煤礦井下安全避險“六大係統”的作用和配置方案

煤礦井下安全避險“六大係統”的作用和配置方案

孫繼平
中國礦業大學（北京）煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，100083

摘要：研究了煤礦安全監控係統在瓦斯、火災等重特大02manbetx.com 監控與預警和02manbetx.com 調查中的作用，提出了係統設置方案和基於煤礦安全監控係統的煤礦瓦斯爆炸等02manbetx.com 直接原因認定方法；研究了煤礦井下人員位置監測係統在遏製超定員生產、02manbetx.com 應急救援等方麵的作用，提出了係統設置方案；提出了以礦用調度通信係統和礦井廣播通信係統為基礎，礦井移動通信係統為補充的礦井通信聯絡方案；提出了嚴禁礦用IP電話通信係統和礦井移動通信係統替代礦用調度通信係統的觀點；提出了高瓦斯礦井的入井人員宜攜帶隔離式自救器，隔離式自救器宜選用壓縮氧隔離式自救器；提出了避難硐室的裝備要求和避難硐室性能價格比優於救生艙的觀點；介紹了礦井壓風自救係統和供水施救係統。
關鍵詞：煤礦井下；安全避險；六大係統；安全監控；人員定位；通信聯絡；緊急避險；壓風自救、供水施救

《國務院關於進一步加強企業安全生產工作的通知（國發[2010]23號）》和《國家安全生產監督 管理總局國家 煤礦安全監察局關於建設完善煤礦井下安全避險“六大係統”的通知（安監總煤裝[2010]146號）》，要求煤礦要建設完善監測監控係統、井下人員定位係統、緊急避險係統、壓風自救係統、供水施救係統和通風聯絡係統6大安全避險係統[1-2]。本文研究了煤礦井下安全避險“六大係統”的作用，提出了煤礦井下安全避險“六大係統”的配置方案。
1 煤礦安全監控係統
煤礦安全監控係統主要用來監控和預警瓦斯、火、衝擊地壓等重特大事故。煤礦安全監控係統監測甲烷濃度、風速、風壓、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停等，當瓦斯超限或局部通風機停止運行或掘進巷道停風時，自動切斷相關區域的電源並閉鎖，同時報警。係統還具有煤與瓦斯突出預警、火災監控與預警、礦山壓力監測與預警等功能[3]。
煤礦安全監控係統在應急救援和事故調查中也發揮著重要作用。當煤礦井下發生瓦斯（煤塵）爆炸等事故後，係統的監測記錄是確定事故時間、爆源、火源等重要依據之一。根據監測數據突變等信息 03manbetx 爆炸時間。根據監測的瓦斯濃度和時間順序等 03manbetx 爆源。根據監測的設備狀態 03manbetx 火源。根據監測的局部通風機、風門、主通風機、風速、風壓、瓦斯濃度等 03manbetx 瓦斯積聚原因。根據監測的瓦斯濃度變化，分析波及範圍等。
煤礦安全監控係統一般由傳感器、執行機構、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、係統軟件、服務器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網絡接口和電纜等組成。傳感器、執行機構、分站、電源箱（或電控箱）等設置在井下，其他設備設置在地麵。
瓦斯監測是防治瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出預警的重要參數。因此，采煤工作麵及回風巷、掘進工作麵及回風流等地點必須設置甲烷傳感器。當甲烷濃度達到或超過報警濃度時，聲光報警，提醒領導、生產調度等及時將人員撤至安全處，及時處理事故隱患，防止瓦斯爆炸等事故發生。當甲烷濃度達到或超過斷電濃度時，切斷被控區域電源，避免或減少由於電氣設備失爆、違章作業、電氣設備故障電火花或危險溫度引起瓦斯爆炸；避免或減少采、掘、運等設備運行產生的摩擦撞擊火花及危險溫度等引起瓦斯爆炸。
局部通風機及其風筒風量監測是防治局部通風機停風和風筒漏風造成瓦斯積聚的有效 措施。因此，局部通風機必須設置設備開停傳感器，局部通風機的風筒末端必須設置風筒傳感器，當局部通風機停風或風筒漏風，切斷供風區域電源，並聲光報警，防治停風造成瓦斯積聚，進而造成瓦斯爆炸事故。
煤礦必須設置風速、風壓、風門狀態、主通風機等傳感器，及時發現通風係統隱患，防治瓦斯積聚和瓦斯爆炸事故發生。
係統通過監測煤岩體聲發射、瓦斯湧出量等，結合瓦斯地質信息等，實現煤與瓦斯突出預警。
係統通過監測一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度、壓差、煙霧等，控製風門、風窗實現均壓滅火，控製製氮和注氮等，實現火災監控。
2　煤礦井下人員位置監測係統
煤礦井下人員位置監測係統又稱煤礦井下人員定位係統和煤礦井下作業人員 管理係統。煤礦井下人員位置監測係統一般由識別卡、位置監測分站、電源箱（可與分站一體化）、傳輸接口、主機（含顯示器）、係統軟件、服務器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網絡接口和電纜等組成[4-5]。
由於煤礦井下無線傳輸衰減大，GPS信號不能覆蓋煤礦井下巷道。目前煤礦井下人員位置監測係統主要采用RFID技術。部分係統采用漏泄電纜，還可采用WIFI、ZigBee等技術。部分係統除具有人員位置監測功能外，還具有單向或雙向緊急呼叫等功能。
各個人員出入井口、采掘工作麵等重點區域出/入口、盲巷等限製區域等地點應設置分站。基於RFID的煤礦井下人員位置監測係統，宜設置2台以上分站或天線，以便判別攜卡人員的運動方向。巷道分支處應設置分站，巷道分支的各個巷道應設置分站或天線，以便判別攜卡人員的運動方向。
煤礦井下人員位置監測係統在遏製超定員生產、防止人員進入危險區域、事故應急救援、及時發現未按時升井人員、領導下井帶班 管理、特種作業人員 管理、井下作業人員考勤、持證上崗管理等方麵發揮著重要作用。
3 礦井通信係統
礦井通信係統又稱礦井通信聯絡係統，是煤礦安全生產調度、安全避險和應急救援的重要工具[6]。
礦井通信係統包括礦用調度通信係統、礦井廣播通信係統、礦井移動通信係統、礦井救災通信係統。煤礦應裝備礦用調度通信係統，積極推廣應用礦井廣播通信係統和礦井移動通信係統。救護隊應裝備礦井救災通信係統。
3.1 礦用調度通信係統
礦用調度通信係統一般由礦用本質安全型防爆調度電話、礦用程控調度交換機（含安全柵）、調度台、電源和電纜等組成。礦用程控調度交換機（含安全柵）、調度台和電源設置在地麵，礦用本質安全型防爆調度電話設置在煤礦井下。
礦用調度通信係統除用於日常生產調度通信聯絡外，煤礦井下作業人員可通過通信係統彙報安全生產隱患、事故情況、人員情況等，並請求救援等。調度室值班人員及領導通過通信係統通知井下作業人員撤人、逃生路線等。
礦用調度通信係統不需要煤礦井下供電，因此，係統抗災變能力強。當井下發生瓦斯超限停電或故障停電等，不會影響係統正常工作。當發生頂板冒落、水災、瓦斯爆炸等事故時，隻要電話和電纜不被破壞，就可與地麵通信聯絡。礦用調度通信係統抗災變能力優於其他礦井通信係統。
特別需要指出的是，礦用IP電話通信係統和礦井移動通信係統等均不得替代礦用調度通信係統。
3.2 礦井廣播通信係統
礦井廣播通信係統一般由地麵廣播錄音及控製設備、井下防爆廣播設備、防爆顯示屏、電纜等組成。廣播錄音及控製設備設置在地麵，防爆廣播設備和防爆顯示屏設置在井下。由於防爆廣播設備和防爆顯示屏功率較大，因此需井下供電，當井下發生瓦斯超限停電或故障停電等，會影響係統正常工作。因此防爆廣播設備和防爆顯示屏配有不小於2小時的備用電源。
行人巷道、采掘工作麵等作業場所應設置廣播擴音設備。當煤礦井下發生瓦斯超限、瓦斯爆炸、瓦斯突出、透水、火災、頂板冒落等事故時，調度室可通過礦井廣播通信係統，將事故類別、事故地點、逃生和撤離路線等，通知井下作業人員。
3.3 礦井移動通信係統
礦井移動通信係統一般由礦用本質安全型防爆手機、礦用防爆基站、防爆電源（可與基站一體化，一般有維持基站正常工作2小時的備用電源）、係統控製器、調度台、電纜（或光纜）等組成。係統控製器和調度台等設置在地麵。礦用防爆基站和防爆電源設置在井下，礦用本質安全型防爆手機主要用於井下。當井下發生瓦斯超限停電或故障停電等，會影響係統正常工作。因此，嚴禁礦井移動通信係統替代礦用調度通信係統。但礦井移動通信係統具有通信及時和便捷的優點，特別適合煤礦井下移動的作業環境。因此，有條件的礦井，在裝備礦用調度通信係統的條件下，應裝備礦井移動通信係統。
3.4 礦井救災通信係統
礦井救災通信係統一般由礦用本質安全型防爆移動台、礦用防爆基站（含話機）、礦用防爆基站電源（可與基站一體化）、地麵基站通信終端、電纜（或光纜）等組成。
礦井救災通信係統主要用於煤礦井下災後救援。救護隊應裝備礦井救災通信係統。
3.5 礦用IP電話通信係統
礦用IP電話通信係統一般由礦用本質安全型防爆IP電話、礦用防爆交換機、礦用防爆電源（一般有維持係統工作2小時的備用電源，可與礦用防爆交換機一體化）、調度台、地麵普通交換機、光纜等組成。調度台和地麵普通交換機設置在地麵。礦用本質安全型防爆IP電話和礦用防爆交換機設置在井下。當井下發生瓦斯超限停電或故障停電等，會影響係統正常工作。因此，嚴禁用礦用IP電話通信係統替代礦用調度通信係統。
4　井下緊急避險係統
煤礦必須為入井人員配備額定防護時間不低於30分鍾的自救器。煤與瓦斯突出礦井的入井人員必須攜帶隔離式自救器，高瓦斯礦井的入井人員宜攜帶隔離式自救器。隔離式自救器宜選用壓縮氧隔離式自救器。
煤與瓦斯突出礦井應建采區避難硐室（又稱避險硐室），突出煤層的掘進巷道長度及采煤工作麵走向長度超過 500米 時，必須在距離工作麵 500米 範圍內建設避難硐室或設置救生艙[2]。
高瓦斯和低瓦斯礦井，凡在自救器所能提供的額定防護時間內，從采掘工作麵步行不能安全撤到地麵的，必須在距離采掘工作麵 1000米 範圍內建設避難硐室或救生艙。
采區和水平最高點應設置避難硐室。
避難硐室要為避險人員提供氧氣（或新鮮空氣）、水、食品等生存條件、通信設施、醫療急救用品、排泄物處理設施、照明設施和防滅火設施等。水平長度較深的避難硐室，要設置甲烷傳感器。避難硐室宜設置甲烷、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度等傳感器，空氣淨化、溫度和濕度調節等設施。避難硐室可通過壓縮氧和化學氧等為避險人員提供氧氣，但宜采用壓縮氧。設置在離地表較淺適宜地麵鑽孔的避難硐室，應有直通地麵的鑽孔和直通地麵的壓風、供水（供養）、通信等係統，提高抗災變能力。避難硐室大小應能滿足采掘工作麵等相關區域全部人員安全避險的要求。
2010年8月5日 智利聖訶塞銅礦發生嚴重塌方事故，33名礦工被困井下 700m 深處。被困礦工在井下避難硐室等待救援。 8月22日 第1個救援鑽孔打通， 10月13日 33名被困礦工全部獲救。33名礦工生還，井下避難硐室發揮了決定性作用，特別在第1個救援鑽孔打通前的17天裏，礦工的基本生存條件全部由避難硐室提供。這再次說明建設避難硐室的必要性。
避難硐室同救生艙相比具有性能價格比較高等優點。救生艙與地麵的通信聯絡完全依靠煤礦井下現有通信技術,瓦斯爆炸事故常常會造成通信電纜和光纜損壞，因此，瓦斯爆炸等事故有可能會造成救生艙與地麵的通信聯絡中斷。瓦斯爆炸事故常常會使移動變電站等大型機電設備傾倒，當然，瓦斯爆炸等事故也可能使救生艙傾倒，使需要避險的人員無法進入。設置在巷道中的移動式救生艙會增加通風阻力。煤礦井下采掘工作麵作業人數一般為數十人，而一個救生艙一般可容納幾人到十餘人，要容納數十人的救生艙，體積大、成本高，性能價格比較低。
5　礦井壓風自救係統
煤礦企業必須按照《煤礦 01manbetx 01manbetx 》要求建立壓風係統，並在此基礎上，按照所有采掘作業地點在災變期間能夠提供壓風供氣的要求，進一步完善壓風自救係統[2]。
壓風自救係統的空氣壓縮機應設置在地麵。深部多水平開采的礦井，空氣壓縮機安裝在地麵難以保證對井下作業點有效供風時，空氣壓縮機可安裝在其供風水平以上兩個水平的進風井井底車場安全可靠的位置。井下壓風管路要采取保護 措施，防止災變破壞。
煤與瓦斯突出礦井的采掘工作麵要按照《防治煤與瓦斯突出規定》（國家安全監管總局令第19號）要求設置壓風自救裝置。高瓦斯和低瓦斯礦井掘進工作麵要安設壓風管路，並設置供氣閥門。
6　礦井供水施救係統
煤礦必須按照《煤礦 01manbetx 01manbetx 》的要求，建設完善的防塵供水係統；除按照《煤礦 01manbetx 01manbetx 》要求設置三通及閥門外，還要在所有采掘工作麵和其他人員較集中的地點設置供水閥門，保證在災變期間能夠為各采掘作業地點提供應急供水。要加強供水管路維護，保證閥門開關靈活，嚴禁跑、冒、滴、漏[2]。
7 結論
煤礦井下安全避險6大係統是避免或減少瓦斯、火災等重特大事故發生，應急救援和緊急避險的有效 措施。因此，煤礦企業要嚴格按照《國務院關於進一步加強企業安全生產工作的通知（國發[2010]23號）》、《國家安全生產監督管理總局國家煤礦安全監察局關於建設完善煤礦井下安全避險“六大係統”的通知（安監總煤裝[2010]146號）》、《煤礦 01manbetx 01manbetx 》和有關 標準，裝備、維護與使用。