对煤矿井下永久避难硐室内部配置的研究

杨建华

佳木斯职教集团

对煤矿井下永久避难硐室内部配置的研究

杨建华

佳木斯职教集团

煤矿井下永久避难硐室在配置上应遵循可靠、实用的基本原则，其压风供氧、供水、供电和通信应从地面单独引入硐室，在硐室入口密闭的条件下，这样的避难硐室可在发生矿难的第一时间内迅速由地面向硐室内的避难人群提供可靠德 压风供氧，有效地避免由于矿难救助时间长，自备氧耗尽所导致的井下避难人员的大量伤亡。

矿井；永久避难硐室；避灾系统

前言

硐室是“岩石里面的房屋”之意，当我们在煤矿的矿井岩层中打通一定的空间，两侧安装好防爆密闭门，向硐室内通入可供人呼吸的氧气（也就是“压风”），配之以水、电、食物，它就构成了一个井下避难所，在矿难发生时能有效地防止井下工作人员的大量伤亡。这种避难所在国际采矿业已经普遍运用。且收效良好，已经报道的智利矿难就说明了这种场所的避险作用。按照这种避险基本思路，我国也在各大矿区全力推广井下可移动式救生舱和建立井下永久避难硐室，其原理相同，但由于井下永久避难硐室易于煤矿自行施工，容量大、成本较低，故成为各个煤矿的避险设施的首选。

本文在硐室内部设施配置上对当前我国井下永久避难硐室内部配置的基本现状进行一下简单的分类，并给予了基本分析，在此基础上对各类配置进行对比，从中找出笔者认为比较合理的基本配置作为我本人对煤矿井下避难硐室在内部配置上的研究结论，供各级管理部门、设计部门及使用部门进行参考，如有谬误，请多指教。

一、当前煤矿井下避难硐室各类配置的基本现状

在成此文之前，笔者对我国煤炭大省山西、陕西的部分煤矿进行了走访并实地参与了井下避难硐室的安装。对于永久避难硐室，它应该包含如下基本因素：

1、在井下岩层中掘出空间（打洞），通常都在距地面大于200米的岩层中。

2、掘后按照土建施工图纸进行施工，一般都为两层，第一层为锚喷，厚度约为100mm；第二层为混凝土发碹，厚度约为600mm。形成的硐室大多为三间，中间为主硐室，供避难人群休息，两侧为过渡硐室，用以容纳硐室的主要设备（如气瓶、过滤器等）。

3、都有两道防爆密闭门和两道密闭门，且经过防爆冲击试验为合格品。

4、都具有保持硐室内外气压平衡的排气系统，且整个硐室具有排水系统、压风系统、供水系统、照明系统、通信系统。

上述几条是煤矿井下用久避难硐室构成的基本要素，如果土建施工达不到上述要求的则不能称为永久避难硐室。

通过对山西临汾矿区和陕西华亭集团的一些煤矿的走访，所到之处的永久避难硐室都基本满足上述基本要求，因此在配置的研究上具备了基本前提。

永久避难硐室，土建的结构形式大同小异，但在内部设施的配置上却有着很大的差异，笔者走访的临汾矿区的7个煤矿和华庭集团的3个煤矿中硐室配置的基本状况如表1所示：

表1、10家煤矿永久避难硐室配置状况

由上表看出，地面打孔的有两家，而巷道接入的有8家。所谓地面打孔是指用钻机从地面钻孔然后下入内径不小于300mm的无缝钢管做孔壁，将压风管、供水管、照明电缆、通信电缆从地面经打通的孔道直接送入硐室，一切由地面供给。这样做的好处是不管矿难中巷道破坏的有多么严重，供给硐室的压风、水、电均不受影响，是一种可靠的配置，缺点是成本较高。而巷道接入是指整个硐室的压风、供水、供电、通信均从井下的压风、供水、供电、通信系统中接入。如果矿难中井下系统遭到破坏，将危及到硐室，一旦硐室的自备氧消耗完毕之后，避难人群的生命保障便有后顾之忧。因为一旦井下发生瓦斯爆炸，爆炸之后其有毒气体消散的时间非常缓慢，或者是井下有水灾时更给救援带来了不便。因此，当众多的避难人群消耗掉自备氧气之后，而可供呼吸的压风供氧系统又在爆炸中被摧毁，则硐室内的人群呼吸便无法维持下去，会产生严重的后果。

这是我们根据煤矿井下状况所遇到的基本分析，但在实际的硐室施工过程中，有很多矿井其作业巷道距离地面较远，尤其是黑龙江的煤矿，很多在井下采取多水平掘进、由地面打孔，钻孔距离有的高达700-800米，透过岩层的钻孔成本较高，费时费力，所以压风的引入也是难度较大，地面的情况地面下部的地质状况以及高昂的打孔成本都决定地面打孔对某些煤矿的确存在较大的困难。

当压风、供电、供水、通信系统由地下巷道直接引入时，其施工方便，成本低，加之硐室的内部又配备了可供避难人员呼吸120小时的自备氧气，所以很多煤矿采用巷道接入压风、供水、供电、通信系统，这也是根据煤矿自身情况的一种选择，笔者认为它避险可靠率在80%，因为通常在120小时之内救援人员是可以抵达矿难现场的。

在硐室内部避险设施的配置上，有70%的煤矿选择了安装空调系统，其作用是降温除湿与空气净化，其冷却方式无论是二氧化碳CO2制冷还是蓄冰制冷，笔者认为都不是避难硐室的主要配置，最关键的配置还是压风的可靠性问题。当生存得到保障时，再简易的内部配置同样可以达到避难救命的功能。这是本文所要表达的基本观点。

二、对井下永久避难硐室的配置类型的基本研究

1、煤矿井下永久避难硐室的内部配置的基本内容

按照国家对煤矿井下避难硐室的基本要求，通过设计实践，笔者认为井下永久避难硐室内部配置的基本内容由如下基本要素构成：

①硐室的避险人员的数量，它决定了一个硐室是采用实用配置还是采用高标配置。

②矿井的危险状况，是否为“煤与瓦斯突出”矿井，也就是说危险级别不同，其硐室内部配置上决定是否加装一些选装件，如空气净化装置、降温装置（空调机）、人员定位装置。

③内部的压力调节及排水系统，其压力调节至少要有两套手动泄压装置，目前又有新的自动泄压装置来对硐室内部气压进行调节。

④所有硐室都必须有压风与气幕喷淋装置、手动泄压装置、自动排水装置、照明装置、自救装置（自救器）、休息座椅、供水系统，因为这是维持生命必须的基本条件。

2、配置类型

所谓配置类型笔者认为有如下类型可供制作标书时参考：

①地面打孔型，这类硐室内部配置时可考虑适当减少选装件，一般考虑到成本可不设降温除湿（空调）和供氧装置，应能容纳较多人数（80-100人），这类配置也成为实用性配置。

②标配型，所谓标配，是指配置空调机完成降温并完成空气净化，内部还配备自备氧（瓶装）并设有压缩空气保压系统，另外室内还必须配置自动泄压装置。

③低配型，所谓低配型是指在配置上除了压风和气幕喷淋装置、斜压系统、排水系统、供水供电通信系统外，其余均不配置，此类硐室配置低、造价低，但基本功能尚可，属经济型永久硐室，由煤矿根据自身情况确定。

3、说明

煤矿井下避难硐室的内部配置，当前国际上和国内均无成型的经验和规范，除了国家安监局对井下避难设施有一个初步的基本要求外，具体细节，各种形式均无详细的规范，很多问题都是通过边设计、边施工、边改正来使配置尽量趋于合理，笔者从设计到安装的全过程中，逐步体会到一个永久性的井下避难硐室的内部配置是非常关键的，它涉及到整个硐室在避险中的成效。因此笔者对该配置的初步研究知识表达了本人的观点，希望能够抛砖引玉，启迪智者。

三、本文的主要观点和结论

煤炭是国民经济中的主要能源，但煤炭的生产往往伴随着一定的危险性，在煤与瓦斯突出的矿井中，瓦斯浓度高，当井下发生瓦斯爆炸时会危及到井下工作人员的生命安全。随着党的“以人为本”的政策实施，政府正在密切关注煤矿矿工的作业安全，井下永久避难硐室就是体现了关爱矿工的生命安全。目前，全国煤炭系统都在认真贯彻中央的“煤矿建设井下避险设施”的指示精神，修建井下避难硐室，由专业生产厂家制造井下避难硐室设备并现场安装，同时负责井下工作人员进行硐室使用的培训。在对井下避难硐室内部设施的配置上，通过设计和调查研究，我个人认为在井下永久避难硐室的配置上尽量遵守如下配置原则：

1、尽量在人数上应达到80-100人的容纳规模，以降低土建成本。

2、一般情况下尽量采用标准配置，使硐室内部设施配置齐全，以提高生存质量。

3、为便于硐室管理和维护，最大限度地降低硐室造价，亦可采用低配置硐室，虽然该类硐室没有空调系统、没有自备氧气和压缩空气补压系统，但其压风和气幕喷淋系统、供水排水系统、供电系统、通信系统完备，仍然可以具备避险的基本功能，这对于大矿、多硐室分布是比较理想的经济配置形式。

上述三条是我个人在硐室的设计和安装过程中通过井下实践，考察所形成的井下永久避难硐室内部设施配置的基本观点，愿与业界同仁和煤矿的朋友们进行交流，以便推陈出新，形成合理的硐室配置机制。

下面，本文就井下永久避难硐室内部设施配置这个研究课题给出我个人的结论：

第一条：井下永久避难硐室是为了矿难避险而建设，因此，千头万绪归根结底就是一句话，“进入硐室，生命无忧”，故压风系统必须可靠。在配置上应首选地面向硐室直接打孔送风、水、电。

第二条：推荐低配硐室，简化硐室管理、维护、保养并降低硐室造价。

第三条：必须配置足够的救生食品和饮用水，一般应保证120小时的身体消耗（5天5夜），不能低于这个配置数。

[1]关于煤矿井下紧急避险系统建设管理有关事项的通知，国家煤矿安监局，2012-1-20

[2]闻邦椿.机械设计手册.机械工业出版社，2012-07

[3]煤矿安全手册，国家安全生产监督管理总局，煤炭工业出版社，2005-12-01

所以该零件的凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在之间。

⒉制件的中间冲孔部分以凸模为基准，配做凹模，则

所以该零件的凹模刃口各部分尺寸按上述凸模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在之间。

㈤ 计算制件的压力中心

此工件的形状较为复杂，且为不规则图形，为了保持压力机滑块和模具的受力中心一致，避免压力机的导轨急剧摩擦，缩短寿命，必须计算工件的压力中心。

根据公式

三、制件冲压模具的设计构成

㈠模架的选取

模架采用后侧导柱导套的形式

⒈上下模板的选取

上下模板材料均选用HT200：上模板的尺寸为：240*200*50（mm）

下模板的尺寸为：240*200*60（mm）

⒉导柱、导套、模柄的选取

导柱的尺寸规格选用直径为40h6*200*58 (mm)

导套的尺寸规格选用直径为40*95 (mm)

模柄的尺寸规格选用直径为60*180 (mm)

㈡凸模、凹模、凸凹模的尺寸选取

凸模的长度取60(mm)，用固定板进行化学固定，由于直径为22 (mm)的冲头尺寸较大，长期冲压可能松动或脱落，故设计一个螺钉进行固定，螺钉的规格选用M6*20(mm)。凹模的厚度取40(mm)，凹模采用螺钉和销固定，螺钉的尺寸规格为M8*45(mm)，销的尺寸取直径8*40 (mm)。凸凹模的凹模刃口尺寸取9(mm)。

㈢固定板、垫板的选取

固定板的厚度取20(mm)，垫板的厚度取15(mm)

㈣卸料装置的选取

顶板的厚度为10(mm)推件器的厚度为14(mm)，推件器和顶板之间采用螺钉固定，螺钉的规格为M6*15(mm)，卸料板的厚度为15(mm)，卸料板采用卸料螺钉固定在上模座上，卸料螺钉的规格为M8*45(mm)。卸料力采用橡皮施加，橡皮直径的计算如下：

F --所需工作压力 P - -压缩10~35%时的饿单位压力

㈤定位装置的选取

条料的送进过程中采用三个活动挡料销进行定位，活动挡料销的规格为直径10*20(mm)，弹簧选用为直径1．2*12*35(mm)。

参考文献

[1]彭文生，黄华梁，王均荣，黎桂英主编.机械设计.长沙：湖南科学技术出版社，1993

[2]吴宗泽主编.机械结构设计.北京：机械工业出版社，1988

[3]徐灏主编.机械设计手册.北京：机械工业出版社，1991