井下紧急避险系统知识(PPT)-01.ppt

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1、1,井下紧急避险系统知识 主讲人：金龙哲 教授/博导 单 位：北京科技大学 信 箱: ,2,矿山井下避难所的定义与基本功能,国内外矿山井下避难所建设情况,矿井可移动式救生舱的构成,1,2,3,矿井避难峒室及避险系统的应用,4,主讲内容,3,The Maintenance of a Safe and Breathable Atmosphere in Permanent Refuge Bays and Portable Rescue Chambers! Have become an integral part of the escape and rescue strategies in under

2、ground mines. The primary function of refuge bays is to sustain life in the event of underground incidents, e.g. rock falls, fires, water，explosion etc. by preventing the ingress of noxious gases and providing a source of respirable air. 为永久性和便携式安全救生舱提供一个安全的和可以呼吸的环境！ 安全救生舱的基本功能是一旦井下发生岩崩、火灾、透水、爆炸等事件时

3、，能够防止有毒气体的进入，并提供呼吸空气的来源，以保持生命。 已经成为井工矿逃生和救援策略的一个必要的部分。,1、矿山井下避难所的定义与基本功能,4,煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定,4.煤矿井下紧急避险系统是指在煤矿井下发生紧急情况下，为遇险人员安全避险提供生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体。紧急避险系统建设的内容包括为入井人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案等。 5.井下紧急避险设施是指在井下发生灾害事故时，为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障的密闭空间。该设施对外能够抵御高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内提供氧气、食物、水，去除有毒有害气体，创

4、造生存基本条件，为应急救援创造条件、赢得时间。紧急避险设施主要包括永久避难硐室、临时避难硐室、可移动式救生舱。 永久避难硐室是指设置在井底车场、水平大巷、采区（盘区）避灾路线上，具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室，服务于整个矿井、水平或采区，服务年限一般不低于5年。 临时避难硐室是指设置在采掘区域或采区避灾路线上，具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室，主要服务于采掘工作面及其附近区域，服务年限一般不大于5年。 可移动式救生舱是指可通过牵引、吊装等方式实现移动，适应井下采掘作业地点变化要求的避险设施。,5,1、矿山井下避难所的定义与基本功能,瓦斯爆炸过程后，矿井中氧气浓度下降，燃烧生成大量的CO2

5、和H2O，不完全反应产生的CO浓度一般也达到1000ppm以上，成为井下人员伤亡的主要因素之一。 灾后缺氧环境（ 16%）、有毒有害气体环境（CO、HCN、HF、H2S、HCl、NH3、SO2、Cl2、COCl2、NO2 ）、高温烟气（火焰锋面温度可达到21502650）、二次爆炸冲击（可达2MPa以上）等危害是造成人员伤亡的主要原因。,正常矿井环境 O2：20.85% CO2：0.03% CO: 24ppm H2O: 0.5% N2: 78.62%,灾变,灾后矿井环境 O2：15.3% CO2：3.6% CO: 10004000ppm H2O:6.2% N2: 74.9%,据统计，在瓦斯煤尘

6、爆炸事故中，死于CO中毒或窒息的人数占总死亡人数的80%以上。,6,2、国内外矿山井下避难所建设情况,通过调研发现，南非、加拿大、美国、澳大利亚等采矿业发达国家，对矿井事故的应急救援工作十分重视，将应急避难所和救生舱作为地下矿山应急救援工作的重要部分进行了大量的研究，并有了多次成功营救的经验。 例如，2006年12月美国西弗吉尼亚发生矿难后（12人被困，11人死亡），各州政府即制定了相关标准与法规，要求井下必须装置救生舱或避难所，2008年12月31日美国联邦政府在“地下煤矿强制安全标准（修订版） ”中 专门制定了矿用救生舱的标准。,7,2、国内外矿山井下避难所建设情况,目前，国外主要采煤国家

7、使用的应急避难所主要有以下三种类型： 永久性固定避难所（Permanent Chamber）：在矿井巷道两侧地层中直接挖掘而成，主要布置在主巷或逃生路线上。利用贯穿到地面的钻孔，向避难所内持续提供输送新鲜空气，并实现与地面的通讯。 临时性固定避难所（Temporary Chamber）：在矿井工作面附近的巷道或煤层中挖掘而成，依靠氧气瓶等设备为避难所提供一定时间的氧气。当该工作面停产后，临时性避难所即被废弃，避难所内密封门、氧气瓶、通讯、监测仪器等设备被转移到新的临时避难所中。 可移动式救生舱（Portable Chamber）：多数为舱体式结构，具有行进装置或者吊装、拖曳部件，能在巷道中移动

8、，随工程进度不断改变位置。氧气瓶、通讯、监测仪器等设备均安装在舱体内。,8,Air, Water and Food,Air Tanks,Oxygen Tanks,Packed Shelter,软体式救生舱,9,机械结构：国外应急救生舱多数为整体式结构，舱体体积较大，欧洲某种型号可容纳15人的应急救生舱规格达到8m（L）2.4m（W）2.5m（H）；澳大利亚某公司的产品拥有可容纳4人、8人、12人、15人、20人、30人的6种规格。 防护设计：国外应急救生舱多数只为隔绝有毒有害气体，舱体防护仅采用单层钢结构，隔温与防爆能力有限（如，美国救生舱承受的爆炸波压力为0.6MPa）。 使用材料：国外大部

9、分硬体救生舱的制造采用了钢质材料；软体舱多采用乙烯基等聚合材料或橡胶材料，在矿井灾变高温环境下，这些材料有可能分解生成某些有毒有害气体在救生舱内部扩散。,（1）国外救生舱特点,10,移动方式：救生舱的移动方式主要有吊装、车轮、滑靴底拖、叉车托举等。 氧气供应方式：国外应急救生舱中主要氧气供应方式一般是压缩空气和氧气钢瓶供氧。 有毒有害气体处理：主要是处理二氧化碳，国外救生舱的标准要求将二氧化碳的浓度控制在0.5%以下，一般不允许超过0.8%。 温、湿度控制：国外部分救生舱产品设计时主要考虑了平衡舱内人员的辐射热量，而没有考虑处理舱内二氧化碳吸收等必须的化学反应产生的热量；部分救生舱则通过舱体单

10、层钢结构的自然热传导向外部环境传热来解决内部热量积累问题。,（1）国外救生舱特点,11,2.1 国外救生舱特点,具备基本功能，包括气密性、防护强度、隔热性、供氧等生存保障、有害气体去除、气体监测 、通讯指示等，但具体指标不同 防护时间：一般2448h，虽MASH规定96h，但相关认证尚在进行中 舱体强度：未见抗爆、抗冲击具体指标（MASH规定15psi） 电源：美国、澳大利亚倾向无源（非煤有源）；南非采用铅酸蓄电池 供氧：南非多采用化学氧；美国、澳大利亚、加拿大多用压缩氧 空调：早期基本无空调，随着防护时间和环境适应性要求的提高，降温系统已成为必要组件。主要4种方式：电力空调、循环水降温、液态

11、CO2汽化、通风降温 舱内空气流动：具备促进舱内空气流动相关措施 过渡仓结构：必要要求 认证与实用：通过美国州政府许可或所在国相关部门许可，MSHA认证在进行中，加拿大RANA取得CE认证。各类产品均有实用,12,在巷道旁侧建立的避难硐室,预留专用煤柱建立的避难硐室,工作面之间建立的避难硐室,2.2 避难硐室的 设置方式,13,国外救生舱开发情况 南非： Survivair-RRC，硬体式 美国： STRATA：硬体舱、软体舱、中继站 ChemBio：主要为软体舱 澳大利亚：MineARC：硬体舱 加拿大： RANA：硬体舱、空气供给与废气处理设备 德国： DREGER：硬体舱、快速充气站 英

12、国： Molecular：有害气体处理设备,2.3 国外井下避难所生产情况,14,2.4 国外对井下避难所的基本要求,（1）南非 避难所的设置。南非矿山健康与安全规程规定：长壁开采的工作面，距离工作面不超过750m的地点必须建立避难所；采用房柱式开采时，每1000m应设置避难所 避难所的选址。必须考虑：从工作地点到避难所行走难易程度，如巷道高度、倾角、设备设施布置、人员方向迷失的可能性等；逃入避难所所需时间；随身佩戴自救器维持时间,15,（1）南非 避难所容积。应能够容纳该服务区域内可能出现的所有人员，且每人占有容积不小于0.6m3（强制执行的职业守则规定为1.01.5 m2 ）。 避难所结构

13、。两道风门结构，以便形成风障，防止有毒有害气体侵入。 避难所设施。必须有供氧、通讯、报警设备及自救器、饮用水等，有效防护时间824h。,2.4 国外对井下避难所的基本要求,16,（1）南非,避难所的指示。为了帮助矿工在低可视的环境下进入避难所，一般应采用三种指示 声指示：在避难所入口设置警报器 光指示：在避难所入口处设立报警灯 物理指示：从工作地点到避难所设置生命绳（LIFE LINE）避难所的维护。 矿产法24.20.2.3 规定：避难所和其他安全设施需要定期检查，检查的时间间隔由矿主咨询矿井督察后决定，或者由矿主指定专人调查后上交的报告决定； 矿山安全与健康法16.1（1） 规定：矿主须指

14、定称职的专人定期检查避难所等安全设施，从而保证井下作业人员在发生爆炸、火灾或水灾时，有足够的逃生机会其他方面。包括员工培训、使用须知和方法、急救设备等方面的规定。,17,钻孔压风机,避难所内设置的急救用品,避难所内张贴的使用程序,携带式卫生洁具,18,（2）美国,2006年，西弗吉尼亚州政府率先对避难所做出规定，并对救生舱产品实施州政府批准，规定防护时间不得少于48h 2008年12月，MSHA发布救生舱条例，规定2009年12月前所有美国煤矿井下必须配备避难所，保证所有入井人员都有灾变时期的避险位置，防护时间提高到96h。条例中对救生舱等避难所的设置提出了具体要求 避难所设置要求： 1）矿工

15、在30min或更短时间内能够到达地面的矿山不需要布置 2）足以容纳所有工作人员，包括经理、供应商、检测员及联邦监察员 3）必须能够容纳邻近区域工作的最大矿工人数，包括轮班替换人员 4）设置位置距离最近工作面不超过300m 5）在距离工作面较远区域，两个避难所间隔不超过矿工1h的行进距 离，即矿工距离任一避难所或安全出口的行进时间不超过30min,2.4 国外对井下避难所的基本要求,19,（2）美国,救生舱的设置与管理要求 1）救生舱摆放处的顶板及支护应在顶板管理平面图中明确说明 2）矿井通风系统图中应准确标注逃生通道和救生舱的位置 3）应对救生舱加以保护使其在运输、安装及存放中免受损伤 4）如

16、果检查显示救生舱受到的损坏已影响其正常功能，应停止使用救生舱停止使用时，应将该救生舱所服务区域的全体人员撤离，矿山法104(c)所指的作业人员除外。停用的救生舱组件应根据生产商规定的技术指标进行更换、维修，以便重新使用 5）放置救生舱的地点及周边区域在任何时候都不得放置影响救生舱组装或使用的机械设备、材料及障碍物等 6）救生舱均应有醒目的标识或标记，包括救生舱上粘贴的由反光材料制成的救生舱标识和由反光材料制成、指向救生舱放置地点的方向标识,20,（2）美国,救生舱的功能要求 1）至少为每人提供15ft2（约1.4m2）的地面空间和3060ft3（约0.851.70m3）的立体空间。如果废物在救

17、生舱外处理，则气密室的空间与容积可计入在内 2）可吸入气体应由压缩空气瓶、压缩氧气瓶、或地面安装了排风扇或空压机的矿井提供，并保证气体未被污染 3）为每人提供的可吸入气体可维持96h，O2在18.523%之间，CO2平均浓度不高于1%且最大浓度不高于2.5% 4）在使用期间，应对救生舱内的大气进行监测 5）具有有害气体清除措施，有效清除CO、CO2、CH4等有毒有害气体 6）当用户依照生产商的操作说明及定义的极限使用时，救生舱在全部满员情况下的体感温度不得超过95（35） 7）应配备一套双向通信设施、照明、人体排泄物处理方法、急救物品、维修工具、符合要求的灭火器 8）存储组件或给养的容器应密封

18、、防水及防啃，醒目标注到期日期及使用说明,21,（3）加拿大,加拿大采矿安全规程、其它安全规程或指南规定，每个矿井必须设置固定式避难硐室或者移动式救生舱，并且必须考虑以下4方面因素：避难所的设置位置、容量、安全防护时间，O2和CO2的控制指标 避难所的设置位置应考虑以下因素： 1）工作地点的特征。下列地点必须考虑设置避难所：矿难发生时遇险人员难于按正常避灾路线逃出的地方；采掘工作面离安全出口较远的地方；新开拓水平；新建矿井或者老矿重新开采 2） 遇险人员抵达的难易程度。 必须设置在正常避灾路线上；必须远离可能存在危险的地点并保证有足够的安全距离，如距离火药库至少60m，离5kV变电站至少15m

19、，远离修理库或者燃料库， 远离爆破作业区以及其它危险场地；必须是救护队员容易到达的地点；设置地点岩体安全，支护良好 3）遇险人员到达避难所的时间。避难所尽可能靠近采掘工作区域；遇险人员步行到达避难所的时间不超过1530min,22,（3）加拿大,避难所的容量 矿难发生时需要使用避难所的人员数量就是其容量，必须根据当班工作的人数，并考虑其他人员 避难所的安全防护时间 应根据矿难发生后，矿山救护队能够到达的时间确定。有些重要因素影响救护队员的抵达时间，如避难所离安全出口的距离，救援过程中需避开潜在危险区域的路线距离等。 O2和CO2的控制指标 O2 ：19.5%20.9% CO2: 0.5% Ma

20、nitoba、BC、Alberta、Saskatchewan等4省建立本省避难所安全要求,23,加拿大Saskatchewan省避难所安全要求,应开挖在坚固的岩体中或者用钢材建造，与邻近的工作区域由防火门或采场隔离，阻止有毒气体进入避难所的建造材料能够抵抗火灾至少1h 建造在新鲜风流的巷道中，距离任何油料、爆炸材料储存点或者其它有火灾发生可能的地点至少100m；有准确的地图 能够容纳足够的人员，有足够的座位 有清晰的标志、容易到达；进口不得堆放任何易燃材料 至少能够运行36h 提供足量的饮用水、食物、灯光、急救用品、卫生处理设施、灭火设施及与地面的有效通信 必须每月由专人负责检查，作好记录并报

21、告业主，有问题要说明原因及处理措施,24,（4)澳大利亚,2005年西澳州矿山安全和检查规章4.36 1995 规定：地下矿井中必须有明确的紧急情况预防措施，为遇险人员提避难室和新鲜空气 避难所距离工作地点最大距离确定原则：人以合适身体状态、使用50%自救器防护时间、中等行进速度可以走出的最远距离 避难所覆盖所有工作人员，包括管理人员，推荐避难所容量应该是本地作业人员数量的2倍以上 避难所建设位置，应远离潜在岩崩、淹井、火灾、爆炸等危险的区域（如变电站、炸药库、燃料存贮设施或停车场等），岩层稳定、支护良好 避难所存在三种工作方式：备用方式、外部支持和独立方式。独立方式应维持36h 具备通讯、内

22、部装备，并应考虑避险人员心理问题（照明） 避难所在井下首次安装时应进行实验测试，包括真空测试 、电源支持测试，以后一个合理周期（6或12月）也应检测 按照制造商要求对避难所进行检查和维护，并作为日常工作的重点,25,建立井下避难所是各主要采煤国的法律规定、通行做法、煤矿安全生产的客观需求，已经并正在发挥重要作用 避难所是煤矿井下安全避险系统的有机组成部分，必须从矿井整体安全角度考虑避难所的布局、建设和管理 避难所应实现对矿井的全覆盖，所有井下人员应有避难空间 避难所设置应考虑：所服务区域的特点（空间结构、危险源分布、作业类型等），灾变时期人员抵达难易程度、所需时间，随身佩戴自救器的防护时间，岩

23、体稳定性和支护有效性 避难所类型应考虑：服务区域的特点及可能发生的主要灾害类型 避难所能够对外抵御灾区危险有害因素毒害，对内创造人员生存条件，并为矿井应急救援创造条件 避难所有效防护时间不低于3696h，应充分考虑矿井救援所需时间 建立规章、专人管理，始终完好、时刻能用 将避难所安全使用作为培训和应急演练重要内容，人皆会用,（4)澳大利亚,26,各类矿难事故已引起党中央及各级政府的高度重视，2008年8月，温家宝总理、张德江副总理做出批示，要求学习南非等国的先进经验进一步提高我国应急救援水平，减少因矿难事故造成的损失；张德江副总理及国家安监局领导多次考察并指导救生舱等应急装备的研发工作。 矿井

24、所特有的灾变环境，使得矿用救生舱的设计有别于太空舱、潜艇舱等舱室的设计。 2006年科技部批准立项的国家“十一五”科技支撑计划专题“遇险人员快速救护关键技术与装备的研究”（编号：2006BAK25B00-4）子专题“可移动式救生舱研究”项目由北京科技大学和潞安矿业集团公司共同承担，已于2009年3月通过技术鉴定；2010年3月通过科技部的验收。 目前，已有数十家企业参与到救生舱制作工作，有望形成一个新兴安全产业。,2.5 国内矿山井下避难所建设情况,27,十一五指南要求： 容纳人数：额定8人；生存天数：不小于4天；舱体结构：分段式；抗冲击力：5MPa；隔热：瞬时1200 持续260下12h，舱

25、内温度：30以下,28,我国煤矿避险系统建设阶段,2010年5月19日，“全国煤矿坚决遏制重特大事故”现场会在潞安集团举行，赵铁锤局长表示，到2012年，国有重点煤矿建立将建立“监测监控”、“人员定位”、“紧急避险”、“压风自救”、“供水施救”和“通信联络”等安全避险六大系统；到2015年中国所有煤矿必须都建设完成。 国务院23号文明确：将紧急避险系统的研发与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。 2010年10月14日，智利矿难成功救出33名矿工后，在接受媒体采访时赵铁锤表示“矿井救生舱是重中之重”。 2010年11月12日，国家局召

26、开的推进煤矿井下安全避险“六大系统”建设专题会（电话会）上，王树鹤副局长重申了实施安全避险系统的时间表。,29,具备较高起点。在充分借鉴发达国家成功经验和做法的基础上，将潜艇、船舶、高楼逃生等领域的一些高新技术用于井下避难所研发 相关领域的单位参与。除传统矿用产品研发领域的单位开展研发外，相关领域的机构参与救生舱研究，推动整体水平的提高 设备需要实践检验和优化完善。救生舱等避难所是生命工程，要求高技术含量和高可靠性。相关技术装备的引进和相关领域技术的采用应根据中国煤矿的特点，在设备研发过程中虽经大量试验，也需通过实用不断优化调整，以最大限度保证避险人员的生命安全 需要通过试点建设工作完善相关标

27、准。在充分借鉴国内外成功经验和广泛征求意见的基础上，近两年来国家煤矿安监局先后发布了煤矿井下避难所（救生舱）基本要求（试行）、煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本要求及检查验收暂行办法 、煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定 。矿用可移动式救生舱通用要求（AQ标准）也已经过多轮修改，尚需通过试点建设工作加以完善 需要完善相关试验设施和验证手段,2.5 国内矿山井下避难所建设情况,30,3、矿井可移动式救生舱基本构成,3.1 密闭空间人体生存参数研究,为了得到人体对密闭空间各类气体成分、温度、湿度等相关参数的影响及其边界条件，为矿用救生舱的设计提供依据，课题组在北科大建造了实验模拟舱。 实验

28、模拟舱外形尺寸：50013001800mm；内部结构：设两道门，分为门舱和乘员舱；空间总容积为8.6m3；门舱尺寸：83511801680mm，容积1.7m3；乘员舱尺寸：347011801680，容积为6.9m3（依据：人体生存所需最小空间为1 m3）。,31,环境监测系统-硬件,32,环境监测系统-软件,33,空气净化系统,34,3.1 密闭空间人体生存参数研究,4人3h舱内CO2浓度变化,35,3.1 密闭空间人体生存参数研究,4人10h舱内CO浓度随时间的变化,实验进行到360min（6h），舱内检测出CO。 初步确定为舱内人员产生的。舱内出现CO后，至舱内4人实验结束时，测定值为16

29、10-6。,36,空气净化系统,通讯系统,舱门空气幕 联动系统,排泄物 处理系统,内外环境监测系统,动力系统,供氧系统,空气 调节系统,救 生 舱 构 成,3.3救生舱的系统构成,37,救生舱内部分为空气阻隔舱和生存舱。,3.3 救生舱的系统构成,38,矿用可移动式救生舱环境要求,舱内环境指标 大气压力： （101.335）kPa 氧气浓度： 18.5%22% 二氧化碳浓度：0.3%0.8% 大气温度： 2030 大气相对湿度：30%80% 大气流动速度：（0.10.4）m/s 微量气体浓度：不超过规定值,39,实验目的：模拟矿井灾变环境，测试救生舱的综合生存保障能力，考察救生舱内外仪器设备的

30、性能、指标，系统地掌握密闭空间人员长时间生存的试验数据。 实验条件：救生舱工业性试验标准试验大气条件为温度2025，相对湿度60%85%。试验过程中在试验控制室内通过标准气体钢瓶向巷道空间内注入一定浓度有毒有害气体，改变救生舱外气体成分，模拟矿井灾变环境。本次试验外部巷道实际气体环境及浓度为：CO（140010-6）、CH4（2%）、CO2（3.7%）、N2（84%）。,3.4 救生舱样舱现场试验,40,实验设计,试验人员进舱前在医院进行了体检。 舱内定期体检项目：测量心跳、血压、脉搏等基本生理数据并作记录。,41,42,3.5 样舱模拟实验主要结论,本次实验的救生舱各系统运转状态良好，具备了

31、在矿井灾变环境下，8人四天的生存条件； 所得每人耗氧量取平均值为0.31L/min，状态为较安静状态；从实验曲线直接观察得，供氧量为（流量）60 L/min，O2浓度基本不变或者稍有上升，换算为每人耗氧量为：0.32L/min； CO2浓度上升时间：人体呼出CO2，使浓度从0.3%-0.8%，上升0.5%，正常需要时间2737min；处于休息状态下，浓度上升需要4055min； 空气净化系统吸收时间：空气净化系统（12w，0.4A）吸收CO2，使CO2浓度从0.8%下降至0.3%，需要时间2035min，一组JS-1药剂完全吸收平均吸收效率为1.56L/min，如果超过35min； 在密闭空间

32、内，人体排放的CO可以导致窒息事故发生，因此，必须加以严格的控制！ 尽管各类气体监测、检测仪表均进行了权威检定，但存在一定的误差：尤其是CO检测仪表（便携式与在线监测仪表存在一定差异）。,43,3.6 救生舱外部防护检验,科技部“十一五”科技支撑计划在关于“可移动式救生舱关键技术”的技术指标中对救生舱舱体明确提出了隔热和抗冲击两项技术指标： 隔热性能：瞬时1200；260下持续12h，舱内温度30以下 抗冲击力：5MPa 因此，为了检验救生舱的外部防护水平 ，研究救生舱的检验标准，有必要设计高温及爆炸试验，按照上述指标对救生舱测试。,44,3.6.1 救生舱隔温检验,外部环境260救生舱内温度12h不超过30,