南方小煤矿紧急避险系统设计方案

南方小煤矿紧急避险系统设计方案内容摘要：

进行严密的封堵，确保气密性。 硐室门选用钢结构密闭门。 过渡室与外部之间选用抗冲 钢制 262WDF058 型船舶用密封门，该门采用手动操作方式，在内外都能开关和锁紧。 在门框架的型材内，内外两层均镶嵌有用于密封的密封条。 该门锁紧机构采用 6 点式压紧方式来保证密封性能，能有效阻止有毒有害气体的入侵，该门同时具备防火功能。 钢制 262WDF058 型密封门外形如图 331 所示，其密封结构形式如图 332 所示。 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 13 图 331 密封门二维图 图 332 门密封结构形式图 过渡室与生存室之间采用 GM0820 钢结构密闭门，该门能有效阻止有毒有害气体进入生存室。 这两种型号密闭门的尺寸均为 800mm乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 14 （宽）179。 2020mm（高），能保证人员顺畅通过。 在 262WDF058 型密封门上还设有观察窗，方便人员观察硐室外部情况。 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。 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 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 15 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 倍余量。 设计方案 供氧方式采用高压氧气瓶供氧。 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，再经过电磁控制阀减压至 后汇于生存室散气管，排放至生存室。 为了预 防电磁控制阀工作失效，在电磁控制阀处并联手动控制阀门。 选用的压力表符合 GB/T1226 的有关规定。 工作原理如图 341所示。 该系统主要由压缩氧气钢瓶组、减压阀组以及相应管路组成，氧气钢瓶组及减压阀组均放置在硐室生存室内，其中减压阀组安装在墙壁上，可方便避难人员调节、观察压力和供氧流量数值。 图 341 压缩氧供氧工作原理图 设计计算 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 16 避难人数按东 、 西 翼 两 个 掘进 队合计 约 70 人。 按 15%富裕系数，确定人数为 80 人。 需保证的耗氧量为 （人• min），以 80 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 ≥ 230400L 氧气瓶选用 15Mpa（使用压力 ）， 40L 容量钢制容器，裕度要求值为 ，则总需要氧气瓶数量 ： 179。 230400/(40179。 135)=52（瓶） 避难硐室调压 功能 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。 设计方案 选用 40L、 15MPa 的压缩空气瓶为空气幕、喷淋装置以及调压用供气，空气瓶的工作压力为。 压缩空气瓶供气原理如图 342所示。 多个压缩空气瓶经分阀串联后汇总于总阀，再经双级减压器将压力降至 1MPa 后分为三路，其中两路至两端过渡室内空气幕和喷淋装置，另一路经电磁阀将压力降至 后汇于生存室散气管。 避难人数按东、西 翼 两 个 掘进 队合计 约 70 人。 按 15%富裕系数，确定人数为 80 人。 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。 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 17 图 342 压缩空气瓶供气原理图 设计计算 按照过渡室压力大于标准大气压 500pa，生存室初始压力大于标 准大气压 500pa，且在大于标准大气压 500pa 情况下，泄压速度不大于 300pa/h，假定空气幕及喷淋装置工作时间 45min，出风口速度10m/S，出口面积 ，过渡室及生存室压力均为 +500Pa，室内总体积 按 280m3 进行计算： 空气幕及喷淋装置所需空气： 45min179。 10m/s179。 60179。 = m 3 保压所需空气： 300pa/(101500pa)/小时179。 96 小时179。 280m3 = m3 压缩空气瓶选用 15Mpa（使用压力 ）， 40L 容量，考虑 倍余量，则总数量 : 179。 179。 1000/(40179。 135) =27（瓶） 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 18 2 温湿度控制系统 硐室内制冷除湿设备用于对生存室进行降温除湿。 该设备即可独立工作，也能在自动控制系统的控制下与 其它 系统联合工作，充分保障了避难硐室制冷除湿的可靠性。 设计方案 温湿度调节采用制冷除湿设备 进行保证。 为了极大限度的节约紧急状况下用电需求，本方案制冷除湿采用蓄冰制冷除湿方式，即在非矿难情况下，用制冰机蓄冰，在矿难情况依靠蓄冰设备供冷除湿。 制冰机蓄冰如图 343 所示。 制冰时，制冷机自动转换为蓄冰工况：关闭 V V4 阀门，开启 V V3 阀门，使得 3～ 7℃已二醇溶液在制冷机和蓄冰罐之间循环。 随着制冰时间的延长，使盘管外水结冰，达到设计厚度。 在矿难发生时，蓄冰设备通过融冰提供冷量，制冷机停止运行， 但是仍作为系统的通路。 通过乙二醇泵将乙二醇溶液送入蓄冰设备，经过降温后的乙二醇溶液进入板换换热。 关 闭阀门 V3，为了控制进入板换的乙二醇温度，将阀门 V V2 设为调节状态。 供冷如图344 所示。 制 冷机蓄 冰 设 备板换用户乙 二 醇 泵冷 冻 泵V 3V 4V 2V 1 图 343 制冰机蓄冰示意图 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 19 制 冷机蓄 冰 设 备板换用户乙 二 醇 泵冷 冻 泵V 3V 4V 2V 1 图 344 蓄冰设备供冷示意图 其中蓄冰罐采用内融冰方式，内融冰方式由内至外，无需预留空间作为冷水通道，因此具有较高制冰率，制冰方式为完全结冻式，制冰率达 85%以上，融冰率达 100%，结冰过程中无应力，保证冰桶不受损，流体流动均匀，可靠高效。 绝热蓄冰槽采用钢结构 框架，内胆为玻璃钢，内部液体不与钢接触。 外部采用彩钢板护壳，彩钢板与玻璃钢之间聚氨酯整体发泡。 换热器采用 HDPE 盘管，结构连接处采用HDPE 接头，强度高，压降小，寿命长。 设计计算 生存室内的热量来源主要为人体散热，参照标准，每人每天产热量 5184KJ（ 60W）， 80 人 4 天产生热量： Q1=5184000804=109J 冰制冷过程中，冰块相变到水的比热容 C=335J/g，冰的比热容C=,冰到水，水的比热容 C=。 在不考虑低温冰到 0176。 冰的吸热，不考虑 0176。 水 到 20176。 水的吸热，以 1 吨水进行热计算如下： Q2=1000000g1335=108 J 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 20 所需要冰的总质量为： m=Q1/Q2179。 =（ t）。 按照《载人航天器环境控制及生命保证系统》相关标准，排湿量1800g/(人 .天 )，即 75g/(人 .小时 )，考虑 倍余量，则除湿设备应具有的能力为： 除湿效率 ≥ 4500g/小时 总除湿量 ≥ 432kg 方案中制冰系统主要参数如下： 风机功率 ≤ 50W 制冰总质量 ≥ 5 吨 除湿率 ≥ 4500g/小时 制冰机电压 交流 660V 制冷效率 0～ 风机进风量 1 /分钟 3 环境监测监控系统 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 KJF16A 遥测分站和 一台 KDW16A 本安遥测电源箱，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 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、二乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 21 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) 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，能对硐室环境参数具备 2 种监测手段，并能提供影像资料，为抢险指挥提供详细信息。 传感器设计要求 各传感器的检测要求如表 341 所示。 表 341 传感器设计要求 序号 名称 量程 安装位置 备注 1 O2 传感器 10%～ 30% 生存室、 过渡室、室外 2 CO 传感器 0～ 1000ppm 生存室、 过渡室、室外 3 CO2 传感器 0～ 5% 生存室、室外 4 CH4 传感器 0～ 5% 生存室、室外 5 温度传感器 10～ 60℃ 生存室 6 湿度传感器 10%～ 95% 生存室 7 压力传感器 ～ 生存室、 过渡室 传感器选型 传感器检测数据的准确性会直接影响人员对硐室内外环境的准确判断，另外作为自动控制系统的输入设备，其性能也决定着整个环控生保系统的性能。 故传感器选型以满足总体需求为基础，以具有高可靠性为原则。 各类传感器型号及指标如表 342 所示。 表 342 传感器 型号及指标 序号 名称 型号 工作电源 输出信号 安装位置 备注 1 氧气传感器 GYH25 DC（ 9~24） V 50mA 200～ 1000Hz RS485 数据帧 生存室 2 过渡室 3 室外 乐山沫凤能源有限责任公司黄泥埂煤矿井下紧急避险系统 设计 方案 22 4 CO 传感器 GTH1000 DC（ 9~24） V 50mA 200～ 1000Hz RS485 数据帧 生存室 5 过渡室 6 室外 7 CO2 传感器 GRG5H DC（ 9~24） V 50mA 200～ 1000Hz RS485 数据帧 生存室 8 室外 9 CH4 传感器 GJC4 DC（ 9~24） V 50mA 200～ 1000Hz RS485 数据帧 生存室 10 室外 11 温度传感器 GWD70 DC（ 9~24） V 50mA 200～ 1000Hz RS485 数据帧 生存室 1２ 湿度传感器 EE30EX DC 24V 4～ 20mA 生存室 手持式 1。