井下救生舱设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘 要多数矿难表明，矿井事故发生后形成的高温，有毒有害气体环境是造成矿工伤亡的主要原因。为井下矿工提供安全可靠的救生舱、避难硐室是降低伤亡的主要手段，是目前国际矿山应急救援的发展趋势和方向，煤矿井下移动式救生舱的设计可以为外部救援争取救援时间，保障矿工朋友们的安全。本文通过对救生舱的研究，完成了一整套救生设备的结构设计，首先主要介绍国家的相关规定。接着依据国家规定，确定设计目标。之后计算出救生舱的容量要求，进而确定的救生舱的整体结构。除此之外，本文还通过了一些技术参数验证，对井下救生舱内部环境做了更好的安全措施，确保矿工能够有足够的时间等待救援。本文还介绍了有关救生舱的维护及保养内容。在最后说明了以后需要改进的方向。关键词： 救生舱 避难硐室 结构设计AbstractMost ore difficult to show that mine after the accident of the formation of the high temperature, toxic or harmful gases environment is the main reason for the casualties caused miners. To provide the safety of the miners escape capsule, shelter cavern is the main means to reduce casualties, is the present international mine rescue development tendency and the direction, the design of the underground coal mine escape capsule mobile for external aid for relief time, ensure the safety of the miners friends.This article through to escape capsule research, completed a set of survival equipment structure design, first mainly introduces the relevant provisions of the state. Then according to state regulations, to determine the design goal. After escape capsule capacity requirements calculated, and determine the overall structure of the escape capsule. In addition, this paper also through some technical parameter validation, underground escape capsule internal environment to do better safety measures, to ensure that miners can have enough time to wait for rescue. This paper also introduces the escape capsule maintenance and maintenance content. In the final shows the need to improve after the direction.Key words: escape capsule shelter cavern structure design70目 录前 言11 绪论21.1 研究意义21.2 相关领域国内外技术研究现状41.2.1 国外紧急避险系统现状41.2.2 国内紧急避险系统现状61.2.3 国外可移动式救生舱的基本情况及特点81.2.4 国内可移动式救生舱的基本情况及特点141.2.5 国外应用现状及国际知名应急避难室生产企业及产品151.3 本文可移动救生舱设计任务172 煤矿井下移动式救生舱技术要求182.1 适用范围182.2 编制依据182.3 基本要求182.3.1 矿井救生舱设置地点和数量182.3.2 救生舱安放硐室的要求192.4 通风设施202.5 供水设施202.6 供电设施202.7 通讯设施212.8 功能及配置212.9 管理与维护253 救生舱结构设计273.1 保护壳壳材料的选择273.1.1 选用材料的一般原则273.1.2 选材的方法与步骤283.1.3 保护壳材料的确定303.1.4 产品的结构设计303.1.5 产品的安全防护设计323.1.6 使用环境343.2 保护壳壳体的设计343.2.1 焊接结构的设计原则343.2.2 保护壳体焊接结构设计373.3 观察孔的设计373.3.1 观察孔应满足的条件及其结构373.4 其他结构的设计394 救生舱的移动装置424.1 绞车424.1.1 绞车的主要类型424.2 滑靴434.3 救生舱移动装置工作原理435 救生舱模型的建立445.1 Pro/E软件介绍445.1.1 Pro/E的概述445.1.2 Pro/E的特点和优势445.2 矿用救生舱各个零件模型的建立465.2.1 保护壳模型的建立475.2.2 带观察孔保护壳模型的建立475.2.3 紧急舱门模型486 技术参数验证方法496.1 基本参数的测量和计算496.1.1 参数测量496.1.2 参数计算与合理性的验证方法506.2 主要技术参数验证方法526.2.1 气密性的验证方法526.2.2 耐高温的验证方法537 井下可移动救生舱管理及维护保养567.1 队伍组织567.2 日常维护管理567.3 舱内各设备的保养577.4 培训与应急演练628 全文总结63致谢65参考文献66前 言根据世界各国对矿井事故的调查，在火灾、爆炸等事故发生现场瞬间受到伤害死亡的矿工只占事故伤亡人数的一部分，有相当一部分矿工都是因为在矿井透水或火灾、爆炸后不能及时升井或逃离高温、有毒有害气体现场，导致溺水、窒息或中毒死亡的。因此，各国都在大力建设矿井避难硐室和研制矿用救生舱。矿用救生舱可以为发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内能为被困矿工提供氧气、食物和水，去除有毒有害气体，赢得较长的生存时间。同时，被困人员还能通过舱内通讯监测设备，引导外界救援。每年世界上矿难频发，如何预防事故发生和减少人员伤亡一直是世界矿产安全工作的重点，救生舱的研制使煤矿救援进入了一个崭新的阶段，一出现便成为了研究热点。目前，最大限度预防矿山事故，减少人员伤亡依然为一项世界性难题。为此，在继续深入研究事故防范措施的同时，国家投入大量人力财力到矿山重大灾害应急救援技术方面。1 绪论1.1 研究意义 我国作为能源消费大国，煤炭在我国能源生产的大格局中占有绝对的比重，达到近70%。我国的煤炭产量虽然只占世界煤炭产量的1/3，但煤矿矿难死亡人数占世界煤矿事故死亡人数的4/5。世界每发生20起导致死亡人数最多的煤矿灾难中，就有8起发生在中国，频繁的矿难不仅造成了许多家庭的破裂，同时也严重影响了中国的国际形象。国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发【2010】23号）明确要求“煤矿和非煤矿山要制定和实施生产技术装备校准，安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备，并于3年之内完成”，即监测监控系统，实现对煤矿井下CO浓度、瓦斯、风速、温度的动态监测；人员定位系统，掌握各个区域的作业人员分布情况；压风自救系统，确保发生灾害时现场工作人员有充分的氧气供应；避难硐室、可移动式救生舱等紧急避险系统，实现井下灾害突发时的安全避险；通信联络系统，实现矿井井上下和各个作业地点通信畅通；供水施救系统，在灾害突发后为井下作业人员提供清洁水源或必要的营养液。其中监测监控、人员定位、压风自救、供水施救和通讯联络在煤矿日常建设中已经基本完善，只有紧急避险系统没有完善的理论及实践研究，事故发生的瞬间，因坍塌、爆炸、冲击波等伤害而遇难的人员，仅占事故伤亡总人数的10%左右；而90%的煤矿工作人员遇难。是由于事故发生后附近区域氧气耗尽，同时含有高浓度的有毒有害气体，而逃生路线被阻断，无法及时撤离到安全区域所造成的，因此，建设一个使现场人员能够及时避开危险的安全场所，是减少人员伤亡的最可靠的措施。为进一步提高煤矿安全防护和应急救援水平，保障矿工生命安全，促使煤矿安全生产，借鉴美国、澳大利亚、南非等国家成功经验和做法，国家把建设煤矿井下避难所（就生硐室）应用试点已列入2010年煤矿安全改造项目的重点支持方向。煤矿井下紧急避险系统是在井下发生紧急情况时，为遇险人员安全避险提供生命生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体，紧急避险系统建设包括为井下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，科学制定应急预案及进行自救培训等，紧急避险系统是煤矿井下安全避险六大系统的核心部分。2010年五月19日，国家安监总局在山西潞安矿业集团常村煤矿召开全国井下救生舱等避险设施建设现场会，该矿当时已建成1个永久避难硐室和2个救生舱，据常村煤矿估算，采用永久避难硐室+救生舱模式，全矿井约需费用一亿元。紧急避险系统能够在保障矿工生命中发挥重要作用。美国矿山安全健康监察局（MSHA）分析了19002006年的煤矿井下事故，发现264名矿工在事故发生后依然幸存，但最终只逃生和等待救援中丧生。针对类似情况下的矿工安全，MSHA认为，通过实施新的标准可挽救其中43名矿工的生命，余下的221名可通过建立紧急避险系统为其提供生命保障，MSHA估计，如果使用救生舱等避险设施，可使井下发生事故后矿工生命挽救率提高25%75%。有关专家对国外36起典型事故进行分析，发现发生在工作面区域的人员死亡大部分发生在逃生途中；火灾和窒息事故的人员死亡主要发生在人员逃生或逃生受阻的过程中。因此，建立井下紧急避险系统对提高遇险人员的生存概率十分重要。1.2 相关领域国内外技术研究现状1.2.1 国外紧急避险系统现状一直以来，欧美各发达国家对矿井事故的应急救援工作十分重视，将应急避难空间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。其中，对于加拿大、美国、澳大利亚采矿业发达等国家，在地下矿山中设置和使用矿井应急避难室，已经是矿井应急救援中的一项成熟而有效的技术，并且已经有了多次成功营救的经验。目前，国外矿井中使用的应急避难室主要有以下三种类型：（1）永久性固定避难室（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。利用贯穿岩层到达地面的管道为避难室内持续地输送氧气、实现通讯。（2）临时性固定避难室（Temporary Chamber）。在矿井工作区域附近的巷道岩层中挖掘而成，依靠氧气瓶等设备为避难室提供一定时间的氧气。当此处采掘工作完成后，临时性避难室即被废弃，室内密封门、氧气瓶、通讯、监测仪器等重复性使用设备将拆除并转移到新建设的临时避难室中。（3）便携式避难室（Portable Chamber）。多数为车体式结构，具有行进装置或者吊装、拖曳部件，能在巷道中移动，随工程进度不断改变架设位置。氧气瓶、通讯、监测仪器等设备均安装在车体中。南非自20世纪70年代就出现避难所。1986年Kinross金矿矿难（死亡177人）后，法律强制井工矿必须设立避难所。澳大利亚金矿自2000年一直使用可移动式救生舱，目前已是法律的基本要求。美国煤矿井下避险设施的应用起源于2006年，西弗吉尼亚州萨戈煤矿发生的爆炸事故（死亡12人），引起社会的高度重视，美国国会通过了2006年矿工法。其后，MSHA和有关政府出台了新的矿山安全管理规定，规定井下必须设置气密性避难所。印度、英国、德国、法国等也在研究和应用避难所。从使用情况来看，早期主要用于金属矿山，煤矿应用研究较少，认为煤矿在灾变时期容易发生火灾或爆炸等次生灾害，突发紧急情况下人员尽可能撤离。目前，越来越多的国家规定煤矿井下必须设立避难所。国外煤矿井下紧急避险系统的建设和使用，有以下几个方面好的经验：（1）世界各主要采煤国对井下紧急避险系统的建设和使用维护管理均有明确的法律法规，美国、南非等还建立了救生舱标准，使煤矿安全保障能力具备必要的法制基础。（2）有紧急避险系统的整体设计，并于其他安全保障系统有机结合，美国职业安全健康研究院在有关报告中指出：避难所挽救生命的可能性只有在煤矿经营者结合救生舱制定全面的逃生救援计划的情况下才会实现。（3）井下紧急避险设施应实现对矿井的全覆盖，所有井下人员，包括生产人员、管理人员及可能临时出现的人员应有避难空间，澳大利亚西澳矿山安全检查规章推荐避难所容量应为服务区作业人员数量的2倍以上。（4）避难所的设置应考虑多方面因素：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；岩体稳定性和支护有效性。（5）避难所类型的选择应考虑所服务区域的特点及可能发生的灾害类型。一般规定，避难所的类型由煤矿根据自身的特点自主选择，以满足矿工避险需要的原则。目前，南非煤矿以避难硐室为主；美国煤矿井下配备避难所1193台，其中软体式救生舱1000台、硬体式救生舱123台，避难硐室70个；加拿大煤矿采用避难硐室与救生舱相结合方式，二者的数量比约为1:5，救生舱以硬体式为主。（6）避难所的有效防护时间主要根据灾变时期应急救援时间确定，南非规定避难所的有效防护时间为824h，澳大利亚规定至少36 h，美国规定不低于96h。（7）避难所采用两道门结构，以便形成风障，防止有毒有害气体侵入，必须有供氧、有毒有害气体处理、温湿度控制、通信、指示等设施及自救器、饮水机、急救设备等。（8）建立规章专人管理，确保始终完好，时刻能用。南非矿产法规定：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，或由矿主制定专人调查后上交的报告决定。澳大利亚规定：避难所在井下首次安装时应进行试验测试，包括真空测试，电源支持测试等，以后一个合理周期（6或12个月）也应检测，应按照制造商的要求对避难所进行经常性的检查和维护，并作为日常工作的重点。（9）将安全使用避险设施作为员工培训和应急演练的重要内容，确保人皆会用。1.2.2 国内紧急避险系统现状2007年10月，澳大利亚巴瑞克矿区的一座金矿发生井下车辆火灾，54人被困，躲入救生舱后全部成功获救。2006年1月29日凌晨3时，加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）一座钾盐矿井发生火灾事故，72名矿工被困井下，转移至矿井应急避难室（澳大利亚Minearc Systems公司生产）中，经过26h全力营救，72名矿工全部成功获救。2003年和2004年，南非的两个特大先后发生停，电和火灾事故，其中一个矿井下有3400多人，结果只死亡9人，有280人是救护队在井下各个避难所里就出来的；另一个矿在2600人返回地面后，发现有52人失踪，2天后在井下的避难所和救生舱里找到，全部被救。2008年8月1日，河南平禹煤电公司发生突出事故，2名矿工及时躲进220米外的硐室避难成功获救。因此，可以看出紧急避难系统的建立，对提高煤矿井下紧急避险能力，减少事故伤亡，促进煤矿安全生产具有十分重要的意义。目前我国井工煤矿井下工作人员避难步骤一般为：灾害发生后，在灾区范围内的井下工人应马上佩戴自救器，选择不需穿越火区且距新鲜风流最近最安全的避灾路线迅速进进入安全区域，并尽快升井避灾。着不仅需要井下逃生人员清楚灾害位置，熟悉通风系统、避灾方法和逃生路线，还需要有能够提供足够氧气的自救器来保证工人安全升井。因此有很大的局限性主要表现在：（1）在发生灾害后，由于工人在井下分布较为分散，所以不能够及时了解灾害位置和洞察发展趋势如火灾发生时，井下逃生人员无法获悉地面应急抢险指挥部是否实施了反风风流短路等控风避灾措施，因此无法了解实施控风避灾措施后的避灾路线，尤其在灾害产生风压和主风机风压综合作用引起的巷道风流漩涡或紊乱情况下，致使灾变期间风流情况千变万化。（2）灾害发生时井下工人一般会产生极大的心理压力，不能选择正确的避灾路线，因而产生流动混乱，并且地面应急抢险指挥部因井下逃生人员流动混乱无法确定逃生人员位置，特别是无法通过一些必要的控风措施来控制灾害扩展和蔓延。（3）避灾时流动混乱，使得已经佩戴了过滤式自救器的井下工人，可能会误入烟雾浓度较高区域，破坏过滤式自救器过滤一氧化碳等有害气体的作用，造成逃生人员中毒或窒息死亡。目前我国井工煤矿工人所使用的隔离式自救器最大供氧时间约为45min，而在45min之内，无论在大型煤矿还是小煤矿，要在事故发生后逃离危险区域都是非常困难的。（4）狭小的井下空间，关系复杂的矿井通风及巷道联通，以及巷道类型和逆流风速等环境因素灾后都会限制人员逃生。基于上述，2008年2月被科技部批准立项的国家“十一五”科技支撑计划“矿井重大灾害应急救援关键技术研究”项目（编号：2006BAK25B00）的专题“遇险人员快速救护关键技术与装备的研究”（编号：2006BAK25B00-4）中，提出了“可移动式救生舱”子专题（由北京科技大学和潞安矿业集团公司承担），研制出的救生舱应具有能抵御矿井内瓦斯煤尘爆炸、火灾、水灾等灾害，并能够在压风、电力等线路中断的条件下8人存活4天以上的特点，该救生舱具有密闭舱体、密闭空间气体与人体参数监控系统、空调系统、供电系统、通讯系统等，可以达到国际先进水平。1.2.3 国外可移动式救生舱的基本情况及特点目前可移动式救生舱按其材质可以分为钢制救生舱（硬体式救生舱）和可充气式救生舱（软体式救生舱）。钢制救生舱：外壳是钢制的，能承受一定强度的压力，一般入口处占有近1m的空间用以设置双层门或其他阻止外界气体进入生存舱室的装置。中段大部分空间为有双排座椅的人员生存室，有少部分仪器设备在此处。避难室另一端为主要设备隔间，动力系统等大部分设备均在此处。如图1-1、1-2。图11 Draeger Safety DSSI RS24-15型避难室布局示意图图1-2 硬体式救生舱可充气式救生舱：救生舱采用阻燃、耐高温帆布等软质材料制造而成。工作时张开一个气囊，矿工将在张开的气囊中得到庇护。未工作时，气囊和氧气瓶、空气瓶、二氧化碳洗涤装备、降温设备、食物、水、急救用品等存在一个防爆的拖撬之中。如图1-3。图1-3 可充气式软体救生舱救生舱具备基本功能包括气密性、隔热性、供氧、空气调节、动力系统、CO2处理、气体监测、通讯指标、附属设施，但具体指标不同。（1） 气密性：目前气密性问题主要是靠双层门、空气帘配合以正压空气得以解决的。一般情况下，避难室双层门结构是在进门端设置两道气密门，而且两道门通过连锁装置控制，不能同时处于开启状态，以免外界气体直接进入主舱。单层门则会设置厚重的塑料空气帘（如图1-4）阻挡空气。 图1 4 Shairzal避难室空气帘 图15 MineArc避难室正压空气装置以上单纯使用气密门的设计并非阻止空气进入的可靠方式，MineArc、Systems等公司在双层门之间使用的正压空气阻隔系统（图1-5）能够利用增加舱室内部气压很好的阻止有害气体进入。当人员开启第一道气密门时，内部第二道门处于关闭状态。此时排气系统通过外接矿用正压空气管道或者高压空气瓶中的空气释放，使避难室入口处空气压力高于外界气压，向外排气防止有害气体涌入，随后关闭第一道气密门，再进入生存舱。（2）隔热性：国外一般采用在舱体内壁涂抹隔热材料，厚度一般为20mm左右,实际使用中填充隔热材料形成隔热层,能够有效的减少舱内外热量的传递。（3）供氧装置：目前，国外矿用应急避难室的正常氧气供应主要靠矿用压缩空气和压缩O2两种方式。压缩O2一般储存在高压钢瓶中而压缩空气可以通过矿用压缩空气管道和钢瓶储存来提供。通常在应急救援中意外时常会发生，避难室的正常O2供应也可能在救援过程中出现短时间中断的情况，因此，避难室中还应设置应急用的方便O2发生源。国外避难室中配备的应急氧源一般为自含氧发生器（Self-Contained Oxygen Generator），又称为氧烛。（4）空气调节装置：国外的避难室绝大多数使用空调来控制温度。空调主机可置于避难室内部，而压缩机必须外置，因此，在爆炸事故频发的煤矿中，避难室空调压缩机的防爆是不得不面对的问题。此外，在20多m3的空间中要保持让人舒适的温度，需要有足够的电力运行空调，而矿难时外部电力切断，只能靠电池维持。所以，避难室生存时间的长短很大程度上要决定于空调和备用电池的功率之间的相互协调。（5）动力系统：避难室中的空调、照明、电子控制设备等都要依靠电力来维持，尤其是大功率的空调压缩机，要消耗大量的电力资源。目前，国外矿用避难室的动力供应系统一般分为两部分：矿山电源和UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）。避难室在正常情况下接入矿山用电源，经变压转换设备、调整电压电流适应舱内设备的规格。而在矿难发生时，会出现矿山用电源可能由于线路遭到破坏，或者因救援工作需要人为切断的情况，此时，就需要自动切换到避难室内部备用的UPS、来维持相应设备运行。一般情况下，UPS主要由蓄电池供电。矿井用蓄电池要求本质安全，并且由于要长时间维持大功率的空调设备运行，需要大量的串、并连蓄电池以提高电池电压及容量，根据上述特性、国外多数避难室选用的应该为铅酸蓄电池。（6）CO2处理：目前，国外避难室的标准要求将CO2的浓度控制在0.5%以下，一般不允许超过0.8%。北美RANA-Medical公司生产的Refuge One空气净化器是目前国际上较先进的空气处理装置，它按照使用的吸收CO2剂的药板数量分为单床和双床两种，呼吸过的气体进入处理器后，CO2以及其他的有毒气体被吸收，同时净化器连接的O2钢瓶经调节装置控制向空气中加如与CO2体积相等的O2，使净化后的气体达到可呼吸的标准。单床Refuge One空气净化器能够47h使容纳10人的避难室保持CO2浓度低于0.18%。国外避难室中一般选用碱石灰（NaOH与CaO组成的混合物）作为CO2的吸收剂，主要是因其价格低廉、性能可靠，保质期长。（7）气体监测：避难室中的监测系统主要监测的对象一般包括O2、CO2、CO、H2S、CH4、压力、温度、湿度以及各种设备的运行状况。监测仪器在避难室内分为固定式和便携式两种。固定式的仪器一般主要用于避难室生存空间内的各种环境参数以及各类电子设备、动力的监测。此外，避难室内还配备有一部分便携式气体检测设备，由被困人员中有经验的矿工操作，每隔一段时间对密闭空间内气体循环较差的角落进行检测，防止有毒有害气体局部积累。（8）通讯系统：国外一般采用有线通讯、无线通讯、应急通讯及各通讯方式失效情况下的信息交流方法，形成多级通讯保障体系。各通讯设备应技术先进、安全可靠。救生舱的设计制造应为在各通讯方式失效情况下的信息交流创造条件，具体方法应在救生舱内明确告知。（9）附属系统：应急避难室中除了主要的设备仪器外，还有设计有一系列附属设施以满足被困矿工的生存需要、协助完成救援工作。化学厕所：国外避难室中设置的厕所一般采用化学方法对排泄物进行消毒和处理，同时，厕所的设置位置会与人的生存舱隔离开，多数在避难室入口处的排气间，能够将臭味随气体排到外界空间。照明装置：由于应急救援中电力资源宝贵，避难室中的照明装置除了要求本质安全外，还要尽可能的节省电力。因此，避难室中一般使用能耗低、维持时间长、维护简便的LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)灯。自救器：避难室中必须配备有一定数量的隔绝式O2自救器，以便于避难室内人员短时间外出进行检测、营救或自行撤离。逃生窗：矿难发生后，矿井内部情况复杂，爆炸、塌方等各种原因都有可能导致避难室入口被堵住或损坏而无法开启舱门，因此，避难室需要有应急逃生的窗口，在需要紧急出舱时，被困人员能够从内部不太费力地徒手（也可借助避难室内部工具包）打开逃生窗离开避难室。逃生窗内外两侧结构不同，外侧在正常情况下能够达到气密性，同时具有与外壁其他部分相同的防爆能力；内侧紧固件拆卸后逃生窗就能整体向外推出露出逃生孔。逃生窗主要材料为防爆玻璃，所以平时也可作为观察窗观察外界状况。急救包：国外避难室中通常还配备有急救包，里面有一般情况所需要的急救药物、器材等，能够用于对受伤的矿工及时进行简单的包扎、消毒、治疗，防止受伤部位伤情恶化。工具包：等待救援期间，避难室的各种设备可能会出现运行上的小问题，需要及时排除。所以避难室里还应配备一个工具包，里面包括检查、维修室内各种设备的工具、说明书、维修材料以及供被困人员撤离用的逃生手册、逃生路线图等。外部标识：矿难发生时，由于烟雾、粉尘弥漫等各种原因，矿井中的能见度可能大大降低，为了引导无法撤离的矿工及时确定最近的避难室的位置，避难室舱体外壁以及周边的一定范围内都应设置有声、光提示的标识。这些标识包括巷道墙壁上的反射带方向标志、避难室上安装的警示灯和外壁上粉刷的荧光带等。（10）硬体舱和软体藏均采用过度藏结构。过渡舱设气幕和压气喷淋装置，以阻断和冲洗人员进舱时可能带入的有毒有害气体。1.2.4 国内可移动式救生舱的基本情况及特点国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局将救生舱技术列入“十一五国家科技”支撑计划，并取得了开创性成果。2009年12月，国家煤矿安全监察局发布了煤矿井下避难所试点建设基本要求（试行），提出了可移动式救生舱的基本功能要求。目前全国有超过30家单位从事救生舱及避难硐室配套设备的研发，其中有10多家单位已制造出产品，相关企业还与澳大利亚、美国等公司开展了有效的国际合作。我国救生舱产学研紧密结合，具备高起点。在充分借鉴国外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救生舱研发，提高了技术含量，具备航空潜艇等研发背景的机构进入救生舱的开发领域，有力的推进了研发进程，从已研制的产品看，我国产品的功能要求和环境适应性高于国外产品。但从总体上来看，我国救生舱的研发尚处于探索初期，技术引进和相关领域技术尚处于组装、仿造、借用阶段；研制出的救生舱基本未经过实践检验，需通过使用后再不断调整优化；也尚需通过试点试用的总结。1.2.5 国外应用现状及国际知名应急避难室生产企业及产品（1）政策、法规的支持2006年1月29日凌晨3时，加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）一座钾盐矿井发生火灾事故，72名矿工被困井下，转移至矿井应急避难室（澳大利亚Minearc Systems公司生产）中，经过26h全力营救，72名矿工全部成功获救，在世界范围内引起轰动效应。上述应急避难室成功应用的前提在于政策、法规对应急救援工作的明确规定，加拿大萨斯喀彻温省的矿山应急响应规程（Saskatchewan Mine Emergency Response Program）要求，地下矿山（包括煤矿）要设置长期的和临时的矿工应急避难室，这些避难室内存放一定量的氧气、水和食物，通讯设施要直达地面。美国、澳大利亚等国家的矿山安全法规和标准也对推广、使用矿井应急避难室有着硬性的规定。（2）经济、技术、市场基础在相关政策法规的支持下，欧美各国十分重视矿山应急救援工作及相关研究，投入了大量的资金，使得大量的具有较强科研实力的企业单位参与其中。矿井应急避难室是一种需要集成多种高新技术的科技产品，因此，MineArc Systems、Shairzal、德尔格等综合性安全设备公司具有相当的技术优势。这些企业从事工业安全领域研究多年，生产矿用安全设备、监测、通讯仪器等一系列的应急救援设备，能够在本公司内部完成整个应急避难室系统所需的全部设计研究。相比之下，国内缺乏具有类似完成大型设备研发能力的企业，只能依靠多个部门共同合作完成，带来诸多协调上的问题。国外安全生产的氛围浓厚，同时经济实力强大，应急避难室等设备具有广阔的市场。同时，由于采矿行业水平较高，各类矿井的条件相当，管理水平高，工艺简单，具备了推广、使用应急避难室的条件。（3）国际知名应急避难室生产企业及产品目前，国际上得到美国矿业安全健康管理局（MSHA）技术认证的生产应急避难室的主要公司及其部分产品如下：大洋洲地区澳大利亚MineARC系统公司（MineARC Systems）生产的MineARC Systems 15人避难室；澳大利亚Shairzal安全工程公司（Shairzal Safety Engineering）生产的Shairzal 快速移动救生站；澳大利亚Cowan制造有限责任公司（Cowan Mfg, Pty, Ltd.）生产的Cowan低位应急避难室。北美地区美国杰克肯尼迪金属制品公司（Jack Kennedy Metal Products）生产的Kennedy应急避难室；北美Rimer Alco医疗设备公司（RANA-Medical）生产的RANA-Medical Tommyknocker矿用避难室；现代矿业安全支持有限责任公司（Modern Mine Safety Supply, LLC）生产的Modern Mine Safety Supply避难室。另外还有：美国Strata公司（Strata Products USA）国际空气系统有限责任公司（Air Systems International Inc.）美国生化避难室有限责任公司（ChemBio Shelter, Inc.）国际微克服务公司（Gamma Services, International）欧洲地区德国德尔格安全设备有限责任公司（Draeger Safety Inc.）生产的Draeger隧道用应急避难室1.3 本文可移动救生舱设计任务本文可移动救生舱设计任务参数见表1-1表1-1 可移动救生舱设计任务参数项 目参数额定人数 人12额定防护时间 h96抗冲击力 MPa1.5抗爆炸冲击力 MPa2瞬间耐高温能力 1200持续耐高温能力 55最大耐水压能力 MPa0.1规格尺寸（LWH）mm772019002118空载质量 t12.8空间安全系数= 1.52 煤矿井下移动式救生舱技术要求2.1 适用范围本要求规定了煤矿井下移动式救生舱（以下简称救生舱）井下的安装、维护和管理等要求。2.2 编制依据煤炭工业矿井设计规范GB502152005煤矿安全规程2010年版防治煤与瓦斯突出规定2009年版国家煤矿安全监察局煤矿井下避难所试点建设基本要求（煤安监司办2010第9号）国家安全监管总局国家煤矿安监局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）2.3 基本要求2.3.1 矿井救生舱设置地点和数量矿井应根据井下作业人员和巷道断面等情况，结合矿井避灾路线，合理选择和布置移动式救生舱。有突出煤层的采区应设置采区避难硐室或救生舱，设置位置应当根据实际情况确定，但必须设置在防逆流风门外的进风流中。煤与瓦斯突出矿井以外的其他矿井，从采掘工作面步行，凡在自救器所能提供的额定防护时间内不能安全撤到地面的，必须在距离采掘工作面1000米范围内设置。突出煤层的掘进巷道长度及采煤工作面走向长度超过500米时，必须在距离工作面500米范围内设置避难硐室或救生舱。救生舱规格和数量应满足所服务区域内同时工作的最多人员的避难需要。2.3.2 救生舱安放硐室的要求A：救生舱安放硐室的设置应避开地质构造带、应力异常区以及透水威胁区，并要求尽量布置于岩层中，且顶板完整、支护完好（采用混凝土，厚度200300mm），前后20m范围内应采用不燃性材料支护，符合安全出口的相关要求。应保证道路畅通，安全间距、风速等符合煤矿安全规程及相关标准的规定。B：救生舱安放硐室的形状宜采用半圆拱形，高度大于2.6m，救生舱安放硐室的尺寸，应根据选用的救生舱的规格和通风要求确定。C：救生舱安放硐室内地面应高于巷道底板0.2m，水泥铺底厚150200mm，倾斜度不大于3，以保证救生舱水平放置时保持平稳。D：救生舱安放硐室顶板应安装防水设施，不得有滴水现象。E：救生舱安放硐室外20米范围内不应堆放易燃物品。F：压风、供水及信号传输管线在进入避难硐室前应埋设于巷底或巷壁，或采取其他措施保护，确保在灾变发生时不被破坏。埋设或保护距离至少不得低于200米。G：救生舱安放硐室应根据不同岩性采用锚喷、砌碹等方式支护，支护材料应阻燃、抗静电、耐高温、耐腐蚀。H：救生舱安放硐室标识矿井避灾路线图应包含井下所有避难硐室设置情况。救生舱安放硐室应有清晰、醒目的标识牌，并悬挂于救生舱安放硐室外。标识牌中应明确标注救生舱位置和规格、种类，井巷中应有救生舱方位的明显标示，以便灾变时遇险人员能够迅速到达救生舱。在井下通往救生舱安放硐室的入口处应有“救生舱”的反光显示标志,标志应符合AQ1017-2005标准要求。2.4 通风设施救生舱安放硐室应设立在进风风流中。突出煤层的掘进巷道长度超过500米时，不能设立在进风风流中。压风供气系统应专门配置，发生灾害时自动投入运行、供给压气。必须保证风源稳定可靠，灾害应急时随时可用。按救生舱额定人数计算，每人每分钟供给风量不得少于0.1m3。2.5 供水设施与煤矿供水管道相联接，管路保持畅通。2.6 供电设施供电安全、可靠。用于煤矿井下的救生舱用电部分应当充分考虑煤矿的供电条件，需要使用井下交流1140V/660V和380V的电。电源安装要求：a)供电系统供电设备应具有短路、过载和漏电（含漏电闭锁）保护。低压控制设备应具有短路、过载、断相、漏电闭锁等保护及远程控制装置。b)电源供电电缆应为煤矿用阻燃电缆，一般采用重型橡套铜芯多股电缆，并应带有一芯接地芯线，内接地芯线应与接线盒内的接地端子可靠连接。电缆应设有防护装置，应防止电缆被意外砸伤、拉伤或刮伤，并应将电缆躲开淋水、积水地点。2.7 通讯设施煤矿救生舱与其相关点的通讯连接，使用有线程控电话，通讯电话应防爆，符合“煤矿安全规程”和GB3836.2-2000要求；通讯电缆应为煤矿用阻燃电缆，电缆应设有防护装置，应防止电缆被意外砸伤、拉伤或刮伤，并应将电缆躲开淋水、积水地点；救生舱的通讯应与矿井主通讯联网。2.8 功能及配置1、救生舱基本参数见表2-1。表2-1 救生舱基本参数项 目参数额定人数，人12额定防护时间，h96抗冲击力，MPa1.5抗爆炸冲击力，MPa2瞬间耐高温能力，1200持续耐高温能力，55最大耐水压能力，MPa0.1规格尺寸（长宽高）772019002118空载质量（t）13t人员舱容积（m3）9.7过渡舱容积（m3）4.8设备舱容积（m3）7.22、救生舱正常使用时能保持正压状态（舱内气压大于舱外气压），生存舱内压力在100Pa1000Pa内；过渡舱内压力不小于200Pa，防止有毒有害气体渗入。3、额定防护时间不小于96h，并且有不小于1.2倍的安全系数。4、 救生舱外部颜色在煤矿井下照明条件下应醒目，宜采用黄色或红色。同时，应设置明显的安全荧光条码、安全标志标识、安全使用须知、扳手启动符号等标识。5、救生舱及内部设备具有防腐蚀、防虫鼠啃咬等性能。6、救生舱的有效容积（包括过渡舱和生存舱），保证人均占有容积不小于0.8m3，其中过渡舱净容积应不小于1.6m3。观察窗宜设置在生存舱的适当位置，材质应具有与整舱相匹配的耐高温、抗冲击等性能。急逃生口，在救生舱舱门无法正常开启的紧急情况下，遇险人员能够借此逃生。7、瞬间耐高温能力，舱体在瞬间（0.2S）环境温度1200条件下，无开裂、变形等影响使用的缺陷。8、持续耐高温能力，额定防护时间内持续环境温度55条件下，舱内温度不大于332。9、抗冲击力不小于1.5MPa。10、抗爆炸冲击力不小于2MPa。11、救生舱具备快速起动能力，起动时间应不大于20s。12、救生舱具备可移动性，明确安全、可靠移动的方式、方法及所需设备。13、氧气供给保障系统、救生舱应具备压风供氧、压缩氧供氧二级供氧保障体系以及自救器逃生保障系统。救生舱具有与矿井压风系统的接口和压风系统供氧装置，可以在矿井压风系统未被破坏的情况下对舱内供氧。保证压风供氧速率应不小于每人2.5L/min（标准状态下），连续噪声应不大于70dB(A),出口压力应不大于0.2MPa。压缩氧供氧，以人均耗氧量0.5L/min计算，能够单独保证救生舱的额定保护时间。自救器救生舱应配备隔绝式氧气自救器，使用时间应不小于45min。配备量应不小于额定人数的1.5倍。14、空气净化救生舱应具有有效的空气净化与温湿度调节系统，在额定防护时间内保证舱内空气及有毒有害气体浓度满足表2-2的规定。表2-2 舱内空气及有毒、有害气体浓度项目O2COCO2CH4温度湿度指标18.5%23.0%24X10-61.0%1.0%330C20C85%15、温湿度调节在外界电力供应中断或空调机组意外停转情况下能够满足舱内制冷除湿的需要。16、环境监测舱内环境参数包括CO、CO2、O2、CH4、温度和湿度，应进行实时监测、显示和超限报警，若超出表2的规定值时应自动声光报警，声级强度不宜大于85dB（A）；舱外环境监测的参数包括CO、CO2、O2、CH4，应进行实时监测、显示。17、通讯救生舱具备与井下通讯网连接的接口及通讯方式失效情况下的信息交流方法,保证灾变期间通讯可靠。18、舱内照明及指示救生舱采用一体式矿灯照明。舱内储备逃生用一体式矿灯，数量不少于额定人数的25%。救生舱外部应有反光标志，便于黑暗环境中辨识。19、动力保障救生舱内具有动力供应系统，在失去外部供电的情况下，内部电源能维持额定工况下的电力消耗需要。具备外部电源接入接口，在救生舱处于备用状态下能利用外部电源对救生舱内部电源充电。外部电源及电源接口应有完善的安全保护，保证在意外情况下的供电安全及灾变条件下外部电源中断时救生舱内部的供电安全。救生舱内部采用集中供电方式，矿用隔爆兼本质安全型防爆型式，具备自动充电、充电状态显示、均衡充电、均衡放电等电源管理和过充、过放等安全保护功能。动力保障系统的备用电池采用大容量的镍氢蓄电池。救生舱内、外部供电应能自动转换，转换时间不大于0.1S。20、生存保障救生舱应配备在额定防护时间内额定人员生存所需要的食品和饮用水，并有足够的安全余量。其中，食品配备不少于2000kJ/人.天，饮用水不少于0.5L/人.天。救生舱配备急救箱、苏生器、工具箱、人体排泄物收集处理装置等设施设备。21、救生舱用电气设备、高压容器、仪器仪表、化学药剂等，应符合相关产品标准的规定和国家有关管理要求，纳入安全标志管理的设备应取得矿用产品安全标志。22、救生舱主要配置表见表2-3。表2-3 救生舱主要配置表序 号型号产品名称备注1舱体2KDD1200矿用隔爆型备用电池箱3KDW1140/12矿用隔爆兼本安直流稳压电源4FBFN01.4/12矿用隔爆型直流电动风扇5ZSK-4.0/380煤矿救生舱用防爆空调装置6GTG100H（B）红外甲烷传感器7GH3多气体传感器8GRG5H红外二氧化碳传感器2.9 管理与维护1、救生舱及安装硐室应专门设计并编制施工措施，报矿井总工程师审批后施工；竣工后由安全副矿长组织通风、安全及生产部门相关人员进行验收，合格后才能投入使用。2、矿井建立救生舱管理制度，设专人管理，每周检查一次。按相关规定对其配套设施、设备进行维护、保养或调校，发现问题及时处理，确保设施完好可靠。3、救生舱配备的食品、水和急救药品，过期或失效的必须及时更换，且在有效期内。4、每天检查救生舱门是否开启灵活和密封可靠，检查橡胶是否老化。5、每天必须检查救生舱内压缩氧和压风供气性能。（1）压缩氧供气： a)减压器应定期检验完好性，流量在0.415L/min范围内应可调。 b)定期检查氧气瓶压力，如压力小于13.5MPa，应及时充气。 c)医用氧气瓶钢瓶符合GB5099标准和气瓶安全监察规程。氧气瓶有效期15年，3年检验一次，检验合格后方可使用。充装后的气瓶，应有专人负责，逐只进行检查。检查内容包括：瓶阀开启灵活性，阀门关闭应可靠；瓶内压力是否在规定范围内；气瓶充装后，如出现缺陷，应立即停止使用。（2）压风供气检测压风供气装置完好性，压风压力和压风供气量符合压风自救供气系统要求。6、便携式自救器应按标准定期校验，并作好记录。隔绝式压缩氧自救器：每隔半年要检查氧气瓶压力。每隔3年要对氧气瓶做水压试验。每隔半年更换CO2吸收剂（未使用状态下）。7、每周需检查救生舱安放硐室内的联接牢固、可靠性。如螺丝联接是否松动等。8、每周需检查救生舱安放硐室的支护，保证支护牢固，可靠。9、每周需检查检查甲烷传感器的完好性，并定时监测通风瓦斯浓度。10、每周需检查电气设备（直变器、矿用真空馈电开关，照明电源装置