煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的作用和配置方案

煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的作用和配置方案

孫繼平
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100083

摘要：研究了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在瓦斯、火災(zāi)等重特大事故監(jiān)控與預(yù)警和事故調(diào)查中的作用，提出了系統(tǒng)設(shè)置方案和基于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦瓦斯爆炸等事故直接原因認(rèn)定方法；研究了煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、事故應(yīng)急救援等方面的作用，提出了系統(tǒng)設(shè)置方案；提出了以礦用調(diào)度通信系統(tǒng)和礦井廣播通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)為補(bǔ)充的礦井通信聯(lián)絡(luò)方案；提出了嚴(yán)禁礦用IP電話通信系統(tǒng)和礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)的觀點(diǎn)；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(jià)格比優(yōu)于救生艙的觀點(diǎn)；介紹了礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)和供水施救系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：煤礦井下；安全避險(xiǎn)；六大系統(tǒng)；安全監(jiān)控；人員定位；通信聯(lián)絡(luò)；緊急避險(xiǎn)；壓風(fēng)自救、供水施救

《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知（國(guó)發(fā)[2010]23號(hào)）》和《國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知（安監(jiān)總煤裝[2010]146號(hào)）》，要求煤礦要建設(shè)完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通風(fēng)聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)6大安全避險(xiǎn)系統(tǒng)[1-2]。本文研究了煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的作用，提出了煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的配置方案。
1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)控和預(yù)警瓦斯、火、沖擊地壓等重特大事故。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)甲烷濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、饋電狀態(tài)、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、主通風(fēng)機(jī)開(kāi)停等，當(dāng)瓦斯超限或局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行或掘進(jìn)巷道停風(fēng)時(shí)，自動(dòng)切斷相關(guān)區(qū)域的電源并閉鎖，同時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)還具有煤與瓦斯突出預(yù)警、火災(zāi)監(jiān)控與預(yù)警、礦山壓力監(jiān)測(cè)與預(yù)警等功能[3]。
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)急救援和事故調(diào)查中也發(fā)揮著重要作用。當(dāng)煤礦井下發(fā)生瓦斯（煤塵）爆炸等事故后，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)記錄是確定事故時(shí)間、爆源、火源等重要依據(jù)之一。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)突變等信息分析爆炸時(shí)間。根據(jù)監(jiān)測(cè)的瓦斯?jié)舛群蜁r(shí)間順序等分析爆源。根據(jù)監(jiān)測(cè)的設(shè)備狀態(tài)分析火源。根據(jù)監(jiān)測(cè)的局部通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)、主通風(fēng)機(jī)、風(fēng)速、風(fēng)壓、瓦斯?jié)舛鹊?a href=http://cltuan.cn/sggl/aqfx/ target=_blank class=infotextkey>分析瓦斯積聚原因。根據(jù)監(jiān)測(cè)的瓦斯?jié)舛茸兓?，分析波及范圍等?BR> 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機(jī)（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機(jī)、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口和電纜等組成。傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）等設(shè)置在井下，其他設(shè)備設(shè)置在地面。
瓦斯監(jiān)測(cè)是防治瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出預(yù)警的重要參數(shù)。因此，采煤工作面及回風(fēng)巷、掘進(jìn)工作面及回風(fēng)流等地點(diǎn)必須設(shè)置甲烷傳感器。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到或超過(guò)報(bào)警濃度時(shí)，聲光報(bào)警，提醒領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度等及時(shí)將人員撤至安全處，及時(shí)處理事故隱患，防止瓦斯爆炸等事故發(fā)生。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到或超過(guò)斷電濃度時(shí)，切斷被控區(qū)域電源，避免或減少由于電氣設(shè)備失爆、違章作業(yè)、電氣設(shè)備故障電火花或危險(xiǎn)溫度引起瓦斯爆炸；避免或減少采、掘、運(yùn)等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的摩擦撞擊火花及危險(xiǎn)溫度等引起瓦斯爆炸。
局部通風(fēng)機(jī)及其風(fēng)筒風(fēng)量監(jiān)測(cè)是防治局部通風(fēng)機(jī)停風(fēng)和風(fēng)筒漏風(fēng)造成瓦斯積聚的有效措施。因此，局部通風(fēng)機(jī)必須設(shè)置設(shè)備開(kāi)停傳感器，局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒末端必須設(shè)置風(fēng)筒傳感器，當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)停風(fēng)或風(fēng)筒漏風(fēng)，切斷供風(fēng)區(qū)域電源，并聲光報(bào)警，防治停風(fēng)造成瓦斯積聚，進(jìn)而造成瓦斯爆炸事故。
煤礦必須設(shè)置風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、主通風(fēng)機(jī)等傳感器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)隱患，防治瓦斯積聚和瓦斯爆炸事故發(fā)生。
系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)煤巖體聲發(fā)射、瓦斯涌出量等，結(jié)合瓦斯地質(zhì)信息等，實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出預(yù)警。
系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度、壓差、煙霧等，控制風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗實(shí)現(xiàn)均壓滅火，控制制氮和注氮等，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控。
2　煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又稱煤礦井下人員定位系統(tǒng)和煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)。煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由識(shí)別卡、位置監(jiān)測(cè)分站、電源箱（可與分站一體化）、傳輸接口、主機(jī)（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機(jī)、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口和電纜等組成[4-5]。
由于煤礦井下無(wú)線傳輸衰減大，GPS信號(hào)不能覆蓋煤礦井下巷道。目前煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用RFID技術(shù)。部分系統(tǒng)采用漏泄電纜，還可采用WIFI、ZigBee等技術(shù)。部分系統(tǒng)除具有人員位置監(jiān)測(cè)功能外，還具有單向或雙向緊急呼叫等功能。
各個(gè)人員出入井口、采掘工作面等重點(diǎn)區(qū)域出/入口、盲巷等限制區(qū)域等地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置分站?；赗FID的煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，宜設(shè)置2臺(tái)以上分站或天線，以便判別攜卡人員的運(yùn)動(dòng)方向。巷道分支處應(yīng)設(shè)置分站，巷道分支的各個(gè)巷道應(yīng)設(shè)置分站或天線，以便判別攜卡人員的運(yùn)動(dòng)方向。
煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域、事故應(yīng)急救援、及時(shí)發(fā)現(xiàn)未按時(shí)升井人員、領(lǐng)導(dǎo)下井帶班管理、特種作業(yè)人員管理、井下作業(yè)人員考勤、持證上崗管理等方面發(fā)揮著重要作用。
3 礦井通信系統(tǒng)
礦井通信系統(tǒng)又稱礦井通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，是煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度、安全避險(xiǎn)和應(yīng)急救援的重要工具[6]。
礦井通信系統(tǒng)包括礦用調(diào)度通信系統(tǒng)、礦井廣播通信系統(tǒng)、礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)、礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)。煤礦應(yīng)裝備礦用調(diào)度通信系統(tǒng)，積極推廣應(yīng)用礦井廣播通信系統(tǒng)和礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)。救護(hù)隊(duì)?wèi)?yīng)裝備礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)。
3.1 礦用調(diào)度通信系統(tǒng)
礦用調(diào)度通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆調(diào)度電話、礦用程控調(diào)度交換機(jī)（含安全柵）、調(diào)度臺(tái)、電源和電纜等組成。礦用程控調(diào)度交換機(jī)（含安全柵）、調(diào)度臺(tái)和電源設(shè)置在地面，礦用本質(zhì)安全型防爆調(diào)度電話設(shè)置在煤礦井下。
礦用調(diào)度通信系統(tǒng)除用于日常生產(chǎn)調(diào)度通信聯(lián)絡(luò)外，煤礦井下作業(yè)人員可通過(guò)通信系統(tǒng)匯報(bào)安全生產(chǎn)隱患、事故情況、人員情況等，并請(qǐng)求救援等。調(diào)度室值班人員及領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)通信系統(tǒng)通知井下作業(yè)人員撤人、逃生路線等。
礦用調(diào)度通信系統(tǒng)不需要煤礦井下供電，因此，系統(tǒng)抗災(zāi)變能力強(qiáng)。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電等，不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。當(dāng)發(fā)生頂板冒落、水災(zāi)、瓦斯爆炸等事故時(shí)，只要電話和電纜不被破壞，就可與地面通信聯(lián)絡(luò)。礦用調(diào)度通信系統(tǒng)抗災(zāi)變能力優(yōu)于其他礦井通信系統(tǒng)。
特別需要指出的是，礦用IP電話通信系統(tǒng)和礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)等均不得替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)。
3.2 礦井廣播通信系統(tǒng)
礦井廣播通信系統(tǒng)一般由地面廣播錄音及控制設(shè)備、井下防爆廣播設(shè)備、防爆顯示屏、電纜等組成。廣播錄音及控制設(shè)備設(shè)置在地面，防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏設(shè)置在井下。由于防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏功率較大，因此需井下供電，當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電等，會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。因此防爆廣播設(shè)備和防爆顯示屏配有不小于2小時(shí)的備用電源。
行人巷道、采掘工作面等作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置廣播擴(kuò)音設(shè)備。當(dāng)煤礦井下發(fā)生瓦斯超限、瓦斯爆炸、瓦斯突出、透水、火災(zāi)、頂板冒落等事故時(shí)，調(diào)度室可通過(guò)礦井廣播通信系統(tǒng)，將事故類(lèi)別、事故地點(diǎn)、逃生和撤離路線等，通知井下作業(yè)人員。
3.3 礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)
礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆手機(jī)、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(shí)的備用電源）、系統(tǒng)控制器、調(diào)度臺(tái)、電纜（或光纜）等組成。系統(tǒng)控制器和調(diào)度臺(tái)等設(shè)置在地面。礦用防爆基站和防爆電源設(shè)置在井下，礦用本質(zhì)安全型防爆手機(jī)主要用于井下。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電等，會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。因此，嚴(yán)禁礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)。但礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)具有通信及時(shí)和便捷的優(yōu)點(diǎn)，特別適合煤礦井下移動(dòng)的作業(yè)環(huán)境。因此，有條件的礦井，在裝備礦用調(diào)度通信系統(tǒng)的條件下，應(yīng)裝備礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)。
3.4 礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)
礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆移動(dòng)臺(tái)、礦用防爆基站（含話機(jī)）、礦用防爆基站電源（可與基站一體化）、地面基站通信終端、電纜（或光纜）等組成。
礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)主要用于煤礦井下災(zāi)后救援。救護(hù)隊(duì)?wèi)?yīng)裝備礦井救災(zāi)通信系統(tǒng)。
3.5 礦用IP電話通信系統(tǒng)
礦用IP電話通信系統(tǒng)一般由礦用本質(zhì)安全型防爆IP電話、礦用防爆交換機(jī)、礦用防爆電源（一般有維持系統(tǒng)工作2小時(shí)的備用電源，可與礦用防爆交換機(jī)一體化）、調(diào)度臺(tái)、地面普通交換機(jī)、光纜等組成。調(diào)度臺(tái)和地面普通交換機(jī)設(shè)置在地面。礦用本質(zhì)安全型防爆IP電話和礦用防爆交換機(jī)設(shè)置在井下。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯超限停電或故障停電等，會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。因此，嚴(yán)禁用礦用IP電話通信系統(tǒng)替代礦用調(diào)度通信系統(tǒng)。
4　井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)
煤礦必須為入井人員配備額定防護(hù)時(shí)間不低于30分鐘的自救器。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(yīng)建采區(qū)避難硐室（又稱避險(xiǎn)硐室），突出煤層的掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度及采煤工作面走向長(zhǎng)度超過(guò)500米時(shí)，必須在距離工作面500米范圍內(nèi)建設(shè)避難硐室或設(shè)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(hù)時(shí)間內(nèi)，從采掘工作面步行不能安全撤到地面的，必須在距離采掘工作面1000米范圍內(nèi)建設(shè)避難硐室或救生艙。
采區(qū)和水平最高點(diǎn)應(yīng)設(shè)置避難硐室。
避難硐室要為避險(xiǎn)人員提供氧氣（或新鮮空氣）、水、食品等生存條件、通信設(shè)施、醫(yī)療急救用品、排泄物處理設(shè)施、照明設(shè)施和防滅火設(shè)施等。水平長(zhǎng)度較深的避難硐室，要設(shè)置甲烷傳感器。避難硐室宜設(shè)置甲烷、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度等傳感器，空氣凈化、溫度和濕度調(diào)節(jié)等設(shè)施。避難硐室可通過(guò)壓縮氧和化學(xué)氧等為避險(xiǎn)人員提供氧氣，但宜采用壓縮氧。設(shè)置在離地表較淺適宜地面鉆孔的避難硐室，應(yīng)有直通地面的鉆孔和直通地面的壓風(fēng)、供水（供養(yǎng)）、通信等系統(tǒng)，提高抗災(zāi)變能力。避難硐室大小應(yīng)能滿足采掘工作面等相關(guān)區(qū)域全部人員安全避險(xiǎn)的要求。
2010年8月5日智利圣訶塞銅礦發(fā)生嚴(yán)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(gè)救援鉆孔打通，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(fā)揮了決定性作用，特別在第1個(gè)救援鉆孔打通前的17天里，礦工的基本生存條件全部由避難硐室提供。這再次說(shuō)明建設(shè)避難硐室的必要性。
避難硐室同救生艙相比具有性能價(jià)格比較高等優(yōu)點(diǎn)。救生艙與地面的通信聯(lián)絡(luò)完全依靠煤礦井下現(xiàn)有通信技術(shù),瓦斯爆炸事故常常會(huì)造成通信電纜和光纜損壞，因此，瓦斯爆炸等事故有可能會(huì)造成救生艙與地面的通信聯(lián)絡(luò)中斷。瓦斯爆炸事故常常會(huì)使移動(dòng)變電站等大型機(jī)電設(shè)備傾倒，當(dāng)然，瓦斯爆炸等事故也可能使救生艙傾倒，使需要避險(xiǎn)的人員無(wú)法進(jìn)入。設(shè)置在巷道中的移動(dòng)式救生艙會(huì)增加通風(fēng)阻力。煤礦井下采掘工作面作業(yè)人數(shù)一般為數(shù)十人，而一個(gè)救生艙一般可容納幾人到十余人，要容納數(shù)十人的救生艙，體積大、成本高，性能價(jià)格比較低。
5　礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)
煤礦企業(yè)必須按照《煤礦安全規(guī)程》要求建立壓風(fēng)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，按照所有采掘作業(yè)地點(diǎn)在災(zāi)變期間能夠提供壓風(fēng)供氣的要求，進(jìn)一步完善壓風(fēng)自救系統(tǒng)[2]。
壓風(fēng)自救系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)置在地面。深部多水平開(kāi)采的礦井，空氣壓縮機(jī)安裝在地面難以保證對(duì)井下作業(yè)點(diǎn)有效供風(fēng)時(shí)，空氣壓縮機(jī)可安裝在其供風(fēng)水平以上兩個(gè)水平的進(jìn)風(fēng)井井底車(chē)場(chǎng)安全可靠的位置。井下壓風(fēng)管路要采取保護(hù)措施，防止災(zāi)變破壞。
煤與瓦斯突出礦井的采掘工作面要按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》（國(guó)家安全監(jiān)管總局令第19號(hào)）要求設(shè)置壓風(fēng)自救裝置。高瓦斯和低瓦斯礦井掘進(jìn)工作面要安設(shè)壓風(fēng)管路，并設(shè)置供氣閥門(mén)。
6　礦井供水施救系統(tǒng)
煤礦必須按照《煤礦安全規(guī)程》的要求，建設(shè)完善的防塵供水系統(tǒng)；除按照《煤礦安全規(guī)程》要求設(shè)置三通及閥門(mén)外，還要在所有采掘工作面和其他人員較集中的地點(diǎn)設(shè)置供水閥門(mén)，保證在災(zāi)變期間能夠?yàn)楦鞑删蜃鳂I(yè)地點(diǎn)提供應(yīng)急供水。要加強(qiáng)供水管路維護(hù)，保證閥門(mén)開(kāi)關(guān)靈活，嚴(yán)禁跑、冒、滴、漏[2]。
7 結(jié)論
煤礦井下安全避險(xiǎn)6大系統(tǒng)是避免或減少瓦斯、火災(zāi)等重特大事故發(fā)生，應(yīng)急救援和緊急避險(xiǎn)的有效措施。因此，煤礦企業(yè)要嚴(yán)格按照《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知（國(guó)發(fā)[2010]23號(hào)）》、《國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知（安監(jiān)總煤裝[2010]146號(hào)）》、《煤礦安全規(guī)程》和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，裝備、維護(hù)與使用。