小矿初设“六大系统”

13安全避险“六大系统”

13.1 监测监控系统

13.1.1 有毒有害气体监（检）测

地下矿山环境有害气体主要有一氧化碳、二氧化氮、硫化氢、二氧化硫等，监（检）测系统主要是对上述气体的浓度进行监测和检测。 13.1.1 有毒气体检测仪购置设计

由于矿山的生产规模较小，井下同时作业人数较少，矿山的经济条件有限，因此不进行有毒有害气体的在线监测，购买足够数量的便携式气体检测报警仪即可。

矿体中不含硫，井下气体含有硫化氢和二氧化硫的浓度不会高，因此对上述两种气体不再设置专门的传感器进行监测。井下采矿和掘进爆破使用的是乳化炸药，炮烟中的一氧化碳的含量要高于二氧化氮，设计选择购置一氧化碳检测仪进行气体浓度测量，不再另外设置二氧化氮气体检测仪。

根据前述，设计购置一氧化碳检测仪60台，在采场内作业的人员最少要有一半的人随身携带。独头作业面的人员必须每个人随身携带。一氧化碳检测仪的报警设置浓度为24ppm，当超过此浓度时能够发出警报，人员能够即使识别并撤离。

一氧化碳检测仪选购的产品均要有矿用产品安全标识。

13.1.2 通风检测系统

13.1.2.1 风速、风压传感器设置

风速传感器安装在采场的入风天井内，传感器的设置值根据安全规程要求采场内风速值确定，风速传感器下限设置值为0.5m/s，上限设置值为8m/s，当风速低于下限高于上限值时，运输巷道和地表监控室内的报警控制器即能发出报警信号。

在主扇风道安装风速和风压传感器，风速传感器下限设置为2.9m/s，上限设置为15m/s，风压值按照初步设计的计算值下限设置为100Pa，上限设置为500Pa，

取压处距离风机出口2m，并在地表监控室安装声光报警器，实时对矿井的总风量和总风压进行监控。 13.1.2.2 传感器安装

风速传感器出厂时一般已设置好了参数，接线完成后，即可通电。在无风状态，风速显示为零，然后对准探头进风口吹风，本机即刻显示一定风速。

安装时，把测量探头牢固地安装在测量位置，不能晃动，注意探头进风方向，有圆柱体侧为进风口。仪表可悬挂在附近，接入电源及输出线。

风压传感器按照厂家购买的设备说明进行安装。 13.1.2.3 风速传感器设备选择

根据《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》要求：主要通风机、辅助通风机、局部通风机应安装开停传感器。

因此在矿山的主通风机以及采场爆破后的局部通风机，采准作业的独头巷道局部通风机上安装风机开停传感器。

传感器的接口和传输线路利用监测监控系统即可将采集的信号传输到地表监控室。

设备推荐型号为GKT5设备开停传感器，矿山根据需求进行选购，安装方法参照说明书。

13.1.3 地压监测系统

《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》中要求：

（1）对于在需要保护的建筑物、构筑物、铁路、水体下面开采的地下矿山，应进行地压或变形监测，并应对地表沉降进行监测。

（2）存在大面积采空区、工程地质复杂、有严重地压活动的地下矿山，应进行地压监测。 13.1.3.1 地表移动监测

（1）监测点及基准点

从现场环境看，地表需要保护的建构物，主要是一些房屋；矿体开采时可能会出现地表塌陷。因此要设置地表沉降及位移监测点，进行变形监测。

按照初步设计中圈定的移动范围设置监测点8个，基准点4个。 （2）地表监测点的埋设

基准点与监测点均采用混凝土浇灌，对埋点的基本要求是：便于进行高程与平面测量，能够可靠保存，并和土石牢固结合。

埋点时，如地面为土层，先挖一直径0.3m、深度不小于1.0m的坑，将直径不小于的钢筋放入坑内再浇灌混凝土，浇灌深度不小于0.8m，钢筋顶端应刻一十字丝，以便于十字中心对点观测。

（3）观测方法

选用矿区的两个E级GPS控制点作为基准点，定期进行对上述4个工作基点进行联测，作业时通过三角高程测量将工作基点的平面坐标和高程引测到各个监测点上，得到监测点的平面坐标和高程。根据监测点各个观测周期所测得数据之差即可知道监测点的相对位移变化量。

（4）监测方法及监测周期

水平位移观测方法：4个工作基点通过GPS引用矿区两个E级控制点进行联测，每个工作基点观测两个时段，每个时段为60分钟，最终工作基点的平面坐标取两次观测的平均值。变形监测采用全站仪进行测量，在各个工作基点上设站，采用极坐标方法取得监测点的坐标和高程值，并测算工作点到监测点的距离，必要时通过支点进行观测。不同周期测量监测的水平位移的相对变化值，初始值的测量读取应进行2-3次的校核，以确保其准确性。

（5）沉降观测方法

由于矿区的地势高低水平，起伏比较大，水准测量的工作大，因而工作基点和监测点的高程采用三角高程测量方法，工作基点的高程也是和E级控制点引测得到，各个监测点的高程利用工作基点的高程，采用三角高程测量的方法进行变形监测点的沉降观测。全站仪测站和监测点之间的距离保持在50m之内，避免大气影响，取数时要进行2～3次的校核。

在监测点埋设7天后进行第一次观测，日常观测周期可参考以下建议。

（a）沉降位移观测周期

沉降速度（mm/d） ＞0.3 0.1～0.3 0.05～0.1 观测周期（月） 0.5 1 3 沉降速度（mm/d） 0.02～0.05 0.01～0.02 ＜0.01 观测周期（月） 6 12 停止 （b）水平位移监测周期

水平位移观测周期在地表比较稳固的区域可与沉降观测协调考虑确定，或根据实际的变形情况和工作进展确定。

一般的监测周期如下： 1）沉降观测每月进行一次； 2）水平移动测量每月进行一次； 3）工作基点每半年进行一次校核。 （6）监测成果整理

对每次观测都要做详细记录，包括各点坐标、各点高程及测量情况简要说明。 定期对观测成果进行整理，然后按地表变形有关公式计算点位下沉量、倾斜与曲率、水平移动、水平变形指标，并逐渐形成地表变形的监测数据库，根据各监测点的变形值绘制各种变形曲线。以便明确及时地分析地表变形特征和发展趋势等。

13.1.3.2 地压监测系统

矿山最大开采深度不足300m，生产中采用废石充填采空区，不存在明显的地压活动，因此不再设置地压监测系统。

13.1.4 视频监测系统

矿山需在井口、提升绞车房、各中段马头门、水仓、井底水窝等处安装摄像头，并将所有摄像头的数据传输到总控制室，实现对上述地段的视频监控。

视频监控选用的设备仪器均要有矿用安全标识。

13.2 人员定位系统

13.2.1 设计说明

根据《金属非金属地下矿山人员定位系统建设规范》（AQ2032-2011）建设要求，井下最多同时作业人数不少于30人的金属非金属地下矿山应建立完善人

员定位系统；井下最多同时作业人数少于30人的金属非金属地下矿山应建立完善人员出入井信息管理制度，准确掌握井下各个区域作业人员的数量。

矿山井下单班最大作业人数为23人，因此不再建设人员定位系统，只建设人员出入井信息管理系统即可。

13.2.2 人员出入井信息管理设计

矿山设立电子刷卡的人员出入井管理系统，在井口电子显示屏上可实时显示井下作业人员姓名。卡片内存储个人基本信息，包括卡号、姓名、身份证号码、出生年月、职务或工种、所在班组；系统能够记录并存储人员出入井总数、个人下井工作时间及出入井时刻信息；具有统计信息功能，主要包括月下井次数、时间等；系统要具有信息存储、显示、统计、打印等功能。

13.2.3 维护与管理

（1）应指定人员负责管理系统的日常检查与维护工作。 （2）卡片的发放及信息变更应由专人负责管理。

（3）应定期对信息管理系统进行检查，发现故障及时处理。在故障期间，若影响到对井下人员的记录，应进行人工记录。

（4）应每3个月对人员信息管理系统信息资料、数据进行备份，备份数据应保存6个月以上。

（5）相关图纸、技术资料应归档保存。

13.3 压风自救系统

13.3.1 压风自救系统的构成

压风自救系统用于井下发生事故时，井下被困的工作人员避灾自救。系统由空气压缩机、井下压风管路和固定式的自救器组成。

自救器由管路、开关、送风器、口鼻罩等组成，要求自救器具有减压、流量调节、空气净化、消除噪音的功能，能为避灾人员创造完全的避难条件等功能，而且要结构合理，采用口鼻罩供风，使得避灾人员能够随时观察到灾情。

13.3.2 压风系统设计原则

根据相关要求，压风自救系统主要考虑以下几个方面：

（1）压风自救系统尽量与生产压风系统共用，一方面能够减少矿方的投资，另一方面简化井下管道的布置，不影响井下通车行人及正常生产；

（2）空气压缩机应安装在地面，并能在10min 内启动。空气压缩机安装在地面难以保证对井下作业地点有效供风时，可以安装在风源质量不受生产作业区域影响且围岩稳固、支护良好的井下地点；

（3）压风管道需要具有一定的强度，能够在灾害发生时不易被破坏，需要采用钢质材料或其它具有同等强度的阻燃材料；

（4）压风管道敷设应牢固平直，并延伸到井下采掘作业场所、爆破时撤离人员集中地点等主要地点；

（5）各主要生产水平（中段、分段）进风巷及主要运输巷每隔300m 安设一组三通及阀门；

（6）独头掘进巷道距掘进工作面不大于100m 处安装一组三通及阀门，向外每隔300m 安设一组三通及阀门；

（7）主要硐室（变电所、泵房等）及爆破时撤离人员集中地点的压风管道上应设置一组三通及阀门；

（8）在主送气管路中要安装油水分离器。在供气管路进入与自救装置连接处，要加装阀门，后边接着安装油水分离器。

13.3.3 供气量和空压机选择

13.3.3.1 需风量计算

井下紧急状态下最大需风量（Qmax）按下式进行计算：

Qmax?K(N1?N2)q1?KN2q2

（19-1）

式中：K——漏风系数，管网总长度小于1km，取1.1；总长度1.0~2.0km，取1.15；总长度大于2km，取1.2；

N1——井下单班最多工作人数，人；

q1——井下紧急状态下每人需要的新鲜风量，取300L/min； N2——井下避灾硐室内人数，人；

q2——井下紧急状态下避灾硐室内每人需要的新鲜风量，取300L/min。

单班作业人员最多时为23人，同时考虑到各单位、机关、外来人员入井，每班总下井人数最多为30人左右。矿山不设置避灾硐室。因此根据式（19-1）可以计算出整个井下的最大需风量为：

Qmax?1.1?30?300?9900L/min?9.9m/min3

13.3.4 设备选型

本次设计，建设有地面空压机站，共有3 台20m3/min的空压机，由于紧急情况下，井下的最大需风量为9.9m3/min，因此只需要开启1台空压机即可满足供风要求，因此矿山不需另外配备空气压缩机。

1）主供风管管径计算

虽然随着矿井开拓工作的进行，井下采掘工作面及生产水平都会发生变化，各水平的工作人数也在发生变化，但是井下总人数基本保持不变，因此井下总风量仍然可以按照井下总人数为30人计算，由此，平硐内主供风管管径（内径，下同）可按下式计算：

d?146Q1v0 （19-2）

式中：d——压气管内径，mm；

v0——压气管内压缩空气流速，一般为5~10 m/s； Q1——平均压力P1 状态下，压缩空气流量m3/min。

Q1?Q0P0P1 （19-3）

式中：Q0——常温（20℃）、常压（0.1MPa）状态下管道计算流量，m3/min； P0——吸气状态的大气压，MPa；

P1——压气管道内空气的平均压力，一般为0.3~0.9MPa。 取v0=5 m/s，P1=0.6MPa，则主管管径为：

d?1469.9?0.10.6?5?83.87mm

根据矿山的实际情况，其平硐内主供风管道为D127×5无缝钢管，满足设计要求。

2）各中段干管及支管管径计算

考虑到日后各中段同时工作人数基本不变化，因此各中段的管径的选择仍然要基于目前的最大工作人数。由此，按照式（19-2）和式（19-3），矿山各中段干管及需风点支管管径选用Φ90×3.5无缝钢管。

13.3.5 使用和维护

（1）应指定人员负责压风自救系统的日常检查与维护工作。压风自救系统不得存在无气、漏气或自救装置损害。

（2）应绘制压风自救系统布置图，并根据井下实际情况的变化及时更新。布置图应标明压风自救装置、三通及阀门的位置，以及压风管道的走向等。

（3）应定期对压风自救系统进行巡视和检查，发现故障及时处理。 （4）应配备足够的备件，确保压风自救系统正常使用。

（5）应根据各类事故灾害特点，将压风自救系统的使用纳入相应事故应急预案中，并对入井人员进行压风自救系统使用的培训，确保每位入井人员都能正确使用。井下发生紧急事故时，避险工人应立刻跑至压风自救装置处，打开自救装置开关，按照设备使用方法进行避险。

（6）相关图纸、技术资料应归档保存。

13.4 供水施救系统

13.4.1 供水施救系统的组成

供水施救系统是为了应对灾变期间，对采掘作业场所、避灾硐室或救生舱等人员集中、避险的地点供水施救，能够随时开启，提供应急时的生活饮用水。

该系统由生活用水水源、供水管路、三通、供水接头、控制阀门、检修阀门、过滤装置及监测供水管网系统等其它必要设备组成。

13.4.2 水源和水量

13.4.2.1 施救水源

采用自来水供水。

13.4.2.2 施救水量

矿山正常生产时，井下最大班作业人员为23人，按照相关标准每人每天所需的水量为3L，备用系数选择1.2.计算井下施救时，一天最大的需水量为：

Qmax = K×N×q =1.2×23×3= 82.8L。 K — 备用系数；

N — 井下作业当班最大人数； q — 单人每天所需水量。

按照上述计算井下应急救援时需水量约为0.0828m3/d。

由于采用自来水方式供水，可以随时补充水量，因此供水量可以保证。

13.4.3 供水管网及供水方式

供水施救水源采用汽车送水或自来水，静压供水，单独布置供水施救管线，在竖井井口附近+300m标高设供水施救的水箱，采用DN25水管沿竖井给各中段供水。

13.4.4 安装要求

（1）安装位置应尽可能接近工作场地，保证井下工作人员在发生灾害时有足够的时间进入并开启施救装置，真正起到救灾防护的作用。

（2）宜考虑在供水施救就地供水。

（3）供水管道阀门高度：距巷道底板一般1.2-1.5m。 （4）供水施救管路中段、牢固。

（5）对容易受机械冲击地段，应设置防护挡板，避免冲击。

（6）水管在巷道中敷设时，应避开巷道水沟，尽可能采取高位敷设，防止矿井水的腐蚀。

（7）供水施救部件齐全完好，阀门手柄方向一致，且与主管平行。 （8）采掘工作面的供水管可随着采掘工作的结束而撤除。 （9）随掘进工作面得开拓，及时铺设供水管路。 （10）供水水管外表涂成绿色以方便识别。

13.4.5 调试、使用

安装完成后，要进行供水和调试，并进行全面的质量检查。

（1）按照要求安装后，要检查各连接部件是否牢固可靠，连接外的密封是否严密，管路有无跑、冒、滴、漏等现象，开关把手是否灵活可靠，位置方向是否正确，如有错误要及时纠正。

（2）确认安装无误后进行调试，供水后开启水压、流速是否达到要求。 （3）当井下发生冒顶或爆炸后，工作人员被隔离在某个区域内，则就近找到供水施救装置进行饮水，等到就在人员。

13.5 紧急避险系统

13.5.1 紧急避险系统的组成

金属非金属地下矿山应建设完善紧急避险系统，并随井下生产系统的变化及时调整。紧急避险系统建设的内容包括：为入井人员提供自救器、建设紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案等。

13.5.2 自救器选择

根据《金属非金属地下矿山紧急避险系统建设规范》（AQ2033-2011）的要求：入井人员需配备额定防护时间不少于30min 的自救器。

设计采用ZY30隔绝式压缩氧自救器，该自救器主要在矿井或其它环境空气发生有害气体污染或缺氧窒息性灾害时，现场人员及时佩戴，保证人员正常呼吸并逃离灾区。该自救器正常工作时间能保持30min，是目前矿山企业普遍采用的自救器材。自救器要求下井人员随身携带，并会熟练使用。

根据初步设计，全矿在册人员110，其中从事井下作业人数为90人。按入井总人数的10%配备备用自救器，需配备自救器90×1.1=99台。

13.5.3 紧急避险系统设计

紧急避险设施的设置应遵守以下要求：

——水文地质条件中等及复杂或有透水风险的地下矿山，应至少在最低生产中段设置紧急避险设施；

——生产中段在地面最低安全出口以下垂直距离超过300m的矿山，应在最低生产中段设置紧急避险设施；

——距中段安全出口实际距离超过2000m的生产中段，应设置紧急避险设施；

——应优先选择避灾硐室。 矿山水文地质属中等类型。

矿山最低生产中段为+190m，井口地表标高为+290m左右，最低生产中段距离地面最低安全出口的垂直距离仅100m。

各生产中段安全出口实际距离小于2000m。

因此，矿山根据规范可以不设置避灾硐室。灾变发生时，人员根据避险标识和避灾线路，直接逃至地表。

13.5.4 避险标识

在各个巷道中应安装反光避险线路指示标识，为遇险人员指明逃生路线。避险指示标识每隔20m设置一个，在巷道交叉点应明确安全出口方向。

13.6 通信联络系统

13.6.1 设计说明

考虑到矿山生产系统较为简单，井下巷道不复杂，矿山的经济承受能力有限，通信联络系统设计建设完善的有线通信联络系统，作为生产调度和应急救援使用。

13.6.2 有线通信联络系统

通信线缆分为两条，一条沿竖井敷设，一条回风平硐敷设，两条线路独立，保证一条损坏时，另一条能够继续工作。

设计在办公室、值班室、各阶段马头门信号室、水泵房、主通风机房、井底车场、爆破时撤离人员集中地等处安装有线电话。

13.6.3 设备具备的功能

目前有线通信联络系统技术已经很成熟，矿山安装时只需购置具有以下功能的设备即可。

（1）终端设备与控制中心之间的双向语音且无阻塞通信功能。

（2）由控制中心发起的组呼、全呼、选呼、强拆、强插、紧呼及监听功能。 （3）由终端设备向控制中心发起的紧急呼叫功能。 （4）能够显示发起通信的终端设备的位置。 （5）能够储存备份通信历史记录并可进行查询。 （6）自动或手动启动的录音功能。 （7）终端设备之间通信联络的功能。

13.6.4 安装要求

（1）严禁利用大地作为井下通信线路的回路。

（2）终端设备应设置在便于使用且围岩稳固、支护良好、无淋水的位置。 （3）通信联络系统的配套设备应符合相关标准规定，纳入安全标志管理的应取得矿用产品安全标志。

（4）应按GB14161-2008的要求，对通信联络系统的设备设施作好标识、标志。

（5）通信联络系统建设完毕，经验收合格后方可投入使用。

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