矿山紧急避险系统建设

矿山紧急避险系统建设,4/30/2020,4/30/2020,新型安全防护体系课题研究历程,新型安全防护体系避险装备性能,全国井下避险设施潞安现场会介绍,新型安全防护体系在潞安的实践,一,二,三,四,新型安全防护体系的建设思考,五,主要内容：,4/30/2020,一、新型安全防护体系课题研究历程,(一)课题研究背景(二)研发历程(三)主要验证试验(四)研究过程中解决的关键技术,4/30/2020,课题研究背景,作为世界上最大的煤炭生产国，矿难一直是我国矿山安全生产挥之不去的阴影。每年我国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起煤矿灾难中，就有8起发生在中国。,4/30/2020,课题研究背景,井下发生瓦斯煤尘事故时，人员伤亡的75%是由于有毒有害气体造成的；事故发生后，现有救助方式（自救器和救护队救援）不能使矿工得到及时、有效救助。,4/30/2020,课题研究背景,为了从根本上解决矿井发生重大事故后，相关救援技术装备不能满足需要的问题，2006年科技部批准立项了国家“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：2006BAK25B00-4)，这一项目为新型安全防护体系的研发提供了契机。,4/30/2020,2006.6.6由刘仁生、金龙哲、朱军、张志钰、汪声、栗婧等相关科研人员共同组成的项目课题组正式成立。,研发历程,4/30/2020,对矿用救生舱的材质、造型、密封、通讯、动力、监测监控和机械制造工艺等系统进行技术攻关。,2006-2007,研发历程,4/30/2020,矿用可移动式救生舱先后通过了模拟灾变环境下的生存试验、抗高温试验、抗爆试验。各项试验均取得圆满成功。,2008-2009,研发历程,4/30/2020,矿用避难硐室研究项目在潞安集团启动。开展矿用避难硐室研究，可以转变矿井紧急救援模式，达到矿井全员覆盖、一人一位的设计原则，提升我国矿井安全防护技术水平，进一步完善我国矿井安全生产体系建设。,2009.5.25,研发历程,4/30/2020,2009.12.18国家煤矿安全监察局组织召开煤炭井下避难所试点工作座谈会。决定由潞安集团常村煤矿创建国内首个新型安全体系示范矿。,研发历程,4/30/2020,2010.3.10国家“十一五”科技支撑计划“矿用可移动式救生舱关键技术研究”通过国家安监总局等部委的项目验收，救生舱技术研讨会同时在京召开。,研发历程,4/30/2020,2008年4月，矿用可移动式救生舱在山西潞安集团模拟试验巷道内先后通过了2人8小时、4人8小时、4人48小时现场生存试验。随后进行了完全模拟矿井灾变环境下的4人96小时现场生存试验。现场取得的各项数据表明，试验取得圆满成功。,生存试验,主要验证试验,4/30/2020,生存试验舱外环境指标曲线图,主要验证试验,舱外CO曲线图,舱外CH4时间曲线图,舱外CO2风速变化图,舱外O2浓度变化曲线图,4/30/2020,4人生存试验舱内环境指标曲线图,主要验证试验,4人96小时试验舱内O2浓度变化情况,4人96小时试验舱内CO2浓度变化情况,4人96小时试验舱内CO浓度变化情况,4人96小时试验舱内温度变化情况,4/30/2020,抗高温试验,2008年10月，矿用可移动式救生舱持续承受持续高温环境试验在河北邯峰电厂获得成功，整个试验过程中舱内温度始终被控制在安全范围内。,主要验证试验,4/30/2020,抗高温试验报告,主要验证试验,4/30/2020,2009年3月，矿用可移动式救生舱承受瓦斯、煤尘爆炸试验在重庆爆炸实验所获得成功。,抗爆试验,主要验证试验,4/30/2020,抗爆试验报告,主要验证试验,4/30/2020,研究过程中解决的关键技术,1、人体生存参数(数据详见试验报告）,根据舒适度试验，得出救生舱人均生存空间不能低于m3；所得每人耗氧量取平均值为L/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）L/min，O2浓度基本不变或者稍有上升，换算为每人耗氧量为：L/min；CO2浓度上升时间：人体呼出CO2，使浓度从，上升，正常需要时间min；处于休息状态下，浓度上升需要min；对密闭空间内的热湿负荷进行了量化研究，并对低能耗下控制舱内温、湿度的原理进行了研究；为了防止有毒有害气体进入救生舱，舱内必须保持Pa以上的正压；在安静的密闭空间内，（A）以上的噪声即可导致人员烦躁情绪。,4/30/2020,研究过程中解决的关键技术,2、氧气供给系统（数据详见试验报告）,（1）采用多级氧气供给保障系统：救生舱和避难峒室（以下简称为避难所）具备压风供氧、自备氧、化学氧等多级供氧保障体系以及自救器等逃生保障系统，保障救生舱内人员呼吸氧气浓度在之间。（2）压风：避难所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避难所内供氧。（3）供风装置：具有减压、节流、消噪声、过滤和开关等设施，保证压风供氧速率不低于每人（以人均耗氧量/min计算），连续噪声不高于（A），出口压力不高于。,4/30/2020,研究过程中解决的关键技术,3、空气净化系统（数据详见试验报告）,避难所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障避难所内空气及有害气体浓度满足下表。,避难所具有内部空气循环系统，流量宜在/min以上。避难所对CO2的吸收能力不低于/(min人)。避难所对环境参数进行实时监测、显示，并超限报警，并有对舱外环境监测功能。避难所内、外环境监测系统独立运行；声报警采用语音方式，声级不大于。,4/30/2020,4、正压系统（数据详见试验报告）,救生舱体具有整体气密性，正常使用时舱内能保持正压状态（舱内气压大于舱外气压），且能根据实际情况进行实时调节：工作状态下：救生舱的内外压差应在Pa；试验状态下：硬体救生舱在Pa压力下，舱内压力下降速率不应大于Pa/h；软体救生舱在压力下，舱内压力下降速率不应大于；过渡舱和生存舱，保证过渡舱保持正压，压力不低于，净容积不低于。,研究过程中解决的关键技术,4/30/2020,二、煤矿新型安全防护体系避险装备性能,矿井安全避险六大系统要依托救生舱、避难硐室关键技术来实现救援功能。下面我着重介绍一下新型安全防护体系依托的“矿用可移动式救生舱”和“井下避难硐室”等关键技术装备。,2,井下避难硐室,矿用可移动式救生舱,1,4/30/2020,1、矿用可移动式救生舱总体功能介绍,在煤矿发生事故时，无法撤离到安全区域的矿工进入救生舱中，与外部有毒有害气体、高温环境隔离开，在安全的密闭环境中赢得更多的生存时间，通过通讯设备联系、协助外部救援工作，能大大提高井下被困人员的生还几率。,矿用可移动式救生舱,足够坚固，能够抵御外部如顶板冒落、瓦斯煤尘爆炸冲击,能够将外部有害的气体环境、高温热环境隔绝,能够监测空间内外环境状况，并能依靠通讯设备向外主动传递井下信息,能在一定的时间内提供维持生命所必需的氧气、水、食物等,舱体设计,气密隔热,内部设备,内部空间,4/30/2020,救生舱外部机械结构,主舱门,舱体,应急舱门,救生舱外部机械结构包括舱体、主舱门和应急舱门。主舱门供矿工正常进出；主舱门发生故障无法正常开启或透水事故中水位已超过主舱门下沿时，可通过后侧应急舱门攀爬进入救生舱。,2、舱体结构和组成系统介绍,矿用可移动式救生舱,4/30/2020,救生舱内部结构,救生舱内部分为空气阻隔舱和生存舱。,矿用可移动式救生舱,4/30/2020,照明矿灯,空气阻隔舱,空气幕,个人卫生处理器,空气阻隔舱空间由救生舱主舱门和内部气密门封闭而成，是矿工进入舱内避难的过渡空间。内部包括空气幕、个人卫生处理器、照明矿灯。,矿用可移动式救生舱,4/30/2020,环境监测系统,空气净化系统,氧气供应系统,空气调节系统,生存舱,内部气密门与应急舱门之间的空间为生存舱，矿工在救生舱内避难期间大多数时间在生存舱内活动。生存舱内包括环境监测系统、氧气供应系统、空气净化系统、空气调节系统、动力供应系统、附属物品等。,舱内环境监测系统主要包括氧气、一氧化碳、硫化氢多气体测定仪和红外二氧化碳测定仪，依靠舱内动力供应系统提供电力，能对救生舱环境进行96小时以上的持续监测，并能针对氧气、二氧化碳、一氧化碳等重要气体指标做出语音报警提示。,氧气供应系统主要包括压风供氧和高压供氧两部分。压风供氧系统依靠外接矿井压缩空气管路为舱内人员提供新鲜空气，若矿井压缩空气管路因意外中断，则可改用高压供氧系统的压缩氧气钢瓶为氧源向舱内人员提供氧气。,空气净化系统用于处理舱内人员避难生存期间代谢产生的二氧化碳、一氧化碳等气体。,与空气净化系统共同运行，能控制救生舱温湿度，保障舱内人员的舒适度。,矿用可移动式救生舱,4/30/2020,矿用可移动式救生舱,三防一隔：“防毒、防火、防震、隔爆”,四基地：一、矿工生命的救生基地二、救护人员的中转基地三、救灾人员的指挥基地四、和井上进行通讯的联络基地,3、矿用可移动式救生舱的作用,4/30/2020,我们把矿用可移动式救生舱生命保障技术进行放大拓展延伸，形成和开发避难硐室成套技术装备。避难硐室具有救生舱的一切防护功能，而且具有更大的维生空间，可以满足一定区域内所有矿工的避险维生需求，实现井下避险全员覆盖。,避难硐室技术系统介绍,井下避难硐室,4/30/2020,井下避难硐室分为：永久避难硐室和临时避难硐室。避难硐室由六大系统组成，即：,避难硐室的系统组成,井下避难硐室,4/30/2020,供氧系统：,通讯系统：,井下避难硐室,4/30/2020,环境监测系统：,环境控制系统：,密闭空间系统：由防爆门、密闭门、抗变形填充材料、空气幕构成,井下避难硐室,4/30/2020,(一)潞安集团常村煤矿、N3采区简介(二)常村煤矿现有系统介绍及核心设备供应商(三)建设指导思想和建设目标(四)井下应用实践(五)防护装备系统设置和性能对照(六)安全防护体系的特点,三、煤矿新型安全防护体系在潞安的实践,4/30/2020,常村煤矿是潞安集团首次利用世界银行贷款建设的特大型矿井，目前生产能力768万吨/年。1996年建成投产，瓦斯绝对涌出量71m3/min，相对涌出量5.3m3/t，属高瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性。采用中央立井多水平盘区式开拓方式。,常村煤矿简介,（一）潞安集团常村煤矿、N3采区简介,4/30/2020,N3采区位于常村井田北部，可采储量1800万吨，共设计有10个回采工作面，目前回采350万吨，采区剩余可采储量1450万吨，现布置有一个采煤工作面(N3-8工作面)，两个掘进工作面(N3-3轨顺、N3-3皮顺)，N3-3准备工作面走向长1565m，倾向长252m，平均煤厚5.9m，可采储量299万吨。,N3采区简介,（一）潞安集团常村煤矿、N3采区简介,4/30/2020,（二）常村煤矿现有系统介绍,常村煤矿新型安全防护体系建设时已经建成的系统有：,1.监测监控系统,2.人员定位系统,3.井下通讯系统,4/30/2020,监测监控系统,常村煤矿监测监控系统采用常州煤科院自动化中心KJ-95N系统，该系统融计算机网络技术、监测监控技术于一体，可以监测CO、H2S、瓦斯、风速、烟雾、温度、风门开关、设备开停等环境参数，通过以太网实时将参数数据传输到调度室，保障了常村煤矿长期、有序、正常、安全生产。,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,常村煤矿地面中心站安装有两台监控主、副机互为热备，和一台瓦斯监控数据库服务器，为各工作站和矿井自动化平台系统提供数据。井下采用KJJ58型千兆环网交换机组成千兆工业以太网，便于井下各子系统的整合及数据高速传输。,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,常村煤矿监测监控系统井下设备配置表,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,常村煤矿人员定位系统采用煤炭科学研究总院重庆研究院生产的KJ251A型人员定位系统。该系统主要功能：,人员定位系统,（二）常村煤矿现有系统介绍,可以完成矿井人员自动跟踪定位管理、日常考勤工作，可以督促相关工作人员及时到位，尽量减少事故中的人为因素.,在矿井发生安全事故时，抢险人员可以动态知道人员的分布位置、数量、最近活动状态的时间等，可以第一时间找到被困人员的位置，为事故抢险提供重要依据和导向.,第一,第二,4/30/2020,常村煤矿地面中心站安装有两台监控主、副机和一台人员定位监控数据库服务器，为各工作站和矿井自动化平台系统提供数据。,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,常村煤矿人员定位系统井下设备配置表,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,覆盖井下各个作业点井下300米一个中继点，全矿井覆盖采区巷道每100米设置一部，井下发生事故后，可指挥井下作业人员迅速进入避险维生空间。,通讯联络系统,矿井程控电话,扩音群呼电话,矿井防爆小灵通,矿井程控电话机：,矿井小灵通：,扩音群呼电话：,（二）常村煤矿现有系统介绍,4/30/2020,（二）紧急避险核心设备,钧生科技公司,众生洲科技中心,常村煤矿矿用可移动式救生舱由钧生科技公司提供,常村煤矿安全防护体系（包括救生舱和避难硐室）设计、选址、设备安装等成套服务由众生洲科技中心提供,4/30/2020,4/30/2020,坚决遏制重特大事故发生，健全六大安全防护体系，减少人员伤亡，把事故损失降低到最小。,建设指导思想：,（三）指导思想和建设目标,4/30/2020,第三步,在整个潞安集团推广“新型安全防护体系”，提高煤矿安全生产水平,建设目标,（三）指导思想和建设目标,4/30/2020,（四）井下应用实践,1、防护设施的布置选址,4/30/2020,N3采区防护设施布置选址图,永久避难硐室,可移动式救生舱,4/30/2020,2、硐室内部支护方式图,4/30/2020,3、避难硐室布气方式图,永久避难硐室布气方式,（四）井下应用实践,4/30/2020,临时避难硐室布气方式,方案一：集中布气示意图,方案二：面罩布气示意图,（四）井下应用实践,4/30/2020,永久避难硐室内部布置示意图,4、避难硐室内部布置示意图,（四）井下应用实践,4/30/2020,临时避难硐室硐室内部布置图,4/30/2020,5、避难硐室的验证试验情况,2010年5月15日凌晨1点到早上9点，常村煤矿在井下N3采区永久避难硐室内组织进行了国内首次井下避险设施验证试验。43矿工在永久避难硐室内靠硐室的维生保障系统安全舒适地渡过了8小时。试验获得的各项数据表明，井下避难硐室完全具有灾变条件下的避险保障能力。,（四）井下应用实践,4/30/2020,6、重新设计后的井下逃生路线,灾变时，按照地面指挥部安排的撤退路线撤离灾区。在不具备向地面撤离时，可迅速向就近的避险设施内撤离。采掘工作面人员及救生舱往巷道口方向200m范围内人员向救生舱撤离。采掘工作面顺槽内的其他人员向临时避难硐室、永久避难硐室撤离。N3采区临时避难硐室200米范围内的皮带司机、巡回安全员、瓦斯检查员、水泵司机、机车司机、矿各级巡查人员及其他零散作业人员向临时避难硐室撤离。除上述作业人员以外的其他人员向永久避难硐室撤离。N3采区1#变电所以北作业人员向永久避难硐室撤离，以南作业人员向地面撤离。具体撤退路线见N3采区逃生路线图及避灾路线标志牌。,（四）井下应用实践,4/30/2020,N3采区逃生路线图,4/30/2020,(五)防护装备系统设置和性能对照,类型,功能,不同安全防护设施性能对照表,4/30/2020,不同安全防护设施内部系统对照表,类型,功能,(五)防护装备系统设置和性能对照,4/30/2020,1.全面对接,互联互通,各个避难空间（尤其救生舱和永久避难硐室之间）实现互联互通，形成防护系统的网络化，每一个固定避难硐室都能在灾变条件下成为井下的临时救援指挥中心。,（六）安全防护体系特点,4/30/2020,2.多级防护，独立运行,当矿井各固有系统和网络因灾害、事故崩溃时，所有避难空间内都能形成独立运行、完整有效的维生系统，保证避险人员的生命安全。,（六）安全防护体系特点,4/30/2020,3.多点布置，全员覆盖,新型安全防护体系将会根据井下的作业条件、巷道位置、劳动组织、人员分布情况多点布置不同规格的紧急避险空间和维生设施。确保全员覆盖井下每名矿工，使井下人人享有一个避险维生的防护空间。,（六）安全防护体系特点,4/30/2020,实测表明，矿工在井下正常情况下行走平均速度为117m/min，考虑到井下发生事故时的复杂情况：行进速度考虑50%安全系数自救器使用时间考虑50%安全系数最终确定距离设置小于500-1000m,避险维生空间的设置要具有高度科学性，通过井下行走速度实测,4.就近避难，标识醒目,（六）安全防护体系特点,4/30/2020,为井下遇险人员提供逃生方向指示显示距离前方救生舱和避难硐室的距离可在黑暗环境中清晰显示指示信息,逃生路线的标志显示,（六）安全防护体系特点,4/30/2020,四、全国遏制重特大事故潞安现场会介绍,5月19日，由国家安监总局、煤监局组织的全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会在潞安集团隆重召开。全国各省、自治区、直辖市安全监管、煤炭行业管理和煤矿安全监管部门主要负责人，各省级煤监局主要负责人，各试点煤矿企业负责人，有关矿用救生舱、人员定位系统、矿井通讯、救援设备等产品生产企业和技术支撑机构的主要负责人，国家安监总局和煤监局有关司、处、直属事业单位负责人参加了会议。,4/30/2020,我作为课题组组长，汇报了潞安集团煤矿安全防护体系建设情况,国家安监总局副局长、国家煤监局局长赵铁锤作了重要讲话。,山西省政府秘书长王成代表山西省政府对现场会的召开表示热烈祝贺。,潞安集团董事长任润厚在会上致欢迎辞。,国家煤监局副局长黄毅主持会议。,4/30/2020,参观潞安集团常村矿新型安全防护体系示范矿建设情况，是本次大会的一项重要内容。国家安监总局副局长、国家煤监局局长赵铁锤，山西省副省长陈川平一行深入常村矿井下视察了避难硐室建设情况。视察过程中，赵铁锤对潞安矿井新型安全防护体系示范矿建设工作给予了充分肯定，并要求在全国范围内，用三年时间建成煤矿井下安全避险六大系统，强力推广救生舱和避难硐室的应用，切实提高煤矿应急救援能力和灾害处置能力，坚决遏制煤矿重特大事故的发生。,5.1救生舱基本要求,有明确具体的适用条件和范围，包括适用的灾情、灾种、灾区及海拔高度、环境条件、井巷空间尺寸等，并在产品标准、使用说明书、产品的永久性安全使用须知中注明具备安全防护、O2供给、有害气体处理、温湿度控制、通讯、照明及指示、生存保障等功能，保证在无外部支持条件下维持舱额定避险人员生存（即额定防护时间）96h以上有足够的强度、防护能力、气密性和防止有毒有害气体侵入的能力；提供生存空间不低于每人0.8m3，且总有效容积不低于8m3,5井下救生舱的基本要求与安全标志管理,配备灾变时期空气供给装置或设施，在额定防护时间内提供人均供风量不低于0.3m3/min，O2在18.5%22.0%之间，并保证避难