煤矿避险系统—矿用可移动式救生舱系统设计论述

王凯　柴冬冬

摘 要：煤矿避险系统主要是在我国煤矿安全形势严峻的背景下，根据煤矿救援的实际需要提出的。矿用可移动式救生舱作为煤矿重大事故救援救生装备的研制，已经被列入国家下达的“矿井重大灾害应急救援关键技术”中“遇险人员快速救护关键技术与装备”研制课题的重要内容，成为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中“公共安全”重点领域的优先主题。

关键词：煤矿避险系统；救生舱；系统设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.256

0 引言

由于矿用可移动式救生舱的应用条件复杂，对产品的整体性能要求较高。在产品的研制过程中研发人员遇到诸多技术难点。如救生舱整体结构的抗爆炸冲击设计，气幕喷淋系统设计、舱内人员空气净化系统设计、舱内温湿度保持系统设计、舱内外环境监测系统设计、通讯与照明系统设计、动力保障系统设计以及生命保障系统设计等。针对各项关键技术采取了科学的设计理念和手段逐一解决。

1 整体结构的抗爆炸冲击设计

针对救生舱在能容纳一定避难人员的生存空间，以及要承受较大冲击力和压力的技术需求，煤矿避险系统的横截面为方形倒角，基本的舱体单元为骨架结构。舱体采用外连接方式，舱体之间通过34个M16高强螺栓连接，均匀分布保证连接强度及密封性。骨架外侧焊接外壳钢板，两端焊接法兰结构。基本舱体通过法兰结构由螺栓相联接。骨架结构采用矩形空心型钢组焊而成，材料为80×40×5优质结构用矩形钢管；舱体外壳板厚度为8mm，材料为高强度焊接用钢HG70；舱体法兰厚度为25mm，材料为高强度焊接用钢Q550。主舱门门板厚度为20mm，舱门法兰厚30mm，舱口法兰宽60mm，厚25mm。逃生门门板厚度为20mm，舱门法兰厚30mm，舱口法兰宽60mm，厚25mm。门区采用截面为20mm x30mm的加强筋加强。进一步通过有限元分析验证了救生舱壳体结构设计的可靠性。

2 气幕喷淋系统

气幕喷淋系统位于过渡舱内，能在人员进入时有效的放置外部环境的有毒有害气体随人员进入过渡舱内。气幕喷淋系统采用两种供气方式：一是由压缩空气瓶进行供气；二是与矿井压风管路联接。空气幕随舱门打开由联动装置自动打开，一方面在舱门形成“风面”，另一方面在过渡舱形成正压，阻碍外部有害气体进入。喷淋装置由人员进入舱内后手动打开。

3 空气净化与温湿度调节系统

通过计算和试验选择一氧化碳催化转化药剂并确定用量，保证救生舱CO的催化转化能力应不低于将浓度为400 ppm一氧化碳在20 min降到24 ppm。通过计算和试验选择二氧化碳处理药剂并确定用量，满足救生舱内8人106小时生存，二氧化碳含量不高于1.0%的要求。根据救生舱的额定救援人数和内部空间，用氧气瓶储备一定量的医用氧，并通过减压阀和流量计实现了舱内氧气浓度控制在18.5%～23%。

降温除湿单元的基本制冷原理为开式节流制冷，其本质是利用预存的液态制冷剂经节流后蒸发，吸收外界热量，从而降低环境温度进而试水汽凝聚对环境进行除湿。

4 环境检测系统设计

系统由TH600B型温湿度表1只，WSS-401型双金属工业温度计 2只，TE2000型微压差表1只， CD4（A）型多参数测定器4只及气体自动负压采样器2只构成。可对生存舱内氧气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、温湿度及内外压差进行检测和显示；对设备舱的氧气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、温度进行检测和显示；对过渡舱的氧气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳进行检测和显示；对舱外的氧气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、温度进行检测和显示。当生存舱的气体浓度超过安全范围时传感器会自动进行报警。

5 通信照明系统设计

救生舱内装有防爆电话，与井下通讯网络连接。发生事故后若通讯网络未遭到破坏，则避险人员通过其与井上救援人员联系，告知井下情况，为救援策略的制定和执行提供依据。救生舱内的照明采用KJ3.5LM（A）型矿灯，救生舱外的灯光指示选用DHY0.36/3.6L（A）型矿用本安型信号灯，灾害发生后，由避险人员放置在救生舱外信号灯专用位置，引导救护队员前来营救。

6 救生舱性能检测

根据《矿用可移动式救生舱通用技术条件（2011年12月报批稿）》的要求，采取真人106小时在舱试验，利用相应的检测仪器远程对救生舱进行温度保持、舱体隔热、一氧化碳催化转化、二氧化碳吸收、气密性保持等多项参数、各项性能进行检测。

7 总结

通过科研人员長期的研发，矿用可移动式救生舱性能得到极大改进，符合国家安全生产监督管理总局发布的《矿用可移动式救生舱通用技术条件（2011年12月报批稿）》的要求，救生舱的综合防护性能满足国家相关标准。

通过对试验结果的分析以及与搜集掌握的国内外矿用救生舱的资料相比较，具备技术先进、系统设计合理、操作灵敏可靠、数据记录全面、生命保障有效的特征。

参考文献：

[1]高广伟，张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路[J].中国安全生产科学技术，2009，5（04）：162-164.

[2]隋鹏程.矿工自救与避难硐室[J].现代职业安全，2007，7（71）： 86-87.

[3]宋元明，任锦彪.煤矿井下灾害调查与研究[J].矿山安全， 2005（03）：86-88.

[4]余茂君.矿用救生舱诞生记[J].劳动保护，2010（05）：94-96.

[5]三一重型装备有限公司.一种矿用避难舱，中国： CN200820011792.2.2009-02-11.

[6]林中选.救生舱，中国：CN200610130677.2. 2007-06-27.

作者简介：王凯（1983-），男，河南林州人，助理工程师，主要从事煤矿避险系统设计工作。