi)硐室在同一條巷道中布置2個(gè)應(yīng)急安全出入口，出入口的間距不小于20 m且安裝防火、防水門各1道，設(shè)計(jì)2個(gè)出入口主要考慮災(zāi)變期間分散進(jìn)入硐室的人流量，保證人員在短時(shí)間內(nèi)能撤離至硐室；同時(shí)方便日常通風(fēng)維護(hù)，開啟入口防護(hù)門，空氣形成對流，無需局扇強(qiáng)吹。硐室內(nèi)由壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、空氣凈化及除濕系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、身命保障系統(tǒng)組成，可容納100人，人員生存時(shí)間按照國家要求不低于96 h。

避難硐室的選址非常重要，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合礦山水文地質(zhì)條件、生產(chǎn)中段在地面最低安全出口以下垂直距離、距中段安全出口實(shí)際距離3個(gè)條件。硐室內(nèi)的設(shè)備等安全裝置在密閉系統(tǒng)(防水、防火門)未安裝前應(yīng)提前進(jìn)入硐室。

5壓風(fēng)自救系統(tǒng)

白象山鐵礦井下所使用的氣動(dòng)設(shè)備(風(fēng)鉆、鑿巖機(jī))的生產(chǎn)供風(fēng)系統(tǒng)與壓風(fēng)自救系統(tǒng)有效聯(lián)合運(yùn)用，節(jié)省了單獨(dú)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的成本，其壓風(fēng)管道主體經(jīng)回風(fēng)井地表空壓機(jī)房進(jìn)入井下主進(jìn)、回風(fēng)巷道，再由各主巷向各分層的采區(qū)、盤區(qū)進(jìn)行壓風(fēng)管路的延伸，以滿足井下壓風(fēng)自救與井下生產(chǎn)供風(fēng)的需要。本礦要求其生產(chǎn)供風(fēng)正常情況下，壓風(fēng)自救系統(tǒng)的出口風(fēng)壓限定在0.09～0.7 MPa，單個(gè)壓風(fēng)閥單人所需的新鮮空氣為100～150 L/min，約為單人每分鐘耗氣量的2倍以上，主巷內(nèi)每隔300 m 設(shè)置一套由三通、閥門、壓風(fēng)自救裝置所組成的壓風(fēng)自救站，運(yùn)輸巷道、采區(qū)等其余路段根據(jù)實(shí)際情況安裝自救站。

金屬非金屬礦山在壓風(fēng)自救系統(tǒng)與生產(chǎn)供風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)用時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)井下風(fēng)壓不足的情況，為了解決這種情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)計(jì)好井下壓風(fēng)管路的走線，避免輸送路線過長、轉(zhuǎn)彎過多，同時(shí)應(yīng)做好通風(fēng)管道的日常維護(hù)與設(shè)計(jì)選型工作，配備合適的地表空壓機(jī)，保證井下風(fēng)壓的穩(wěn)定性，地表應(yīng)配備備用空壓機(jī)。

6供水施救系統(tǒng)

白象山鐵礦供水施救系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與壓風(fēng)自救系統(tǒng)基本一致，其與內(nèi)部的生產(chǎn)、消防供水共用一套系統(tǒng)，由地表的高位水池實(shí)現(xiàn)地表通往井下各主巷道的供水，再由各主巷道向各個(gè)分層的采區(qū)、盤區(qū)輸送。本礦要求在滿足生產(chǎn)用水的前提下，按照壓風(fēng)自救系統(tǒng)的布置要求，在相應(yīng)的壓風(fēng)自救站附近安裝由支管、閥門組成的供水施救系統(tǒng)分站。

金屬非金屬礦山供水施救系統(tǒng)的安裝應(yīng)與壓風(fēng)自救系統(tǒng)保持一致，供水施救系統(tǒng)的水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，在無法銜接好生產(chǎn)供水系統(tǒng)與供水施救系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將2個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立安裝，保證水體飲用時(shí)的安全性。

7結(jié)語

(1)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將井下主要有毒有害氣體危險(xiǎn)區(qū)域、主要通風(fēng)設(shè)備參數(shù)監(jiān)測區(qū)域與視頻監(jiān)控區(qū)域通過數(shù)據(jù)傳輸至地表，將增加井下通風(fēng)系統(tǒng)、易燃易爆區(qū)域安全管理的可靠性，降低管理人員在現(xiàn)場巡檢次數(shù)，提高安全管理效能。

(2)人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用合理的考勤系統(tǒng)，避免人員滯留；應(yīng)充分規(guī)劃好井下定位設(shè)備安裝位置，避免在匯車口、彎道處安裝，保證設(shè)備可靠、持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低車輛碰撞等不安全因素造成設(shè)備無法運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)以及設(shè)備損毀所產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用。

(3)井下無線通信對于運(yùn)輸系統(tǒng)十分重要，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮重點(diǎn)運(yùn)輸路段無線溝通的安全性與可靠性，采取增加基站、選擇可靠基站安裝位置等措施，確保電機(jī)車運(yùn)礦安全，提高生產(chǎn)效率。

(4)壓風(fēng)自救系統(tǒng)管線布置應(yīng)避免路線過長、轉(zhuǎn)彎過多而造成井下風(fēng)壓下降，影響井下應(yīng)急救援供風(fēng)與生產(chǎn)供風(fēng)。

(5)金屬非金屬礦山可以將監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通訊聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合、資源共享，達(dá)到三網(wǎng)合一的效果；將壓風(fēng)自救系統(tǒng)與生產(chǎn)供風(fēng)系統(tǒng)合二為一；將供水施救系統(tǒng)與生產(chǎn)、消防用水系統(tǒng)合三為一；有效降低系統(tǒng)整體的復(fù)雜性，減少因單獨(dú)設(shè)置系統(tǒng)而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]毛春雷,許暉.金屬礦山安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路[J].金屬礦山,2012(5):126-129.

[2]徐洪斌.無線定位技術(shù)在地下金屬礦監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2011.

[3]王雪莉,盧才武，顧清華，等.無線定位技術(shù)及其在地下礦山中的應(yīng)用[J].金屬礦山,2009(4):121-123.

[4]譚細(xì)軍.金屬非金屬地下礦山六大系統(tǒng)建設(shè)原則[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011(9):52-54.

(收稿日期2015-11-06)

賈豐杰(1981—),男,工程師，243000 安徽省馬鞍山市。