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煤矿移动式避难舱标准的研究
摘 要：通过对国外关于矿山用避难舱标准的调研分析及国内外避难舱发展状况，总结提出我国煤矿用移动式避难舱应具备哪些功能及特点，并对我国煤矿移动式避难舱的行业标准提出了比较具体的要求。关键词：避难舱；煤矿；标准
一、研究背景
由于矿井事故存在破坏力大、事故原因复杂和易引起继发性事故等特点，使得矿难发生后外界无法及时展开救援。而井下由于事故所带来的中毒、窒息、溺水等构成了“头号杀手”，许多人员伤亡都是由于遇险矿工不能及时找到安全的避难场所造成的。
2006年，美国西弗尼亚州的萨戈煤矿发生瓦斯爆炸事故，13名矿工被困井下两天，最终导致12人死亡。这次矿难的发生促使煤矿公司和美国政府重新对安全标准进行评估。2009年2月22日我国山西焦煤集团屯兰矿发生了特大瓦斯爆炸事故，导致74人死亡，其中很多遇难者都是由于爆炸后，井下聚集了大量的一氧化碳，中毒而亡。许多生还的矿工都是在自救器的帮助下才走出长长的巷道，逃离死神的魔爪。因此应将遇险矿工的“被动待援”转化为“主动自救和外部救援相结合”，在矿山井下作业面放臵具备抗压、防毒、隔热、防水并能提供必要生存条件的矿用应急避难舱成为必然。当矿难发生时，井下遇险人员应迅速撤进应急避难舱避难。
目前，在采矿发达国家，移动时避难舱的应用已经非常普遍，采用可移动式避难舱已经成为加拿大金属矿安全的基本要求。澳大利亚使用避难舱最为频繁，在澳大利亚，政府强制要求所有的井工矿井必须使用避难舱。美国的相关法律也要求井工矿井使用避难舱。而在我国，由于还没有制定相关的标准，对避难舱的生产、检验尚无规范性文件，致使该项应急救援装备落后于国外，因此制定该装备的产品标准是非常必要的。该标准的制定对于保护矿工的安全，降低死亡率具有重要意义。
二、避难舱的发展
自从1928 年的Hollinger 矿山火灾（造成39 人死亡）后，加拿大就出现了初级的避难舱，利用压缩空气，通过面具提供呼吸氧气。20 世纪70年代初南非某金矿的工人在一次矿井火灾中碰巧逃到一个有压缩空气的盲巷里，首次建立了简单的避难舱，因而全部获救。后来，出现了空气过滤系统，用来清除空气中的一氧化碳和二氧化碳，降低了这两者的危害。2006年美国Battelle公司提出了充气膨胀式避难舱的设想。充气式避难舱用柔性的材料作为避难舱的塑料墙，塑料墙起到隔热、隔绝有毒气体的作用，从而有效的保护入员。但充气式避难舱由于抗冲击性比较弱，在生产中很少被采用。目前国际上广泛应用的是以高强度钢为材料制造的移动式避难舱，这种避难舱可耐高温，抗冲击能力强。
三、国际标准情况
早在2005年，澳大利亚就制定了金属矿山用避难舱标准，很多国家如西班牙、法国等都采用此标准应用金属矿山用避难仓。2007年南非制定了煤矿用避难仓的行业标准，并开始在全国井工矿推广使用避难舱。
2008年美国MSHA制定了目前世界上最严格的避难舱标准。
四、主要研究基础
我们分析了美国、南非、澳大利亚等国关于避难舱的标准，同时调查研究了全球6个国家共15个避难舱生产商的产品，总结我院多年关于应急救援产品的应用经验，同时在抚顺国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心的多年应急救援产品检验经验的基础上，总结分析出我国煤矿用移动式避难舱需具备以下主要功能：
当避难舱的外部服务（如井下电力、压风和可饮用水等）被切断，避难舱就必须独立地运行，来确保内部避险人员的生存，此时其处于单机运行状态。在危险情况下，避难舱被完全断绝外部供应的情况是存在的。此时避难舱必须为避难舱中的人员提供全面的，独立的生存支持。这其中包括：（1）供给可呼吸的空气。
可呼吸空气可通过避难舱内的氧气瓶来提供，瓶装医用氧气可以维持在舱内人员呼吸96h，每人每分钟提供0.5L的氧气。使用氧气烛也是很好的一种供氧方式，它是一种容易贮存和使用方便的固体氧源。它蓄氧量高，类似于液氧的密度，大约是同体积压缩氧的3倍。氧烛比较稳定，不会产生泄露现象，并且具有产氧迅速快、产氧量大、设备体积小、重量轻和贮存期长等优点，可作为避难舱应急用的氧源。（2）维持避难舱的电源。
一些避难舱中的空气监测、空气净化、照明和电子控制系统都需要电源。在正常情况下，可利用矿井下电力系统供电。在特殊情况下，当矿井电力系统被破坏，可采用专门的外臵电池供电，通常外臵电池可以利用井下电源重复充电，以备紧急情况下使用。
（3）具备空气调节和过滤功能
气体传感器用来实时监测避难舱内空气成分的变化，以便启动相应的仪器，调节空气中各种气体的比例。因为人员要在避难舱内生存，首先要维持避难舱内空气中的氧气浓度在18.5%至23%；其次，避难舱内的二氧化碳的浓度不应高于1%。高温和高湿度不仅能引起最危险的中暑，还会形成一种紧张的环境。显然，避难舱内有不少电力设备、照明设备，外界传入避难舱的热量都可能引起避难舱内温度升高。人体每天产生 728～1456kJ的热量也会促使避难舱内温度升高。因此避难舱必须具备温度调节功能，控制舱内温度在35℃以内。
当人员与外界隔绝时，由于蛋白质的分解会不断散发出硫化氢、氮和各类酸类等气体。这些有害气体不仅妨碍呼吸，还会影响神经中枢，引起人头痛、恶心和呕吐。因此避难舱必须具备臭气处理净化功能，从而消除避难舱内的臭味、异味。
（4）避难舱的密封
避难舱里面处于正压状态，负压是不合适的，因为工人不是一次进入避难舱的，这就要求避难舱的门不停地打开和关闭，因为处于正压，这就防止了一些有害的气体迸入。
另外，如果避难舱封闭不严的话，正压也可防止有害气体进人。国外学者的研究发现，密封性不好的避难舱所造成的不利，影响远远大于避难舱的门开关数十次所带来的不利影响。
（5）其它功能
另外饮用水、急救箱、厕所等在避难舱中也是必不可少的。饮用水可预先储备，以备紧急情况下使用。在避难舱内，厕所一般为轻型可移动的厕所。另外灭火器、观察孔，通讯系统，储藏室（储藏水、食品、衣物和救援物品等）也应该配备。
五、避难舱标准基本要求
5.1避难舱和部件：
(1)暴露在矿井大气中的电气元件应该符合官方认定的本安标准；安放在避难舱内部的电气元件必须符合本安标准。(2)在舱体内部的持续噪音水平不得超过75分贝的。(3)在舱体内部或者过渡舱内不得释放有害或者刺激性的气体。
(4)避难舱应该设计成能够用移动的设备，如可用拖车安全的移动到其他位臵。
(5)避难舱结构应该设计成能够承受运输或操作过程产生的碰撞冲击。
5.2 舱内温度应该符合以下要求：
(1)要依照制造商的指示和说明的局限性使用，避难舱满员时的舱内温度不得超过35℃。
(2)在避难舱达到最大入住率，配臵需要部件的条件下，测定舱内温度，同时应该报告包括计算结果在内的试验结果。5.3 避难舱应该包括：
(1)双向通讯设施，矿井通信系统的一部分，可以在避难舱内被使用；它要与额外通信系统相融合，同时也要满足通信运营商的认可的“应急计划”中通讯协议的所要求的必要条件。
（2）确保避险人员的充足照明。
（3）有效地处理人体废物并具有减少令人反感气味的措施。（4）急救用品。
（5）修理部件的材料，零件和工具。（6）灭火器：
(i)符合煤矿井下使用要求的手提式灭火器；
(ii)正确使用灭火涉及如何使用化学品清除有害气体；(iii)在部署的时候，使用不产生有害副产品的低毒性灭火剂。
4.4 用来存放避难舱、部件和供给品的容器必须是：(1)密封、防水和防鼠啃咬的；
(2)不使用工具也能轻易打开关闭；(3)显著地标记出到期日期和使用说明。
六、主要检测项目及试验装置
6.1 主要检测项目
1、结构检测
包括空间检测、过渡舱检测、抗压检测、阻燃检测、密封性检测、有害气体释放检测。
2、可吸入空气检测
空气可维持时间检测、氧气浓度检测、供气流速检测、正压力检测。
3、环境监测
舱内外O2、CO、CO2、CH4等气体检测，环境温度检测。
4、有害气体过滤检测
主要过滤CH4、CO及其它有毒有害气体。
5、本安防爆检测
在需要配接其它电气设备情况下，其它电气设备如监测仪表、灯、通讯设备、电源等必须具有煤安认证。6.2 主要试验装臵
试验装臵主要由人工呼吸机、加温增湿器、温度计、流量计、气泵、压力传感器、温度传感器、二氧化碳红外分析仪、氧气分析仪、一氧化碳分析仪等组成。试验装臵示意图如下：
七、总结
在我国，每年的矿井事故（尤其是煤矿）都造成大量的人员伤亡，其中绝大多数都是由于灾难所形成的有毒烟气随风流蔓延，导致井下人员中毒、室息而死亡。而从国外应用避难舱营救被困人员的成功案例来看，在井工矿设立避难舱具有重要意义，的确大大提高了灾难情况下人员的生存机会。在我国由于没有制定避难舱的安全生产行业标准，煤矿还无法使用井下用避难舱，因此该中国煤矿避难仓安全生产标准一旦被实施，应急避难舱在我国煤矿的应用范围将会越来越广，这必将大大促进我国矿井的安全生产。
作者简介：
曾伟（1974—），男，黑龙江人，自动化专业硕士，现就职于煤科总院沈阳研究院，主要从事煤矿安全产品的研发。
报送单位： 煤炭科学研究总院沈阳研究院科技发展部
联 系 人： 丁佩英
联系电话： 024-24117656 电子信箱： lndingpeiying@163.com
建议：论文虽然是探讨我国煤矿移动式避难舱的行业标准，但应结合我国煤矿井下巷道布臵情况，增加说明安放和使用条件，否则有脱离实际之嫌。
