矿井避险硐室相关问题研究

摘 要：本文结合目前国内紧急避险硐室建设的要求及现状，分析了各类避险硐室的优劣，提出了作者的部分看法及建议，供相关人员参考。

关键词：紧急避险硐室；有源；无源；优点；缺点；看法；建议

中图分类号：TD77 文献标识码：B

一、概述

随着国家经济的发展和对作业安全的重视，日前国家提出了“加强矿山紧急救援系统的建设要求”，全国矿山行业正在大力推进矿山紧急避险设施的建设工作，其中主要包括井下避险硐室和矿用移动式救生舱；这些设施按是否使用蓄电池可分为有源和无源两种类型。本机构从2010年10月至今，受国家相关机构的委托，承担了近60家生产企业的矿用移动式救生舱的检验任务，同时也现场参观、检测了部分避险硐室。根据个人掌握的情况和知识，现就有源和无源避险硐室的特点谈几点个人看法，供大家探讨和参考，若有不妥，欢迎批评指正。

二、关于避险硐室的建设

煤矿紧急避难硐室按是否使用蓄电池可分为有源和无源两种类型，按是否使用钻孔可分为钻孔式和非钻孔式，按使用时间长短可分为永久性避难硐室和临时性避难硐室。

对有源式避难硐室，由于目前大容量电池组的安全问题未能彻底解决，其安标证也无法取得，因此实际采用的极少；钻孔式紧急避险硐室虽然有不用配置降温设备、不用配置有毒有害气体去除设备等许多优点，但由于煤矿所在的地理位置一般较特殊，多数煤矿地处山区，打孔成本极高，煤矿企业一般无法或不愿采用这种方式；因此，目前多数煤矿的紧急避险硐室均采用了无源的方式，并配置了降温设备、环境参数监控设备、舱内压力维持设施、各类有毒有害气体去除设备等。

1 避险硐室的降温设施

目前避险硐室的降温设施主要还是采用液态二氧化碳和制冰两种方式，个别采用了橡变材料的制冷方式。

首先，对采用液态二氧化碳降温的，其主要优点是不需要使用空气循环风机的动力电池，其主要缺点主要有：

（1）使用的液态二氧化碳高压气瓶较多，一般人均6瓶左右（按106小时使用时间），若按50人的硐室计算就需要300瓶左右气体，如此多的液态二氧化碳高压气瓶长期放在潮湿的矿井下，若管理与维护不到位，本身就存在很大的安全隐患；个人认为不能算是一个好方案。

（2）液态二氧化碳在气化过程中存在管路泄漏和冰堵的可能性较大，使用故障率较高；管路泄漏对避险人员安全构成潜在的巨大威胁；由于管路长期放在放在井下、环境潮湿、还要长期承受高压，个人认为无论出厂质量如何控制，发生管路泄漏的概率还是非常高的，安全隐患也是较大的。

（3）液态二氧化碳的制冷效果问题：由于硐室中人员数量较多，温度上升较快，当温度超过32度后，液态二氧化碳的制冷效果不太理想；有的单位虽然在液态二氧化碳中加入了乙酸乙脂或卤酸乙脂，可将其气化临界点提高到34-35度，但仍然有制冷失效的可能。

其次，对采用制冰方式制冷的，其主要优点是自身不存在大的安全隐患，主要缺点是。

（1）耗能较大，由于要求长期保持制冰状态，压缩机长期处于待机工作状态，必然能耗较大；

（2）压缩机故障概率较高，维护工作量较大。

（3）需要另外考虑空气循环设施的动力，且没有电池的标准，安标证暂时无法办理。但目前有的采用气动风机、有的采用人工风扇予以解决。

第三，对采用橡变材料等其他化学变化类型的制冷方式，由于目前认识和研究较少，煤矿使用的也不多，人们对其优缺点的认识也较有限，但个人认为，煤炭行业应加强该方面的研究，借用潜艇、航空航天等行业的相关研究成果，一定能够找到更加科学合理的制冷方式。

综上所述，在目前状态下，制冷方式的选择最好采用制冰方式，结合气动风机解决空气循环及有毒有害气体去除装置动力问题，这样既能有效避免了采用液态二氧化碳的安全风险，又能有效回避采用大容量电池组的安全风险。长远来看，应加强化学制冷方式的研究。

2 避险硐室的环境参数监控设备

目前主要有采用传感器或便携式仪表两种方式，多数采用便携式仪表方式，原因在于便携式仪表具有如下优点：

（1）有现成的市场产品，且具有有效的安全标志证书，买来即用，方便快捷。

（2）不用大容量电池组，避开了矿井用大容量电池组无标准、无法办理安全标志证书的难题。

（3）成本相对较低。

便携式仪表的主要缺点有：

（1）维护相对麻烦，要求经常检查电池电量状况，进行充放电、校准维护。

（2）操作较难，便携式仪表的操作一般需要进行专业的培训，且要经常操作，方可能在事故等紧急、紧张状态下迅速、正确地进行操作；这些要求对文化程度普遍不高的矿井一线工人来说，具有相当的难度，因此其真实的适用性是个问题；目前，虽然市场上有的仪表采用开电源即用的方式，但其准确性有待实践的验证。

（3）电化学式一氧化碳测试仪表根本不能在紧急避险设施中使用，大量的试验证明：由于避险设施内人员的呼出气体中含有氢化物、硫化物等气体，会严重干扰电化学元件的化学反应。

（4）便携式仪表用于避险设施外气体检测时，对抽气装置有较高的要求。目前，许多避险设施采用检测管用机械式采样器进行气体采样，个人认为是不准确的，必将带来错误的动作和结果。

（5）便携式仪表需要定期开机测试，不能实现适时测量；不能实现与矿井监控系统的联网。

矿用传感器的主要缺点是：

成本较高；需要用电池，目前没有电池标准，办理电池安标证有困难。但其也具有诸多优点：

（1）维护相对简单，只需要按规定定期校准。

（2）操作简单，只需要通电即可使用。

（3）由于具有电源，有可能不用电化学式一氧化碳传感器，选用红外原理的一氧化碳测试仪表，不受人员呼出气体的干扰，测量准确。

（4）加装防爆保护装置后可安装在避险设施外，只需将数据传入，不需要抽取外面的有毒有害气体到避险设施内。

（5）能实现适时测量，减少人员操作。

（6）能实现与矿井监控系统的联网，在事故中若线路没有被损坏，便于井上了解情况。

综上所述，个人认为，目前多数紧急避险硐室采用的便携式仪表方式不如采用传感器方式安全、快捷和准确，目前应加强传感器电源的研究和解决方案，以便将来彻底解决传感器使用中的问题，扭转目前大量采用便携式仪表的欠科学的局面。

三、关于避险硐室门的强度

目前，大部分生产避险硐室门的企业均进行了硐室门的瓦斯煤层抗爆试验，个别是通过有限元力学分析。个人认为，两种方法各有优劣，但总体上，通过试验更符合实际情况，有限元计算的主要问题在于其方法没有明确的标准，其计算结果的科学性目前没有充分的试验证明。

四、建设避险硐室的较好解决方案

经过以上分析，结合个人的经验，对于建设紧急避险硐室的相对较好解决方案，本人提出以下几点建议：

1 在能从地面打孔的情况下，尽量选用打孔，只要在孔的上下两端装上通风机双向启动按钮，避险人员能够十分容易地获取新鲜空气、水、食物等，同时能够和地面调度室有效联系；如此可以获取最满意的避险效果；避险硐室中，降温设备、空气流通装置、供氧装备、食物、水等均可以大大减少，甚至不用；环境参数监控设备用电源也可以从该孔接入。

2 若打孔方案无法实施或成本过高，应优先选用制冰制冷、启动风机循环的方式；尽量避免采用液态二氧化碳制冷方式。

3 建议有关技术机构，应组织尽快制定矿用大容量电池的技术标准，以便顺利解决矿用大容量电池的检验、取证问题；没有绝对安全的装备，只要安全系数达到一定程度就可以考虑采用，正如手机用锂电池也有爆炸致人死亡的个别事故，但其事故概率是趋近于零的，这是不争的事实。

4 在电源问题未能有效解决前，环境参数监测仪器只能选用便携式仪表，是不得已的选择；选用制冰制冷时的空气循环动力，建议采用气动风机或人工动力风机的方式。

5 若电源问题能有效解，环境参数监测仪器建议优先选用传感器方式，特别是应选用红外原理一氧化碳传感器（不能选用电化学原理的）；选用制冰制冷时的空气循环动力，可以选用电动风机或其他方式。

6 建议加强橡变材料的研究，寻找到一种真正安全有效的制冷方式，改变目前只能采用制冰制冷或液态二氧化碳制冷的方式，因这两种方式均存在较大的缺陷或安全隐患。

7 避险设施外气体参数的检测，建议选用流量可调的便携式电动泵，加上测试气室、必要管路和控制阀门，能够方便地满足测试流量、测试响应时间、气体抽入、气体排出、气路密封等要求。

8 泄压阀建议选用自动与手动泄压阀串联的方式，因为矿井下潮湿的环境容易使自动泄压阀的弹簧失效，同时也能防止爆炸时单向阀的损坏。

9 避险硐室门的强度，建议应进行煤层瓦斯抗爆试验的验证。

10 避险硐室应进行严格的技术验收，验收中不仅要考核其技术装备，还应规范、检查其维护制度、矿井人员培训状况。否则，只有装备是难以达到设计和使用效果的。因此，建议国家相关机构应加强避险硐室通用技术条件或标准的研究，尽快规范其技术要求和验收程序。

以上观点仅代表本人的粗浅看法，不代表任何机构或单位，若有不同意见欢迎探讨、指正！同时，其他类型的避险设施亦有类似之处，可供参考。

参考文献

[1]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[Z].