矿用可移动式救生舱科技攻关计划项目申报书.doc

矿用可移动式救生舱科技攻关计划项目申报书导读：黄石市科技攻关计划 项目申报书项目名称： KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱 申报单位（盖章） ： 湖北三环锻压设备有限公司 联 系 人： 联系电话： 沈争尉黄石市科学技术局制基 本 信息表项矿用可移动式救生舱市科技攻关计划项目申报书黄石市科技攻关计划 项目申报书项目名称： KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱 申报单位（盖章） ： 湖北三环锻压设备有限公司 联 系 人： 联系电话： 沈争尉黄石市科学技术局制基 本 信息表项目基本信息 项目名称 申报单位 所在地区 联系人 KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱 湖北三环锻压设备有限公司 西塞山区 沈争尉 县（市、区） 组织机构代码 是否进入 国家级 高新区 未进区 手机 79875866-1 省级 138* 能源与交通 农业生产资料 其它联系电话6330991电子信息 项目领域 种植 生物医药新材料 养殖 资源环境先进制造 农产品加工 人口与健康以市场为导向，通过产学研合作，对矿用可移动式救生舱进行技 术研究，攻克掌握相关核心技术和关键工艺，研制出具有自主知识产 项目主要内容 （200 字以内） 权的 KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱重大装备， 各项性能指标总体达 到国际先进水平，形成 2 项专利技术、1 项企业技术标准，建立矿用 可移动式救生舱技术开发体系和生产制造体系， 为实现产业化奠定良 好的基础。救生舱额定人数 8 人、额定防护时间96h、可承受最高爆炸冲 击压0.3MPa、瞬时耐高温能力900、持续耐高温能力 55、4h、 预期技术经济 舱内温度35、舱内湿度85%、氧气浓度 18.5%23.0%、舱内维 指标 持正压(100500)Pa。（150 字以内） 预计项目完成并实现产业化后， 可形成年产 100 台 KJYF-96/8 矿 用可移动式救生舱的生产能力， 实现销售收入 12000 万元， 利润 1500 万元，税收 1000 万元，新增就业 300 人。项目起止年限 项目总投入 2011.102013.4 300 万元 60 万元 240 万元 万元 总计 其中： 市拨经费 自筹 其他企业基本信息 申报单位类别 企业注册时间 股份结构 是否省级高新技术 企业 密切合作的高校、科 研院所(不超过 3 个) 知识产权（已授权） 职工总人数 1324 人 指标 净资产（万元） 近3年 主要经 销售收入（万元） 济指标 研发经费（万元） 缴税总额（万元） 净利润（万元） 姓名 陈本永 项目主 要研究 人员（5 人以内） 邵鹏程 曹树汉 易振明 薛凌翔 70111 2944 3715 3927 工作单位 武汉船舶设计研究所 湖北三环锻压设备 有限公司 湖北三环锻压设备 有限公司 武汉船舶设计研究所 湖北三环锻压设备 有限公司 年龄 68 57 46 30 53 72238 3149 4106 5068 专业 船舶制造 机械工程 机械制造 船舶制造 机械制造 69601 3173 4291 5553 职称/职务 研究员 教授级高工 高级工程师 工程师 高级工程师 企业 大专院校 注册资金 研究院所 12250 万元 其他 30%年其中外资 （含港 澳台）比例国有占 57.3%股份,外资占 30%股份,个人占 12.7%股份。是 否 是否高新技术企业后备 企业 是 否华中科技大学、武汉理工大学、武汉船舶设计研究所 发明专利 大专以上科 技人员 前2年 24793 2项 487 人 实用新型 研发人员 前1年 27014 64 项 154 人 上年 22096主要产品名称 1、重型数控折弯成形机成套设备 2、数控（液压）折弯机、剪板机 3、转塔冲床、精冲机、精锻机、 4、自动冷镦机、船用肋骨机、激光切割机 各县（市）区、开发区科技部门推荐意见：占企业销售收入总额比例（%） 25 50 15 10年月日黄石市科技攻关计划项目 可行性研究报告项 目 名 称： KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱 项目承担单位： 湖北三环锻压设备有限公司 项目协作单位： 武汉船舶设计研究所黄石市科学技术局一、项目的目的和意义及相关领域国内外技术现状和发展趋势 1项目的目的和意义 2010 年智利矿难 33 名矿工的成功获救不仅震撼了世界,震撼了中国 各级矿业主管部门领导，促进了我国矿井安全技术的研发。2010 年 10 月 13 日当天，国家安监总局副局长赵铁锤表示，智利矿难救援成功有重大 借鉴意义，“救生舱的建设工作将是整个矿山企业的重中之重。” 我国有着丰富的煤矿资源，煤炭产量占世界产量的 35%，同时也是 煤矿安全事故频发的国家，其矿难死亡人数却占世界的 80%，矿难死亡 率是美国的 100 倍、南非的 30 倍，百万吨死亡率是世界平均水平 10 倍， 每年因各类事故造成的经济损失在 300 亿元左右， 黑色的煤也被形象地称 为“血煤”。煤矿事故的发生严重威胁煤矿工人的生命安全，矿山安 全事故频发也越来越受到全社会的广泛关注， 频繁的矿难不仅造成了许多 家庭的破裂，同时也严重影响了我国的国际形象。据测算，一旦发生瓦斯 超标， 矿工戴着隔绝式压缩氧自救器在 45min 之内赶到升井地点基本不可 能，而煤矿的后续救援多数都是以天数计。缺少必要的紧急避险设备，是 国内矿山事故死亡率居高不下的重要原因。将事故时伤亡降到最低限度， 急需研发一种可移动式应急矿业救援设备， 它的存在为遇险人员的生命安 全增加了更有力的保障。一旦矿井井下发生了紧急情况， 在矿工逃生路线、 逃生方式受到影响的情况下， 救援设备可以立刻为矿工提供一个安全的空 间。它们可以在这种紧急情况下马上抵挡有害气体的侵蚀， 同时给矿工提 供氧气、水、食物，保证他们生命安全，这将极大地增加矿工在突发事故 中的生还率。在以人为本理念成为世界发展潮流的大环境下， 积极开展矿山安全保 障技术的研究与开发， 不仅是我国建设和谐社会的必然要求， 更是时刻遭 受矿井灾害威胁的煤矿工人的迫切愿望。“矿用可移动式救生舱”研 发，解决矿山企业的重大灾害应急救援的一系列关键技术，为矿工在 灾变环境下提供稳定可靠、保障齐全的维生空间，把灾害的损失降到 最低，形成一套具有国际先进水平的、以救生舱为主体的矿井应急救 援系统，改善我国煤矿安全在管理方面的技术储备不足，全面提升我 国煤矿应急救援方面的技术水平具有重要意义。2 相关领域国内外技术现状和发展趋势 国外矿用救生舱生产企业主要集中在美、 澳、 南非等少数矿业发达国 家，但主要应用在金属矿山、隧道内，仅澳、美等国研发了煤矿用救生舱 产品。美国联邦矿山安全健康局(MSHA)出台了美国救生舱行业标准和管理 规定， 对救生舱生产企业和部署救生舱的煤矿企业的要求非常具体。美国 煤矿以可移动式救生舱为主， 加拿大煤矿井下避难硐室与可移动式救生舱 配备比例约为 l：5，以硬体可移动式救生舱为主。澳大利亚使用“空气 呼吸器+加气站”的避险设施。南非对煤矿以避难硐室为主，较少使用可 移动式救生舱， 并研发了便捷充气式救生气囊， 便于井下发生事故时矿工 携带。我国煤矿井下移动救生舱研究起步晚， 设计思路不成熟， 缺少充分试 验和检验支持，无标准可以依据，更缺乏井下现场实践经验，处于研发及 产品实验阶段。国内产品舱体多采用轻钢框架结构，内外双层钢板密闭， 内衬高效保温隔热材料，舱体厚度一般 2Om。目前国内没有统一的技术标准，有 20 余家单位根据国家不同部门现有的一些技术规定和要求，进行 研发开发。2009 年 12 月，国家安全生产监督管理总局、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） 以及煤矿井 下紧急避险系统建设管理暂行规定 ，提出了可移动式救生舱的基本功能 要求。国家安全监督局签发的防治煤与瓦斯突出规定 ，明确规定有突 出煤层的采区必须设置采区避难所救援设备。二、项目主要研究内容、工艺路线 KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱，是在没有任何电源的情况下能为矿 工提供一个安全的避险空间。它可以抵挡诸如透水、 瓦斯突出、 爆炸冲击、 塌方、有害气体等侵袭，保证避险人员的安全及适宜的生存环境，引导外 界前来救援，极大增加矿工在突发事件中的生还率。KJYF-96/8 矿用可移动式救生舱，采用分体组合式结构，由过渡舱、 生存舱和设备舱三部分组成，舱体之间通过内法兰连接。具备安全防护、 氧气供给保障、空气净化与温湿度调节、环境监测、通讯、照明、动 力供应、人员生存保障等基本功能，额定防护时间不低于 96 小时。对外能够抵御高温烟气、 爆炸冲击、 冒顶坍塌、 火灾、 隔绝有毒有害气体。同时通过舱内外的通讯、安全监测系统，引导外界救援，形成多级保障体 系。并可通过牵引、吊装等方式实现移动，适应井下采掘作业要求的 避险设施。1主要技术指标序号 1 2 项目 外形尺寸（长宽高） 额定人数（人） 技术参数 10800mm1400mm1800mm 8人3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16生存舱人均容积（m3/人） 额定防护时间（h） 可承受最高爆炸冲击压（MPa） 瞬时耐高温能力（） 持续耐高温能力（） 空载质量（t） 过渡舱净容积(m3) 舱内温度() 舱内湿度(%) 氧气浓度(%) 二氧化碳气体浓度(%) 一氧化碳气体浓度(ppm) 甲烷气体浓度(%) 舱内维持正压(Pa)0.8m3 96h 0.3MPa (3S)900 55、4h 16t 1.4m3 35 85% 18.5%23.0% 1% 24ppm 1% (100500)Pa2主要研究内容及工艺路线 1）结构和安全防护 （1）总体布置 救生舱采用分体组合式结构， 由过渡舱、 生存舱和设备舱三部分组成， 舱体之间通过内法兰连接。救生舱首端部的防护密闭门采用向外开启的， 通孔尺寸为 1370mm670mm；过渡舱和生存舱之间采用密闭门隔开，生存 舱和设备舱之间也是用密闭门隔开，两只密闭门的通孔尺寸相同，均为 1200mm600mm；救生舱尾端部的逃生门是外开式的，其主尺寸、结构和 密封型式都与首端部的防护密闭舱门相同，平时也可作为方便装卸液态 CO2 气瓶的通道门。过渡舱内设有气幕喷淋系统、卫生系统、压风系统及单向排气阀等。气幕系统与舱门开启同步工作， 进入过渡舱后开启喷淋系统， 阻止舱外有 害气体进入生存舱，确保避险人员安全。生存舱人均有效容积为 0.876m3，总有效容积为 7.005m3,生存舱还配 有在额定时间内维持生命活动所必需的空气监测及通讯系统、 空气净化系 统、供氧系统、温湿度调节系统等，除此之外，还备有自救器及急救箱、 照明设施、工具箱、灭火器等辅助设施。食品、饮用水可按标准配备，食 品发热量不少于 5000KJ/天人，饮用水不少于 1.5L/天人。设备舱内主要布置有液态 CO2 气瓶组、管路控制系统及 CO2 气体测定 器和双金属温度计等。 液态二氧化碳气瓶组；压缩氧气瓶组；无源二氧化碳空调；压风系统；卫生系统； 压缩空气瓶组；座椅及食物和水等用品及食品；环境监测系统；通讯系统；气幕喷淋系 统。（ 2）救生舱结构强度 救生舱是一种应急救援产品，灾变发生时处于偶然性冲击载荷作用下， 其许用应力可以取屈服强度。内法兰按压力容器的设计计算方法进行 设计。加强筋主要考虑剖面模数不能超过屈服强度， 同时加强筋要具有一 定的断面面积。舱体结构示意图端部舱体结构示意图（3）耐压防护密闭门结构 耐压防护密闭门采用板架结构， 向外启闭的舱门采用卡紧锁栓和齿轮 齿条传动方式。舱门结构示意图（4）过渡舱 过渡舱净容积 1.696m3,设有气幕喷淋装置、 卫生装置、 压风装置及单 向排气阀等。过渡舱端面右上方设有压风装置接口， 可与矿井压风管路相连接， 压风装置的管路上依次装有球阀、三级过滤器、减压阀和消音器，可起到安 全控制、过滤杂质、减压和消音等作用。压风供氧汇流排管路为 DN25 的 不锈钢管。压风出口压力在(0.10.3)MPa， 供风量不低于每人 0.3m3/min， 颗粒去除至 0.01 m， 油雾气去除至 0.003ppm， 连续噪声不大于 70dB(A)。在矿井压风系统没有损坏情况下，能向舱内提供新鲜空气不小于 158.40m3/h，满足舱内 8 人生存使用需求。详见工作原理图。压风、气幕喷淋系统工作原理图过渡舱净容积为 1.696m3,过渡舱内设置 2 只 15MPa、40L 高压空气瓶 和气幕喷淋装置及 2 只 5/4”的单向排气阀。气幕喷淋装置用双管路控制， 一路与矿井地面压风系统连接， 在矿井 压风没有损坏的情况下， 可直接通过单向阀向气幕喷淋装置供气； 另一路 通过减压器和球阀与高压空气瓶连接， 在矿井压风损坏的情况下， 打开阀 门即可实现喷淋。气幕装置与舱门开启同步进行，气幕出口压力 0.4 0.6MPa,喷淋装置出口压力 0.8MPa。喷淋时间 2min/组，额定人数 8 人， 最长使用时间 4min （每 4 人一组共两组， 用时 4min） 。过渡舱内 2 只 5/4” 单向排气阀能满足大风量（流量为 600L/min）排气需要。详见工作原理 图。压风、气幕喷淋系统工作原理图（5）生存舱 生存舱人均有效容积为 0.876m3， 总有效容积为 7.005m3； 在第四节舱 体侧面设有观察窗一个，观察窗窗座材料是 Q345-R，耐压视镜采用高 温防火玻璃，观察窗窗口直径 100mm，能耐高温，抗冲击；生存舱有 2 个 5/4”的单向排气阀。（ 6）应急逃生口 逃生口设置在救生舱后端，当避险人员需要逃生时，可携带应急设备， 打开生存舱与设备舱之间隔壁门， 经设备舱中逃生通道， 打开逃生门即可， 为了能使避险人员以最快速度逃生， 逃生门设计大小同进舱舱门， 逃生路 线如下：逃生通道示意图（7）耐高温能力 壳体和端盖的保温层厚度分别为 0.112m 及 0.114m， 保护层采用 1.2mm 厚不锈钢板。保温材料（泡沫矿棉）及辅助材料阻燃抗静电、耐老化、无腐蚀性且通过 海军医学研究所 无毒性检测和 MT113 材料阻燃抗静电检 测，符合标准要求。（8）舱体气密性 舱体各舱段连接处、 首尾舱门及观察窗等的密封材料采用阻燃抗静电 耐高温的硅橡胶。l 舱体各舱段连接处的密性设计，采用法兰、密封件和紧固件连 接。通过气密试验检查，不泄漏方能满足密封要求。l 舱体开孔处的密封设计要求，舱体开孔处选用船用通舱管件与 舱壁进行焊接，在焊接、密封方面能满足气密性要求。l 首尾舱门的密封设计，采用燕尾槽和“”型密封圈的密封结 构型式，密封槽留有“”型密封圈压缩量所需的空间；用锁栓均匀 卡紧，使舱门和围栏紧密贴紧，达到密封要求。通过气密试验检测， 不泄漏为满足密封要求。l 观察窗的密封设计，采用双视镜结构。每只视镜均采用压环、 密封件和紧固件密封；装舱后通过气密试验检测，不泄漏为满足密封 要求。观察窗结构示意图 结构组成：1、5 密封圈；2、6 耐压视镜；3 窗座；4 舱体（9）防倾覆措施 舱底为全平面，具有牢固可靠性。吊装时通过舱体上方的吊耳进 行吊装，可保证其稳定性，不破坏其结构。在救生舱外侧面底部的 T 型钢部位和两端面底部的扁钢部位焊接 L 型钢作为固定结构， 并打膨胀螺 栓到地面进行固定。（10）可移动性 采用模块化设计，在煤矿井下可进行灵活简便的拆解、运输、组合， 使救生舱在煤矿井下狭小的空间条件下更具有广泛的适应性。2）空气和氧气供给系统 （ 1 ）救生舱舱内设有压风管路，可与来自煤矿的地面压风管路 连接，在压风管路未损坏情况下，可保障舱内气体的流通，及时供给 舱内氧气。（2）采用压缩氧供氧方式，生存舱内配备4只15MPa、60L高压氧气瓶 的压缩氧气。氧气浓度不低于99.5%，在额定防护时间内人均供氧量不低 于0.5L/min， 将高压氧气先减压至0.3MPa以下后低压汇流， 氧气供给管路 内的流速不超过30m/s。氧气瓶可靠固定，采用高压软管连接，并按规定 对供氧管路和阀件进行脱脂处理。供氧系统原理图（3）舱内还配备隔绝式氧气自救器，自救器使用时间不低于45min， 配备量12只，满足不低于额定人数1.5倍的要求。3）空气净化与温湿度控制系统 （1）温度调节系统 采用以液态 CO 2 作为制冷源，建立无电源温湿度控制系统。液态二氧 化碳经过减压器从气瓶中释放出，通过铜管输送到蒸发器内，输送过 程中二氧化碳气化吸热，可以起到降温的作用。同时气化的二氧化碳 进入气动马达，带动马达转动，将冷风吹出，通过排气口将二氧化碳 气体直接排到舱外。详见工作原理图。二氧化碳空调系统工作原理图该无源 CO2 空调主要有两个特点：其一，将制冷、CO2 净化和除湿功能 集成为一体；第二，气体管路采用多级减压技术确保 CO2 液相-气相的顺 畅转换，解决了 CO2 空调在整个运转过程中系统管路被“干冰”堵塞的问 题。（2）空气净化系统 空气净化技术作为单独模块与 CO2 空调系统集成一体，主要配备进口 气动马达， 利用储存的高压空气对生存舱内的一氧化碳催化转化、 其它微 量有害气体去除以及对舱内补气并维持正压， 无需电力驱动。配备以 LiOH为基础原料的 CO2 吸附剂 82kg, 配备 LC-35 型贵金属催化剂 4.5kg。净化 原理详见工作原理图。空气净化模块工作原理图 结构组成：1 高压空气瓶；2 减压器；3 控制球阀；4 气动风机气幕喷淋系统与压风系统具有隔离外界有害气体和洗气的功能， 亦可 起到空气净化作用。（3）湿度调节 采用高分子除湿干燥帘，干燥帘包装：1Kg/包。每 100g 干燥剂连续 工作 4 天，平均可吸收 85g 的水湿度 60情况下。配置高分子吸水 材料 70 包，干燥帘可直接挂在生存舱内进行干燥除湿。4）环境检测系统 舱内设有 CO2、CH4、CO、O2 、温湿度、压差以及对舱外抽气检测装置， 能够对舱内外进行实时监测、显示，部分监控可实现超限报警功能。采用高可靠性、低能耗的测定器，符合本质安全型要求。过渡舱配备 CO 及 O2 测定器各 1 个，测定器额定工作时间为 96h，过 渡舱舱内环境 1h 检测一次。生存舱配备 CO、O2、CH4、CO2 测定器各 1 个，测定器额定工作时间为 96h，生存舱舱内环境前 48h 连续检测，后期将间断检测，间断检测时间为 0.5h 一次，每次不超过 3 分钟。设备舱配备 CO2 测定器 1 个，测定器额定工作时间为 96h，设备舱舱 内环境 1h 检测一次。舱内配备一个四合一多气体测定器用于检测舱外环境， 测定器额定工 作时间为 10h，舱外环境 1h 测试一次。为了能方便安全的检测舱外环境气体参数， 生存舱内装有抽气式气体 采样检测装置， 通过采样器将采集到的舱外气体输送到四合一气体测定器 进行检测， 最终将检测过的气体排出舱外。整个检测过程在密闭气路环境 中进行，有害气体不会渗入舱内。舱外抽气式检测装置工作原理图 结构组成：1、气体检测箱（采样箱放多气体检测器，采样箱设有观察窗及控制杆，检测箱完全密 封） ；2、控制球阀；3、气体采样器；4、控制球阀；5、控制球阀5）通讯系统 救生舱设有与矿（井）调度室直通电话，规格型号为 KTH119，并在 舱体尾端部设有一个无线通讯备用接口，为无线通讯创造条件。6 ）照明及指示系统 舱内照明采用一体式充电型 LED 锂电灯。共配备矿灯 14 支，每支矿 灯的有效时间为 11h，10 支矿灯用于灾难发生时舱内 106h 使用，还具有10%的余量，4 支用于灾难后矿工逃生需要。救生舱外设有舱外指示灯，使用时间不小于 106h。7）动力保障系统 救生舱内主要采用无源技术， 所有系统及设备均无需使用电源， 在研 制过程中经一系列试验及改进， 确立了在没有电源情况下， 救生舱可依靠 自身储备的液态二氧化碳、高压空气及氧气等实现生命维持系统正常运 作。无电源设计可大大提高安全性和可靠性。8）生存保障系统 舱内还配备有人体生存所需的保障设备，如 MFZ/ABC4 手提式干粉灭 火器 2 个、急救箱一套、MZS-30 煤矿用自动苏生器 1 台、工具箱 1 套、 2596 型 3 号单罐防毒口罩 8 个、ZDJ-30 环保坐便器 1 个、5248kJ/包的 90 压缩干粮 35 包、550ml/瓶的饮用水 100 瓶等，以保证舱内人员的正常 生活使用。三、项目的关键技术和创新点及可能取得的知识产权 1关键技术 矿用可移动式救生舱使用的正是高压舱技术， 关键技术就是密封压力 容器技术，涉及的室内温度控制等关键技术。1）救生舱气密性制造技术。矿难发生的时候，会产生大量的有害气 体，救生舱首先要防止外部 CO 等有毒有害气体进入舱内。而气密性就是 要保障发生矿难的时候， 救生舱成为一个安全封闭空间， 阻断舱外的有害 气体的侵袭。2） 救生舱内降温与除湿技术。当遇险人员进入气密的救生舱后,救生舱内的温度和湿度会逐渐上升。因此，必须对救生舱内进行降温和除湿, 以满足温度不大于 35 益、湿度不大于 85%的要求。采用高压二氧化碳气体膨胀制冷技术， 二氧化碳具有安全稳定、 无毒 等优点。高压气体膨胀制冷具有无电源、维护量小、维护费用低等优点。除湿的方法较多,利用制冷系统的热交换器表面凝水除湿,是一种简 单有效的方法。3）供氧与有害气体去除技术。煤矿井下救生舱除要与自救系统连接 外，还应具备自备供氧系统。压缩氧供氧具有安全可靠、操作简单、使用 方便、易维护、费用低等优点。为去除避险人员代谢产生的 CO、CO2、H2S 等有毒有害气体， 以及避险人员进入救生舱时从外部带入的 CO、 CH4 等有 毒有害气体，