孫繼平
中國礦業(yè)大學（北京） 100083
摘要：提出避免逃生通道被堵的方法：構建不少于3條巷道（井），減少全部逃生通道被堵的概率；做到回風巷道（井）無機電設備，減少引爆瓦斯的火源；回風巷道不作行人巷道，減少了瓦斯爆炸等事故造成的人員傷亡。提出氧氣呼吸器接力逃生方法：在遇險人員逃生路線上每隔一定距離設置避難硐室，避難硐室內設置氧氣呼吸器。提出避難硐室自然降溫方法：當構建避難硐室的煤層或巖層溫度較低時，可通過避難硐室四周的煤、巖散熱，避難硐室既不需要裝備制冷設備，也不需要隔熱處理；有直通地面鉆孔的避難硐室，應由地面送風降溫，不必在避難硐室內設置制冷降溫裝置；避難硐室直通地面的鉆孔直徑宜為700mm, 這樣既增加了逃生通道，又利于地面送風降溫。提出抗災變能力強的管線布置方法：監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡系統(tǒng)的電纜和光纜，壓風自救和供水施救管路埋入巷道。提出無壓氣噴淋的避難硐室構建方法。提出了由氧氣呼吸器、壓縮氧自救器、逃生通道、避難硐室、避災路線及指示和應急預案等組成的煤礦井下緊急避險系統(tǒng)。
煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”完善了事故防治、安全避險和應急救援體系，是避免或減少事故傷亡和重特大事故發(fā)生的重要措施。煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”包括用于瓦斯等災害防治和事故預警的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；用于應急救援和遏制超定員生產的人員定位系統(tǒng)；用于遇險人員逃生和自救的緊急避險系統(tǒng)；為遇險被困人員提供新鮮空氣的壓風自救系統(tǒng)；為遇險被困人員提供飲用水的供水施救系統(tǒng)；用于通知井下作業(yè)人員避險、報告井下被困人員狀況的通信聯(lián)絡系統(tǒng)。
目前，全國國有重點煤礦已全部完成了監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡、壓風自救和供水施救5大系統(tǒng)建設。但由于煤礦井下緊急避險一些關鍵技術問題還沒有解決，影響著煤礦井下緊急避險系統(tǒng)的建設。因此，有必要針對煤礦井下緊急避險關鍵技術問題進行研究。
煤礦井下緊急避險系統(tǒng)，是當煤礦井下發(fā)生事故時，為遇險人員提供逃生方法、通道、裝備和設施的系統(tǒng)，最大限度減少事故傷亡。因此，煤礦井下緊急避險系統(tǒng)應包括逃生方法、通道、裝備和設施等。
1 逃生通道的構建
煤礦井下發(fā)生瓦斯爆炸等事故時，遇險人員要盡快安全撤至地面，地面最安全 。因此，逃生通道是遇險人員安全撤至地面的首要條件。
為提高遇險人員逃生機會，除掘進工作面和臨時作業(yè)場所外，回采工作面等煤礦井下其他作業(yè)地點和巷道均應有不少于2條步行安全撤至地面的通道，并構建不少于3條巷道（井）。這樣，既減少了事故時所有逃生通道被堵的概率；又可做到正常生產時，通風、運煤、輔助運輸相互獨立，做到回風巷道（井）不兼作行人和運料巷道（井）?；仫L巷沒有機電設備，大大減少了引爆瓦斯的火源?；仫L巷不作行人巷道，減少了瓦斯爆炸等事故造成的人員傷亡。巷道等效斷面的增大、通風阻力的降低，在風量一定的條件下，風壓和風速較小，也利于防火和防塵。
對于開采深度較淺的礦井，可通過斜井和平硐，構建不少于2條步行安全撤至地面的通道。但對于開采深度較深的礦井，就難以構建不少于2條步行安全撤至地面的通道。立井深度較淺時，遇險人員可通過立井梯子間的人梯自行升井。立井深度較深時，遇險人員難以通過人梯自行升井，這就需要多個有提升機的立井；當瓦斯爆炸等造成部分提升系統(tǒng)損壞時，仍有可用于提升遇險人員的提升系統(tǒng)。有條件時，可構建用于緊急避險的立井及其提升系統(tǒng)，在井底構建防爆門，減少瓦斯爆炸等事故對立井提升系統(tǒng)的破壞；位于地面的提升機除兩路供電外，還備有柴油發(fā)電機組；提升罐籠一般位于地面，以減少爆炸沖擊波的影響。
加強巷道支護，提高抗爆炸沖擊波等能力，是減少瓦斯爆炸、煤塵爆炸、炸藥爆炸、頂板冒落、煤與瓦斯突出造成逃生通道被堵事件發(fā)生的有效方法。
取消木支護，取消竹蓖和荊芭等可燃物背幫，既是礦井防火的需要，也是防止礦井火災、瓦斯爆炸、煤塵爆炸、炸藥爆炸等事故造成逃生通道被堵的有效方法。采用木支護，采用竹蓖和荊芭等可燃物背幫，當發(fā)生礦井火災、瓦斯爆炸、煤塵爆炸、炸藥爆炸等事故時，這些支護材料會被燒毀，造成頂板冒落等，堵塞逃生通道。
2 氧氣呼吸器接力法
參考文獻[孫繼平.煤礦井下緊急避險系統(tǒng)研究[J].煤炭科學技術，2011,39（1）：69-71]提出了經(jīng)濟實用的自救器接力緊急避險方法：入井人員應佩戴壓縮氧自救器；在自救器所能提供的額定防護時間內，從采掘工作面等作業(yè)地點步行不能安全撤到地面的，必須在撤離路線上每隔一定距離設置避難硐室，避難硐室內應設置壓縮氧自救器，供遇險人員更換，保證遇險人員能安全撤至地面。
避難硐室除設置壓縮氧自救器外，還可設置氧氣呼吸器，以減少煤礦井下避難硐室數(shù)量、避難硐室的資金投入和維護量。
氧氣呼吸器又稱隔離式（或隔絕式）壓縮氧呼吸器，由存儲于高壓氣瓶中的壓縮氧供氧，呼吸系統(tǒng)與外界隔絕，儀器與人體呼吸系統(tǒng)形成內部循環(huán)。常用的氧氣呼吸器防護時間有2h和4h等，其防護時間遠遠大于壓縮氧自救器的30-45min。因此，使用氧氣呼吸器可以大大提高遇險人員非中繼逃生時間和行走距離，進而加大用于中繼的避難硐室間距，減少避難硐室數(shù)量。使用2h氧氣呼吸器較使用30 min壓縮氧自救器的中繼避難硐室間距提高4倍，可達4000m（具體根據(jù)井下巷道條件確定），大大減少了避難硐室數(shù)量。
為保證遇險人員會正確使用氧氣呼吸器和壓縮氧自救器，需要對下井人員進行必要的培訓。
3 避難硐室防CO入侵
為防止CO等有毒有害氣體進入避難硐室（或救生艙）內，用于遇險人員出入的門要采用氣密結構。為減少爆炸沖擊波等對門氣密性的破壞，需要設置兩道門。外側門采用向外開啟的防護氣密門，內側門為氣密門，兩道門之間為過渡艙。
為防止遇險人員開門進入避難硐室（或救生艙）時，外部CO等有毒有害氣體進入避難硐室（或救生艙）內，過渡艙內設有壓縮空氣幕、壓氣噴淋裝置和不少于2個單向排氣閥。每組遇險人員在過渡艙的噴淋時間不小于2min。壓縮空氣幕和壓氣噴淋所需的高壓空氣除由壓風自救系統(tǒng)供給外，還需由存儲在避難硐室（或救生艙）的高壓氣瓶供給，保證瓦斯爆炸等事故造成壓風管路損壞后，壓縮空氣幕和壓氣噴淋裝置的正常工作。
高壓空氣瓶是高壓容器，應盡量少用，避免由于高壓氣瓶及其管路等質量問題和維護不當，造成人員傷亡。減少高壓空氣瓶的使用，還可以提高避難硐室（或救生艙）的空間利用率。
壓縮空氣幕是防止外部CO等有毒有害氣體進入避難硐室（或救生艙）內的有效措施，為保證壓縮空氣幕的可靠性，壓縮空氣幕除由壓風自救系統(tǒng)供給外，還需由存儲在避難硐室（或救生艙）內的高壓氣瓶供給。
為減少高壓空氣瓶的使用，壓氣噴淋可以不使用高壓氣瓶。這是因為，遇險人員服裝所攜帶的CO等有毒有害氣體較少，不會給避難硐室（或救生艙）的生存艙室的空氣帶來致命的變化；遇險人員服裝所攜帶的CO等有毒有害氣體，還可被艙內的空氣凈化吸收系統(tǒng)逐步凈化和吸收。但每組進室（艙）的遇險人員不小于2min的噴淋時間，對等待在避難硐室（或救生艙）外的遇險人員，則可能是致命的2min。
4 避難硐室自然降溫
為防止CO等有毒有害氣體進入避難硐室，避難硐室通常采用氣密和正壓結構。為防止遇險人員進入氣密的避難硐室后，避難硐室內的溫度達到遇險人員難以忍受的溫度，避難硐室通常采用蓄冰制冷和高壓氣（液）體膨脹制冷等。
蓄冰制冷首先要將水制成冰，平時要維持冰的結冰狀態(tài)。因此，平時需要給電動制冷機供電，維護費用高，特別當瓦斯超過斷電濃度時，必須切斷制冷機的電源。蓄冰單元和制冷機還占據(jù)了較大空間。
高壓氣（液）體膨脹制冷是通過高壓氣（液）體膨脹吸熱制冷。高壓氣（液）體膨脹制冷具有無電源、維護量小、維護費用低等優(yōu)點。但如果高壓氣瓶及其管路等有質量問題或維護不當，會造成人員傷亡。高壓氣瓶及熱交換裝置還占據(jù)了較大空間。
因此，避難硐室制冷降溫，不但增加了避難硐室的建造成本、維護成本、維護工作量，降低了空間利用率，還會帶來新的事故隱患，也不利于避難硐室的推廣應用。
避難硐室是否需要制冷降溫，要根據(jù)具體環(huán)境決定。當構建避難硐室的煤層或巖層溫度較低時，可通過避難硐室四周的煤、巖散熱；避難硐室既不需要裝備制冷設備，也不需要隔熱處理。這樣不但降低了避難硐室建造和維護成本、提高了空間利用率，而且減少了事故隱患，更便于推廣應用。當然，當構建避難硐室的煤層或巖層溫度較高時，比如大于35℃時，則應進行制冷降溫，并做隔熱處理。制冷降溫宜采用CO2膨脹降溫。
也可通過壓風自救系統(tǒng)向避難硐室壓入冷空氣，降低避難硐室溫度。由于平時避難硐室溫度較低，即使煤礦井下事故造成壓風管路損壞，事故后在一定的時間內，避難硐室內的溫度也不會過高。
有直通地面鉆孔的避難硐室，應由地面送風降溫，不必在避難硐室內設置制冷降溫裝置。直通地面的鉆孔直徑宜為700mm, 這樣既增加了逃生通道，使用提升裝置將避難硐室內的遇險人員提升至地面，又利于地面送風降溫。
5 監(jiān)控、定位、通信、壓風和供水管線埋入
目前，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的電纜、煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)的電纜和光纜、煤礦井下調度通信系統(tǒng)的電纜、移動通信系統(tǒng)的電纜和光纜、廣播通信系統(tǒng)的電纜和光纜、壓風自救管路、供水施救管路，一般吊掛在巷道中。當煤礦井下發(fā)生瓦斯爆炸、煤塵爆炸、炸藥爆炸、頂板冒落、煤與瓦斯突出等事故時，將會造成這些電纜、光纜和管路的損壞，影響系統(tǒng)的正常使用。
為避免或減少瓦斯爆炸等事故對煤礦監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡、壓風自救、供水施救系統(tǒng)的破壞和影響，應將煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的電纜、煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)的電纜和光纜、煤礦井下調度通信系統(tǒng)的電纜、移動通信系統(tǒng)的電纜和光纜、廣播通信系統(tǒng)的電纜和光纜、壓風自救管路、供水施救管路埋入巷道，并提高這些電纜、光纜和管路的機械強度。
為避免火災等對這些電纜、光纜和非金屬管路的破壞和影響，用于煤礦安全監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡系統(tǒng)的電纜外護套，除應采用阻燃材料外，還應耐高溫。
6 結論
煤礦井下發(fā)生瓦斯爆炸等事故時，遇險人員要盡快安全撤至地面，地面最安全。當巷道被頂板冒落物等堵塞，遇險人員無法安全撤至地面時，應進入避難硐室躲避，等待救援。
煤礦井下緊急避險系統(tǒng)是遇險人員安全撤至地面和安全避險的重要保障。煤礦井下緊急避險系統(tǒng)由壓縮氧自救器、氧氣呼吸器、逃生通道、避難硐室、避災路線及指示和應急預案等組成。
逃生通道是遇險人員安全撤至地面的首要條件。因此，煤礦井下應構建多個通往地面的巷道。當發(fā)生事故時，所有通往地面的巷道都被頂板冒落物堵死的概率就會大大降低，同時，也利于瓦斯防治、防火和防塵。取消木支護，取消竹蓖和荊芭等可燃物背幫，加強巷道支護，不但是防火和頂板事故防范的需要，也是防止逃生通道被堵死的需要。
入井人員要攜帶壓縮氧自救器，當井下發(fā)生瓦斯爆炸等事故時，遇險人員應使用壓縮氧自救器盡快撤至地面。當作業(yè)地點距地面較遠、壓縮氧自救器防護時間不能保證遇險人員安全撤至地面時，要分別根據(jù)壓縮氧自救器和氧氣呼吸器的防護時間，設置避難硐室。避難硐室中應設置一定數(shù)量的氧氣呼吸器或壓縮氧自救器，供途經(jīng)這里的遇險人員更換。采用氧氣呼吸器接力，可以延長避難硐室的間距，減少避難硐室的建設數(shù)量、建設成本和維護量。
為防止更換氧氣呼吸器或壓縮氧自救器時，遇險人員受到CO等有毒有害氣體傷害，避難硐室應采用氣密和正壓結構，防止外部CO、CH4等有毒有害氣體進入，這也是防止避難硐室瓦斯積聚的需要。
為防止遇險人員進入避難硐室時，外部CO等有毒有害氣體進入避難硐室，避難硐室要設置壓縮空氣幕，并由壓風自救系統(tǒng)和高壓空氣瓶雙保險供氣。
由于避險人員服裝所攜帶的CO等有毒有害氣體有限，為減少高壓空氣瓶的使用，避難硐室的壓氣噴淋可以不使用高壓氣瓶。特別是，進入避難硐室的每組遇險人員需要不小于2min的噴淋時間，會使等待在避難硐室（或救生艙）外的避險人員沒有逃生機會。
當構建避難硐室的煤層或巖層溫度較低時，避難硐室可以不采用制冷降溫措施，可以利用避難硐室四周煤巖散熱。這樣不但避免了制冷裝置帶來的新的事故隱患，而且降低了避難硐室建造成本和維護工作量，提高了避難硐室空間利用率。也可通過壓風自救系統(tǒng)向避難硐室壓入冷空氣，降低避難硐室溫度。由于平時避難硐室溫度較低，即使煤礦井下事故造成壓風管路損壞，事故后在一定的時間內，避難硐室內的溫度也不會過高。有直通地面鉆孔的避難硐室，應由地面送風降溫，不必在避難硐室內設置制冷降溫裝置。
為保持避難硐室與其他5大安全避險系統(tǒng)的有效連接，提高監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡、壓風自救、供水施救系統(tǒng)的抗災變能力，應將煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的電纜、煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)的電纜和光纜、煤礦井下調度通信系統(tǒng)的電纜、移動通信系統(tǒng)的電纜和光纜、廣播通信系統(tǒng)的電纜和光纜、壓風自救管路、供水施救管路埋入巷道，并提高這些電纜、光纜和管路的機械強度。
作者簡介：孫繼平（1958—），男，山西翼城人，教授，博士，博士生導師，中國礦業(yè)大學（北京）副校長；作為第1完成人獲國家科技進步二等獎2項、省部級科技進步一等獎6項；作為第1完成人主持制定中華人民共和國煤炭行業(yè)和安全生產行業(yè)標準26項；主持制定《煤礦安全規(guī)程》第三章通風安全監(jiān)控；作為第一作者或獨立完成著作10部，發(fā)表論文100余篇（其中被SCI和EI檢索的第1作者論文60余篇）；作為第一發(fā)明人獲國家專利權和軟件著作權17項。
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