[01127753]井下水灾防护型安全避险设备设施与生命保障关键技术

我国是矿山水害的高发地区,随着矿山开采深度和开采空间尺度不断扩展延伸,水文地质条件进一步复杂,矿井水害突发性增强,水害威胁也进一步加大。据近年数据统计,煤矿领域透水事故的发生频次位列第四,成为仅次于顶板、瓦斯和运输事故的第四大煤矿事故;非煤矿山领域的透水事故为三大典型事故之一,在重大事故数量和死亡人数中占据的比例更是居于首位。透水后,涌水迅速充满巷道,淹没矿井,井下作业人员难有充足的撤离时间,只能逃往地势较高的区域等待外部救援,目标分散,难以定位;另一方面,矿井涌水量、水文地质条件和外部气候环境等诸多因素,给救援工作带来客观阻力,影响救援进度。因此,为被困井下的矿工提供生存场所,保障其生命健康,从而为救援赢得充足时间,是亟待解决的重要问题。 目前国内安全避险设施与装备主要针对的是煤矿瓦斯突出、火灾、爆炸等事故,与爆炸冲击波、火灾高温相比,外部水压的存在对安全避险设施全程防护性能、装备独立性和可靠性提出了更高、更严苛的要求,不仅需要考虑服役期间其他类型灾害对安全避险设施防水承压性能的耦合影响,还需要考虑外部水压条件下设施内部气压控制、防排水措施、微量气体控制等诸多问题。 本项目围绕水压条件下避险设施外部防护体系、无源条件下密闭空间生命保障技术、防水型安全避险设施检验检测平台进行了系统研究及应用,形成了“一个平台两类设施三项关键技术”为主体的创新成果,为推进井下安全避险设施建设、完善矿井应急救援体系、保障矿工生命安全提供了重要技术保障,对进一步改善我国矿山安全生产现状、提升整体灾害防护和应急管理水平等具有现实而广泛的科学应用价值。 项目的主要创新成果如下： （1）防水型可移动式救生舱防护关键技术及性能检测方法 自主研发了分段式防水型矿用可移动式救生舱,构建了集防火防水耐高温多种功能于一体的救生舱防护结构,研究并建立了舱内外气、水平衡模型,解决了外部水压条件下内部压力平衡等问题。研发了救生舱耐水压性能检测装备,提出了救生舱耐水压检测实验流程标准,首次完成了防水型矿用可移动式救生舱耐水压检测实验。 （2）防水型避难硐室防护关键技术 研究了矿山地质环境、多发事故等复杂因素对避难硐室防水结构的耦合影响,揭示了服役期防水性能劣化规律,首次提出了防水型避难硐室的抗渗设计原则和灾后维护方法,自主研发了水压条件下保持避难硐室内部气压平衡的技术措施。首次开展了全尺寸避难硐室气幕阻隔模型实验,揭示了不同类型气幕的有害气体阻隔机理。建设了防水型避难硐室现场示范工程。 （3）井下无源避险空间生命保障关键技术 研究并建立了化学氧源（超氧化钾和氯酸盐）的反应动力学模型,揭示了化学氧引起的避险空间内部空气传热传质规律,科学归纳并提出了化学氧使用方案。研究并揭示了蓄冰空调全过程换热特性,提出了蓄冰空调最低循环风量和蓄冰量备用系数工程算式。自主研发了新型空气再生装置、紧急避险空间专用氧烛供氧系统、多驱动方式空气净化装置及新型二氧化碳吸附剂等多种新装备,系统提高了生命保障装备独立性和可靠性,解决了无源条件下避险空间生存环境保障问题。 （4）矿山安全监测与紧急避险一体化信息平台 基于安全避险设施,开发了监测与避险一体化信息平台,成果在多个矿山企业推广应用情况良好。 上述研究成果形成了包括技术、方法和装备的理论与实践体系,填补了该领域的技术空白,共获得4项发明专利授权,2项实用新型专利授权,在国内外学术期刊发表相关论文56篇（其中SCI期刊检索6篇,EI期刊检索25篇,中文核心25篇）。项目研究成果已在山东黄金、中煤集团等矿井推广应用,形成了两个以上示范工程,相关技术通过了原国家安全监管总局、中国职业安全健康协会等单位组织的验收或技术鉴定,专家鉴定认为达到国际先进水平。项目研究成果可持续改进,推广应用于煤矿、金属非金属矿山等领域,社会与经济效益巨大。