井下紧急避险系统设计方案(编辑修改稿)

井下紧急避险系统设计方案(编辑修改稿)内容摘要：

BMB800X1500 型 防爆门其密封结构形式如图 331 所示。 门框的结构为长方形的整体式，门框纵横方向各设计有加强筋板，使门板能有足够的抵抗压力变形的能力 ， 采用单扇向外开启方式 ，具体要求可根据 附图 ： 永久避难硐室平、剖面图 来定制。 该门能有效阻止有毒有害气体进入生存室。 图 332 门密封结构形式图 接入避难硐室的矿井压风、供水、监测监控、人员定位、通讯和供电管线在接入硐室前采用穿管防护并埋入地下，埋设长度不小于200m。 生存室在设备安装完成后，用阻燃、抗静电、耐高温、耐腐蚀的材料进行装饰，顶板和墙壁颜 色采用白色。 避难硐室两端入口设置“避难硐室”反光标志，标志醒目。 12 第四 节 环境控制及生命保障系统 1 供气调压系统 供气调压系统包括供气和调压，其中供气主要是指氧气供应，氧气供应包括压风供氧、压缩氧供应系统两种供氧模式。 压风供氧 主要是利用现有的井下压风救援系统。 两 种供氧方式既可单独对避难硐室进行供氧，同时可在自动控制系统协同下联合供氧。 充分保证了供氧的可靠。 调压主要通过压缩空气供应保持硐室内空气组分中氧气分压量及舱内正压。 维持过渡舱压力保持在 +100～ +500Pa 之间。 同时，当硐室内压力大于 +200Pa 时，能自动泄压。 压缩氧供氧 当矿井发生事故时，井下压风系统有可能受损无法正常工作，因此必须有备用的供氧系统，以确保压风系统遭到破坏时仍能有效供氧。 而且当压风系统由于供风速率不够或不稳定等情况下，压缩氧供氧系统能在自动控制系统的控制下进行补充供氧，维持硐室内氧气含量始终在适合避险人员呼吸范围内。 功能 当井下压风系统无法正常工作时，能为避难人员提供足量氧气，保证人均供氧量不小于 ，且氧气浓度为 %～ 23%。 该系统工作时间不小于 96h，且有 倍 备用系数。 设计方案 供氧方式采用 医用 高压氧气瓶供氧。 氧气瓶采用 15MPa 的钢瓶，符合 GB5099 和《压力容器安全技术监察规程》的规定，钢瓶中存储 的高压氧，经金属软管、分阀串联，分阀供氧气瓶日常维护使用，并汇总于总阀。 总阀输出的高压氧经双级减压器减压到 1MPa， 13 再经过手动阀减压至 后排放至生存室。 该装置是利用储存在钢瓶中的医用压缩氧气，通过供氧控制装置为避险人员输出规定数值的氧气。 硐室内放置的钢瓶，出口经高压管路并联后集中至减压器，减压器将来自于氧气瓶中的医用压缩氧气压力进行减压并输 出稳定的压力至可调节浮子流量计。 浮 子流量计的氧气输出量根据避险人员数量进行手动调节，在静坐状态下每人的氧气消耗量大约为。 由于减压器输出稳定的压力，因此在浮子流量计调节值一定时，通过浮子流量计的氧气输出量不会随着氧气瓶中的压力变化而变化。 选用的压力表符合 GB/T1226 的有关规定。 工作原理如图 341 所示。 图 341 压缩氧供氧工作原理图 设计计算 需保证的耗氧量为 （人• min），以 50 人生存 96 小时计算，可得氧气供应系统需满足要求如下： 供氧速 率 ≥ 40L/min 总供氧量 Q=A178。 t178。 B =50179。 96179。 60179。 =144000（ L） 氧气瓶选用 15Mpa（使用压力 13MPa，当气压为 2MPa 时必须更换或充压 ）， 80L 容量钢制容器，富裕系数为 ，每气瓶可用氧气气体积为 8720L，则总需要氧气瓶数量 : 179。 144000/8720=（瓶） 14 考虑到气瓶存储、漏气等因素，本设计取 26 瓶。 避难硐室压风系统 气幕喷淋系统 在外层防护门入口内侧设置气幕喷淋系统，有效防止有毒有害气体伴 随避难人员的进入而污染避难硐室内部的空气。 在外层防护门入口内侧设置气幕喷淋系统，有效防止有毒有害气体伴随避难人员的进入而污染避难硐室内部的空气。 ①结构形式 输送空气管采用冷拔结构，用无缝钢管φ 16179。 ，喷气孔直径φ 2，间距 L=20。 发生灾变后，由第一个进入的人员打开空气瓶及气幕喷淋装置的开关，与密闭门一起形成联动，组成气幕喷淋系统。 ②耗气量计算 每人通过防爆门的时间为： 10s/人，人数： 50 人，备用系数 ，总通过时间： 600s。 WGA2798015 型钢制无缝气瓶，储气量为： 布孔数量：（ ++） /(+)=200 气幕耗风量及所需气瓶数见下表 341。 表 341 气幕耗风量及气瓶数 方案 出风 形式 出风速度（ m/s） 气孔 个数 气孔 直径 单位耗风量（ m3/s） 单气瓶理论供应时间（ s） ┏┓形 间隔 气孔 6 200 1090 因此仅需要 1 个 80 升压缩空气瓶即可满足。 ③布置形式 气路气孔采用“┏┓”，即布置于防爆门框体的左右侧和上方， 15 向中间吹气。 开启装置位于门框上侧靠左 100mm 处，与门框外缘平齐。 压缩空气先到开启装置，通过开启装置连接到气幕喷淋管路。 在入风的过渡硐室内分别放置工作压力为 15MPa、水容积为 80L 空气钢瓶 8 支。 其中每 4 支钢瓶通过高压管路并联后与减压器输入口连接，减压器输出口与硐室门联动开关相连。 两个硐室门联动开关经并联后与放置在门口上侧的喷气气幕相连。 气幕洗气系统配置及原理见图342。 图 342 气幕洗气系统配置及原理 ○ 主要技术指标 减压器入口压力 ≥15MPa、出口压力 0～ 2MPa（可调）、流量≥4000L/min。 16 避难硐室 压风系统功能 方案选择 国家安全监管总局、国家煤矿安监局曾下发文件（安监总煤行〔 2020〕 167 号），《关于所有煤矿必须立即安装和完善井下通讯、压风、防尘供水系统的紧急通知》。 因此本方案首先选择利用煤矿压风系统作为供氧装置。 按人均供风量不低于 Q1=，当避险人员 N=50人时，所需总供风量： Q= Q1178。 N =179。 50=15（ m3/min）； 目前，煤矿有 2 台 LG20/8G 型电动螺杆式空气压缩机，每台压风机的 排气 量为 20 m3/min，压 风管的流量大于所需总供风量。 因此以空气作为供氧气源的供氧方式 —— 压风系统供氧装置方案可行。 此方案便于日常对装置的压力、供风性能等指标进行检查、对装置的组成部件进行维护及保养。 压风系统供氧原理 压风系统供氧装置利用地面压缩空气通过管路（地面压风系统）作为气源，经过阀门后进入过渡舱内设置的水、灰尘、油的三级过滤，经过预先设置的减压器、浮子流量计、管路进入气体输出端。 为紧急避险设施内避险人员提供更加新鲜、舒适的空气质量。 压缩空气瓶供气原理见图 343。 主要技术参数 人均供风量≥ ； 紧急避险设施内氧气浓 度 ～ %； 减压器入口压力≥ 、出口压力 0～ MPa（可调节）、输出流量不小于 20 m3/min； 浮子流量计量程 0～ 8 m3/min、分度值。 17 布置方式 在生存硐室内座椅两侧布置 4 套压风系统供氧装置，装置的入口通过管路与压风系统管路连接。 在生存室和过渡室门墙上加装二趟单向排气管，排气管联接机械式泄压阀。 当室内压力大于 +200Pa 时，泄压阀自动泄压。 当室内压力大于 +500Pa 时，泄压阀泄压速率达到最大值 500L/min。 图 343 压缩空气瓶供气原理图 空气净化及除湿系统 利用氢氧化钙、霍基拉特化学药剂快速滤除硐室内的有毒有害气 18 体，在 20 分钟内将一氧化碳从 400ppm 降到 24ppm 以下，保障可呼吸气体的安全。 设计方案 新型专利过滤降温除湿集成装置，非电力驱动，气压保持恒定，达到设定压力时自动启动空压机和制冷除湿系统。 能快速清除生存舱内的有害、有毒气体。 同时完成过滤、降温、除湿功能。 实现对避难所空间气体中 CO、 CO2浓度控制及温度、湿度的调节，确保在额定防护时间内空气温度在 35℃ 以下、湿度在 85%以下， 满足对 CO2的吸收能力不低于每人 （中国人实际 ），对 CO 的吸收能力不低于 400ppm/h，保证舱内 CO2低于 %、 CO 低于 24ppm。 主要功能 过滤降温除湿系统是对由于避险人员在密闭的避难所中长时间进行呼吸所产生的 CO2及避险人员由避难所外带入的 CO 气体通过 CO2和 CO 吸收剂进行过滤，对由于人体温度通过皮肤进行散热及来自于外部空间的热源传入而形成的温升及对由于人体自身呼出饱和湿度的气体及人体自身汗液蒸发的湿度进行控制和调节。 工作原理 过滤降温除湿系统配置及 原理见图 344 所示，该装置是利用储存在钢瓶中的液态 CO2作为动力源和制冷介质，通过管路输送至装置中。 该装置由一个机械单元组成，通过配备规定数量的 CO2和 CO 吸收剂同时完成过滤、降温、除湿功能。 19 图 344 过滤降温集成装置原理图 关于 CO2 钢瓶数量的确定 钢瓶数量是根据平衡 50 人产生的热量所需要的制冷剂（液态CO2）确定的。 人在轻微活动的条件下，每小时的发热量为 400BTU（英热单位，相当于 102 大卡），而一 千克 液态 CO2蒸发汽化过程可以吸收 275BTU 的热量。 避难所围岩温度按 28℃左右考虑，在计算时可以不考虑围岩温度对避难所的影响。 50 人 96 小时发热总量 =400179。 50179。 96=1920200（ BTU） ； 需要液态 CO2 总量 =1920200/275=（ Kg） ； 选择容积为 80L 的气瓶，在充装系数为 的条件下，需要的气瓶总数为： (个 )；根据安监总煤装【 2020】 15 号文件要求，永久避难硐室的备用系数不低于 ，确定气瓶数量为 176个。 关于空调数量确定 每套空调每小时可以产生的制冷量为 12020（ BTU）， 96 小时总制冷量为 12020179。 96=1152020（ BTU） ；避难所所需要的空调数量为：1920200/1152020=2（个），因此，根据安监总煤装【 2020】 15 号文件要求，永久避难硐室的备用系数不低于 ，选择空调数量为 3 个 ，型号为 Mrac3 型。 20 空调产生的冷凝水处理：在空调下方安装一个接水盒，或用管路引流，通过过渡室后排出到外部。 关于 CO2吸收剂数量确定：按照每人每小时呼出 24L CO2计算，60 人 96 小时共呼出 CO2数量为： 24179。 50179。 96=115200（ L） ； 每盒装 CO2化学药剂 15Kg,对应的 CO2吸收量为 1400L/盒 ,需要配备的 CO2吸收剂盒数位为： 115200/1400=（盒），因此根据安监总煤装【 2020】 15 号文件要求，永久避难硐室的备用系数不低于 ，确定用 CO2吸收剂 100 盒。 关于 CO 过滤剂数量确定：按照煤安监司函办【 2020】 34 号文件 “对 CO 的吸收（排除）能力不低于 400ppm/h” 的要求以及人呼吸产生的 CO 量为 2mg/m3为计算依据，并考虑灾害时期产生的 CO 气体可能进入避难所内，且每个空调需要配备 1 盒 CO 吸收剂，选择 8 盒 CO 吸收剂。 主要技 术指标 对 CO2的吸收（排除）能力不低于每人 ； 对 CO 的吸收（排除）能力不低于 400ppm/h； 避难所内 CO2＜ %； 避难所内 CO＜ 24ppm； 空气温度≤ 35℃； 湿度≤ 85%。 液态 CO2钢瓶放置在与机电硐室相连的辅助硐室内。 在主硐室内放置过滤降温除湿装置 4 台，其出风口与硐室主轴线角度为 度。 辅助硐室内的 176支 CO2钢瓶由铜管并联后与 4 台过滤降温除湿装置相连。 3 环境监测监控系统 21 根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》，避难硐室应配备独立的内外环 境参数检测或监测仪器，在突发紧急情况下人员避险时，能够对避险设施过渡室（舱）内的氧气、一氧化碳，生存室（舱）内的氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、温度、湿度和避险设施外的氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳进行检测或监测。 根据要求作如下配置： 1) 配备一台光学瓦检仪。 2) 在硐室内配置 2 台 KJ90F8 分站和 源箱，遥测分站通过光纤与井下监控网络相连。 过渡室各接 1 台氧气、一氧化碳和压力传感器，生存室内的各接 1 台氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、温度、湿度、压力传感器。 室外接氧气、甲烷 、二氧化碳、一氧化碳传感器。 在生存室两端各安一台摄像仪，监控生存室人员情况。 检测数据通过井下监控网络传至地面调度中心。 各传感器的检测数据同时传输给自动控制系统，作为控制输入参数。 3) 敷设监控电缆和光纤，将生存室的监控数据和影像传至压风机房监控计算机，确保能及时监控生存室状况。 4) 配备 1 台 micromax 复合式气体检测仪，此检测仪能对多种气体进行检测。 上述配置，能对硐室。