組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙立濤

（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第六百八十九條要求，突出煤層的掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度及采煤工作面推進(jìn)長(zhǎng)度超過(guò)500 m 時(shí)，應(yīng)當(dāng)在距離工作面500 m 范圍內(nèi)建設(shè)臨時(shí)避難硐室或其他臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施。東龐礦掘進(jìn)和回采工作面根據(jù)要求每隔450 m 即施工1 個(gè)臨時(shí)避難硐室。

目前國(guó)內(nèi)主要煤炭企業(yè)臨時(shí)避難硐室多采用巷道擴(kuò)幫加磚混式墻體的方式施工，施工運(yùn)輸工程量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工難度大。磚混式墻體受工作面推進(jìn)及采動(dòng)礦壓影響，墻體易變形、損壞，避難硐室后期維護(hù)工程量大，反復(fù)施工。在當(dāng)前煤炭形勢(shì)下，目前所采用的避難硐室為礦井帶來(lái)了巨大的人力和資金消耗。

為解決現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室缺點(diǎn)，滿足臨時(shí)避難硐室要求，替代現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室。東龐礦開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)多次修改設(shè)計(jì)，自主設(shè)計(jì)、制造了新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施。新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施采用鋼板拼接式箱體結(jié)構(gòu)代替原磚混墻體，相比原有磚混式臨時(shí)避難硐室，組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施施工運(yùn)輸工程量由原來(lái)的100 多車縮短為4 車，建設(shè)周期由原來(lái)的近1 個(gè)月縮短為2 個(gè)工作日，施工難度和施工周期大幅度降低。同時(shí)，新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施為組合式鋼結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單，不受礦壓影響，可拆裝，且可反復(fù)利用，即解決了現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室存在的一系列不足，又實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施安全、快速、高效、實(shí)用等功能。

1 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)

1.1 主要關(guān)鍵技術(shù)

（1） 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施的結(jié)構(gòu)和形式設(shè)計(jì)。

（2） 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施分塊安裝形式設(shè)計(jì)。

（3） 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施規(guī)格設(shè)計(jì)。

（4） 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施內(nèi)部設(shè)備設(shè)施設(shè)計(jì)。

（5） 組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施井下應(yīng)用。

1.2 技術(shù)路線

總結(jié)現(xiàn)有臨時(shí)避難硐室缺點(diǎn)—提出新型臨時(shí)避難硐室方案—對(duì)比新舊避難硐室優(yōu)缺點(diǎn)，逐步優(yōu)化新設(shè)計(jì)—確定新型臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)，地面試制—根據(jù)制作過(guò)程及制成后設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整—地面制作最終方案—井下應(yīng)用。解決現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室缺點(diǎn)，滿足臨時(shí)避難硐室要求，替代現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室。原磚混式臨時(shí)避難硐室結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 原磚混式臨時(shí)避難硐室結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure of original brick-mixed temporary refuge chamber

2 同類技術(shù)對(duì)比

為提高礦山安全生產(chǎn)保障能力，國(guó)家強(qiáng)制要求全國(guó)煤礦及非煤礦礦山都必須建立和完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、供水施救、壓風(fēng)自救、通訊聯(lián)絡(luò)、緊急避險(xiǎn)等安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)主要包括永久避難硐室、臨時(shí)避難硐室、可移動(dòng)式救生艙3 種形式。國(guó)外主要采煤國(guó)家使用的應(yīng)急避難所主要有，在礦井巷道種類型永久性固定避難所、臨時(shí)性固定避難所、可移動(dòng)式救生艙。

目前國(guó)內(nèi)臨時(shí)避難硐室多為磚混結(jié)構(gòu)，通過(guò)在巷幫擴(kuò)硐室再用磚石或混凝土澆筑等形式構(gòu)筑，施工運(yùn)輸工程量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工難度大，受工作面推進(jìn)及深部礦壓影響，磚混式墻體易變形、損壞，避難硐室后期維護(hù)工程量大，反復(fù)施工。

新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施整體由組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施及配套硐室組成。組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施為箱式鋼結(jié)構(gòu)拼接而成，在滿足臨時(shí)避難硐室強(qiáng)度、規(guī)格等要求的基礎(chǔ)上便于運(yùn)輸、安裝和拆除。該設(shè)計(jì)投入使用后不受礦壓巷道變形影響，設(shè)備無(wú)變形，無(wú)需后期維護(hù)投入，且可反復(fù)拆卸，重復(fù)使用，節(jié)省了大量材料和人力支出，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。新型臨時(shí)避難設(shè)施結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 新型臨時(shí)避難設(shè)施結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Newtemporary refuge facility structure

3 實(shí)施效果

目前該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施已先后在東龐礦2616、2601、21110、21215、21221、21218、6201 等采掘工作面推廣應(yīng)用。新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施施工運(yùn)輸工程量由原來(lái)的100 多車縮短為4 車，建設(shè)周期由原來(lái)的近1 個(gè)月縮短為2 個(gè)工作日，施工難度和施工周期大幅度降低，效果顯著。

同時(shí)，新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施使用期間有效的避免了原磚混式避難硐室受硐室圍巖變形影響造成的硐室損壞、反復(fù)維修等難題，大大降低了使用成本。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

原磚混結(jié)構(gòu)臨時(shí)避難硐室建設(shè)費(fèi)用見(jiàn)表1。

表1 原磚混結(jié)構(gòu)臨時(shí)避難硐室建設(shè)費(fèi)用Table 1 Construction cost of temporary refuge chamber of original brick-concrete structure

考慮到磚混式臨時(shí)避難硐室易受采動(dòng)、圍巖壓力影響易變形損壞，特別是深部地區(qū)壓力大，需多次整修，甚至重新施工，按20%整修、重建備用費(fèi)計(jì)算，單個(gè)磚混式臨時(shí)避難硐室總成本約為17.3萬(wàn)元。

組合式臨時(shí)避難硐室建設(shè)費(fèi)用見(jiàn)表2。

表2 組合式臨時(shí)避難硐室建設(shè)費(fèi)用Table 2 Construction cost of combined temporary refuge chamber

綜上所述，臨時(shí)避難硐室改造后，每個(gè)預(yù)計(jì)可直接節(jié)省費(fèi)用17.3-4.46=12.84 萬(wàn)元。

東龐礦每年完成煤巷進(jìn)尺10 000 m 左右，平均按每450 m 施工1 個(gè)，預(yù)計(jì)年需施工臨時(shí)避難硐室23 個(gè)，考慮到新型組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施可重復(fù)利用4～5 次，單個(gè)工作面使用時(shí)長(zhǎng)平均約8 個(gè)月，每加工一批組合式臨時(shí)避難硐室可重復(fù)使用4.5×8÷12=3 a。

第一年復(fù)用率為（12-8） /12=33.3%，第一年預(yù)計(jì)可節(jié)省支出23×66.7%×12.84+23×33.3%×17.3=329.5 萬(wàn)元。

第二年、第三年均可采用回收復(fù)用的組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施，無(wú)需其它費(fèi)用投入，預(yù)計(jì)可分別節(jié)省支出23×17.3=397.9 萬(wàn)元。

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施3 a 可節(jié)省支出1 125.3 萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，新型組合式臨時(shí)避難硐室具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該項(xiàng)目的成功應(yīng)用，既解決了現(xiàn)有磚混式臨時(shí)避難硐室存在的一系列不足，又實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施安全、快速、高效、實(shí)用等優(yōu)勢(shì)，提升了礦井的安全系數(shù)。硐室采用梯形硐室，兩幫與巷幫呈135°夾角，設(shè)施與巷幫留有一定通風(fēng)空間，避免了磚混式密閉空間易發(fā)生通風(fēng)不暢、瓦斯積聚、超限的現(xiàn)象，具有良好的安全效益。

5 結(jié)論

目前，組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施已先后在東龐礦2616、2601、21110、21215、21221、21218、6201等采掘工作面推廣應(yīng)用，取得了顯著的效果。對(duì)比其它同類型產(chǎn)品，新型組合式臨時(shí)避難硐室有效的避免了磚混式臨時(shí)避難硐室存在的一系列不足，同時(shí)具有明顯的經(jīng)濟(jì)和安全效益，為同行業(yè)臨時(shí)避難硐室的發(fā)展提供了新的思路，應(yīng)用前景十分廣闊。

（1） 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的可拆卸組合式臨時(shí)避難設(shè)施，將原磚混式臨時(shí)避難硐室分為硐室和組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施兩部分。組合式臨時(shí)避險(xiǎn)設(shè)施采用鋼板分塊組合拼裝式設(shè)計(jì)，與硐室本體分離開(kāi)來(lái)，便于井下運(yùn)輸和安裝，同時(shí)具有可拆卸，反復(fù)使用的優(yōu)勢(shì)。

（2） 該設(shè)施施工材質(zhì)由原混凝土磚石改為鋼構(gòu)件后，井下運(yùn)輸工程量由原來(lái)的100 多車縮短為4 車，建設(shè)周期由原來(lái)的1 個(gè)月縮短為2 個(gè)工作日。相比傳統(tǒng)的井下磚混式臨時(shí)避難硐室，新型組合式臨時(shí)避難硐室施工更為簡(jiǎn)潔、高效，施工難度和施工周期大幅度降低。

（3） 將臨時(shí)避難硐室的硐室本體設(shè)計(jì)為梯形結(jié)構(gòu)，兩幫與巷幫呈135°夾角，設(shè)施與巷幫留有一定通風(fēng)空間，避免了磚混式密閉空間易發(fā)生通風(fēng)不暢、瓦斯積聚、超限的隱患。