承德隆泰矿业有限公司
井下安全避险系统
设
计
方
案
二○一二年一月
承德隆泰矿业有限公司
井下安全避险系统设计方案
设 计： 总工程师： 经 理：
二○一二年一月
目 录
第一章 矿井基本概况 ...................................................................................... 1
第一节 井田概况 . ....................................................................................... 1
一、地理概况 . ....................................................................................... 1
二、矿井设计概况 . ............................................................................... 1
第二节 矿井安全条件 . ............................................................................... 1
一、矿井涌水量预计 . ........................................................................... 1
二、瓦斯及其它安全条件 . ................................................................... 3
第二章 矿井安全设施现状 . ............................................................................... 4
一、监测监控系统 . ............................................................................... 4
二、井下人员定位系统 . ....................................................................... 4
三、压风自救系统 . ............................................................................... 5
四、供水施救系统 . ............................................................................... 5
五、通信联络系统 . ............................................................................... 5
六、井下紧急避险系统 . ....................................................................... 5
第三章 井下紧急避险硐室设计方案 . ............................................................... 5
第一节 井下灾害类型 . ............................................................................... 5
第二节 井下避灾硐室的确定 . ................................................................... 6
一、井下采掘概况 . ............................................................................... 6
二、井下避灾硐室设计方案的确定 . ................................................... 7
三、井巷（硐室）工程量 . ................................................................. 10
四、工期 . ............................................................................................. 10
第一章 矿井基本概况
第一节 井田概况
一、地理概况
承德隆泰矿业有限公司（原兴隆矿务局汪庄煤矿）位于河北省承德市鹰手营子矿区96°方位，直距4.3km ，矿区属于兴隆煤田的汪庄井田，矿区中心地理坐标为:东经117°42′20" ，北纬40°32′25" 。矿区北距承德市直线距54km ，西南距北京169km ，京承铁路横贯本区，矿内有铁路专用线与之相通。直通北京、天津、承德等地的112线从矿区北部通过，交通十分便利。
二、矿井设计概况
承德隆泰矿业有限公司（原兴隆矿务局汪庄煤矿），1955年4月由沈阳煤矿设计院提出《兴隆火神庙竖井初步设计》，1957年开工建设，1959年11月20日正式投产。矿井采用竖井单水平上下山开采方式开采，矿井设计生产能力45万t/年。1979年火神庙竖井由原设计单水平上下山开拓方式改为分水平石门开拓方式，即从竖井东翼大巷做下山延深至二水平（+270m），1980年开始兴隆煤矿开始延深竖井至二水平（+270m），兴隆矿务局编制了《河北省兴隆矿务局汪庄煤矿竖井改扩建初步设计》，至1987年7月开掘张庄斜井，形成东斜井2441采区开拓系统。由于矿井资源严重枯竭，2006年核定矿井生产能力42万t/年。2011年计划产煤25万吨。
第二节 矿井安全条件
一、矿井涌水量预计
矿区属燕山山地水文地质分区柳河水系，低山裂隙亚区。地貌形态属低山区，海拔880m —480m ，相对高差400m ，地表水不发育，仅雨季有暂时性洪流。
㈠主要含水层特征
该区主要含水层为第四系冲积层、茂山层含水层。
第四系冲积层由山麓堆积及河床冲积而成，由砾石、砂和黄土组成，一般厚
度5-15m ，第四系冲积层潜水主要存在于第四系疏松沉积物的孔隙中，主要受大气降水补给，随季节性变化显著，雨季潜水量大，旱季则小，正常单位涌水量0.885L/s·m 。
茂山含水层主要由细砂岩、粉砂岩以及含砾粗砂岩组成，该层胶结物大部松散，易风化成碎块或粉状，风化裂隙发育，裂隙发育程度与埋藏深度有关，越接近地表，裂隙越发育，富水性越强，该层浅部与第四系冲击层有水力联系，主要接受第四系含水层的补给。
㈡矿井充水水源及其影响因素
1. 大气降水
大气降水是矿井主要补给来源，其对矿井充水的影响主要表现在以下几个方面：
⑴矿井涌水量的大小具有季节性变化的特征，雨季矿井涌水量大，旱季则小。 ⑵矿井涌水量的大小跟降水强度和持续时间有关，倾盆大雨易于排泄，绵绵细雨则有利于渗入井下。
⑶开采深度距地表愈近，降水对矿井充水的影响愈大。巷道距地表愈浅，降水对矿井的影响也愈快，影响程度也愈大，当导水裂隙带达地表时，这种影响尤为明显。
⑷汪庄井田南、北部均为高山，中部形成盆地，地表坡度较大，易于降水的排泄。
㈢矿井涌水量大小及变化
矿井涌水量大小主要受大气降水的影响，同时与地表塌陷裂缝及开采深度有关，雨季涌水量较大，旱季则小，开采浅部造成大量地表塌陷裂缝，矿井涌水量较大。矿井正常涌水量180-220m /h，最大涌水量为1062m /h。
综上所述，大气降水与地表水系，为本区主要充水水源，老窑积水及矿井采空区水是主要威胁矿井安全生产的直接水害。
2010年河北理工大学为该矿编制《矿井水文地质类型划分报告》，经专家组评审该矿水文地质类型为中等。 33
二、瓦斯及其它安全条件
㈠瓦斯
2010年度瓦斯鉴定，绝对瓦斯涌出量6.81m 3/min，相对瓦斯涌出量14.45m 3/t；二氧化碳绝对涌出量2.49m 3/min，相对涌出量5.28m 3/t，鉴定等级为高瓦斯矿井。
㈡煤尘爆炸性
煤尘爆炸指数为32.18%～56.13%。
㈢煤的自燃倾向
自然发火期为18～24个月，为自燃煤层，煤层自燃等级为Ⅱ级。
煤层顶、底板条件
4号煤：直接顶板为粘土质细砂岩，厚3-6m ，局部地段遭到冲刷，老顶为中粗粒砂岩，其抗压强度26.71MPa ，易冒落；直接底板为粘土岩，厚2m ，老底为细砂岩，岩石性脆易破碎，易夹住钻杆，底板坚硬，不易发生底鼓现象。四层煤的顶板类型属于易冒落的顶板。
6号煤：直接顶板为粉砂岩，即喇嘛沟组，厚10m 左右，老顶为细砂岩，其直接顶板抗压强度48.22MPa ，属中等冒落的顶板，老顶较稳定不易冒落；直接底为粘土岩，厚2m 左右，植物碎屑化石多见，沉积较稳定，坚硬、性脆易滑落，吸湿性弱不易发生底鼓，老底为中粗粒砂岩。根据顶板岩层的强度和垮落性，六层煤的顶板类型属于中等冒落的顶板。
煤层
4号煤：为本井田主要可采煤层，赋存于二迭系荒神山组的上部，四层煤与上部三层煤层间距25m 左右，与下部的五层煤层间距5m ，四层煤沉积稳定。走向近东西，倾向南，煤层倾角10～45°，平均25°左右。煤层厚度1.58-20.3m ，平均厚度9.92m ，结构复杂。距煤层底板2m 处，有一层黑色的粘土岩，厚1.5m 左右，俗称底夹石，较稳定，以此粘土岩为标志层将四层煤分成夹石上和夹石下两部分。夹石上的煤层内含夹石6-8层，接近煤层顶板部位有一层厚1.0m 左右的炭质页岩，俗称顶夹石，是回采顶分层煤的对比标志层；底夹石以下的煤层结构简单。四层煤的直接顶板为粘土质细砂岩，厚3-6m ，老顶为中粗粒砂岩，直
接底板为粘土岩，厚2m ，老底为细砂岩。
6号煤：为本井田次主要可采煤层、赋存于石炭系太原群张家庄组的上部，六层煤与上部的四层煤层间距平均32m 左右，与下部的七层煤层间距6m 左右，六层煤原始沉积稳定，走向近东西，倾向南，煤层倾角10～60°，平均25°左右，一般厚度0-9.23m ，平均厚度2.29m 。受后期构造破坏严重，结构简单。六层煤的直接顶板为粉砂岩，厚10m 左右，老顶为细砂岩，直接底为粘土岩，厚2m ，老底为中粗粒砂岩。
第二章 矿井安全设施现状
矿井安全设施已基本建成，矿井“六大”系统除紧急避险系统尚未建设外，其余“五大系统”（监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通信联络）均已建成，投入使用的矿井“六大系统”建设进展情况如下：
一、监测监控系统
矿井装备KJ101N 型安全监测系统，根据《煤矿安全监控系统及检验仪器使用管理规范》要求，该系统于2008年升级。升级后的安全监测监控系统增加了监测探头的种类和监测范围。井下所有掘、开工作面均安装了甲烷断电仪，实现“三专两闭锁”。回采工作面安装了甲烷、温度、一氧化碳传感器，实现了“瓦斯电”闭锁。掘进工作面安装了甲烷传感器，实现了“瓦斯电”“风电”闭锁。煤仓安设了瓦斯传感器，机电硐室安装了温度传感器。截止目前, 井下、井上有关地点已经配齐配足瓦斯、温度、一氧化碳、风速、负压、开停、烟雾等各类传感器；所有传感器数据均能传输到地面计算机。在地面可以随时查看井下各地点实时监测的风流中瓦斯情况。
建立了监测系统管理机构，明确了各部分职责，制定了瓦斯超限处理程序、传感器校验规定、监测中心站人员职责、现场安全监测设备使用规定等制度。
二、井下人员定位系统
矿井装备的KJ106型井下人员定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反映到地面计算机系统，随时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况；系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运
动轨迹。
三、压风自救系统
隆泰公司压风系统由地面固定压风机房向井底车场、变电所、各采区工作面等供风。压风机房压风机更换为两台DLG-220型单螺杆压风机，排气量：40m 3/min排气压力：0.6Mpa ；电机功率220kW ，一台使用、一台备用。压风管路采用钢管Φ108mm, 直接经副井井筒至井底车场。
四、供水施救系统
矿井有完善的防尘供水系统，地面建有300m 3消防水池一个，水池水源一路来自自来水，另一路水源由井下抽至地面，经过滤处理后注入水池，可通过控制阀进行转化，供井下施救。主干供水管路直接为φ82mm ，采区、工作面供水管路直径为φ50mm 。主要轨道运输大巷每100m 设置一个三通阀门。
五、通信联络系统
隆泰矿业公司新安装一台JSY2000-06d(M)型调度通信系统。本矿通信联络系统通讯范围涉及井下各采、掘、开工作面及固定位置值班电话，井上各生产、辅助、地面单位值班调度电话，拨打直呼可以直接与公司调度室联系。井下电缆均采用煤矿用阻燃通信电缆，电话机采用本安型。
本调度机与公司行政交换机通过数字中继连接，在井下任一单机可直拔行政交换机进行通话，形成了公司井上、下无阻断通话。
六、井下紧急避险系统
尚待建设。
第三章 井下紧急避险硐室设计方案
第一节 井下灾害类型
根据国家安监总局国家煤矿安监局（安监总煤装【2011】15号文）《煤矿紧急避险系统建设管理暂行规定》和安监总煤装〔2011〕33号文《煤矿井下紧急避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》的精神中“紧急避险设施的建设方案应综合考虑所服务区域的特点和巷道布置、可能发生的灾害类型及特点、人员分布等因素”的要求。我公司2010年度瓦斯鉴定，绝对瓦斯涌出量6.81m 3/min，
相对瓦斯涌出量14.45m 3/t；二氧化碳绝对涌出量2.94m 3/min，相对涌出量
5.28m 3/t，鉴定等级为高瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为32.18%～56.13%。煤层具有爆炸危险性。自然发火期为18-24个月，煤层自燃等级为Ⅱ级。
矿井最大涌水量为1062m 3/h，正常涌水量为180-220m 3/h。矿井开采存在的主要水害是老空水、注浆水。井田内主要水源为大气降水及开采形成的塌陷坑渗水，井田范围内出现的塌陷坑均及时填平压实，并修改泄洪通道，有效的控制了降水的渗入。
从上述灾害类型分析，我公司井下灾害类型应以火灾、瓦斯、煤尘爆炸灾害为主。故设计井下紧急避险设施主要避瓦斯、煤尘爆炸及火灾危害。
第二节 井下避灾硐室的确定
一、井下采掘概况
2000年至今我公司开始复采及边角煤回收，已无正规采面。矿井剩余可采块段为原主扇房煤柱复采区域、2744-6#、7#复采区域、2742轨道煤柱、2744-3#复采块段、2742西复采区域。
采一区主采四层煤，一采两准，回采区域为2743F2_FA壁式工作面，可回采储量1.8万t ，服务期限3个月，回采时间为2011年6月—8月；准备区域为2743FA 下盘，准备工程量400m ，计划100天达到回采条件，准备时间为2011年5月—7月，准备煤量6.3万t ，可采储量4.1万t ，服务期限为5个月，回采时间2011年9月—2012年1月；
采二区主采四层煤，一采两准，采掘区域为2744区域，现回采2744—1#块，可回采储量3.15万t ，服务期限4个月，回采时间2011年5月—8月；准备块段为2744—2#块，工程量为400m ，计划100天达成回采条件， 2011年5月—7月准备，准备煤量5.0万t ，可采储量3.3万t ，可采时间4个月， 2011年9月—12月回采。
采三区，两准，准备区域为2061区域，该区域为下山开采，由于火成岩侵入，煤体受到严重破坏，于2011年底结束。
二、井下避灾硐室设计方案的确定
根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》第5条“紧急避险设施主要包括永久避难硐室、临时避难硐室、可移动式救生舱”。
永久避难硐室是指设置在井底车场、水平大巷、采区（盘区）避灾路线上，具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室，服务于整个矿井、水平或采区的避险设施，服务年限一般不低于5年。
临时避难硐室是指设置在采掘区域或采区避灾路线上，具有紧急避险功能的井下专用巷道硐室，主要服务于采掘工作面及附近区域，服务年限一般不大于5年。
可移动式救生舱是在发生灾变事故时，为遇险矿工提供紧急避险空间和生存条件，并可通过牵引、吊装等方式实现移动，适应井下采掘作业要求的避险设施。
《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》第17条：“避难硐室应布置在稳定的岩层中，避开地质构造带、高温带、应力异常区以及透水威胁区。确保在服务区间不受采动影响。特殊情况下布置在煤层中时，应有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集聚、煤层自燃的措施”。
《关于煤矿井下紧急避险系统建设管理有关事项的通知》第二款第3条：“临时避难硐室的建设。采（盘）区布置永久避难硐室的，该采（盘）区内采掘工作面的临时避难硐室应当符合《防治煤与瓦斯突出规定》（国家安全监管总局令第19号）第102条的要求，且硐室隔离门应当满足气密性要求，门墙设单向排气管，硐室内应当存放足量食品、急救用品及防护时间不小于45分钟的隔离式自救器，安设压风自救装置。采（盘）区没有永久避难硐室的，该采（盘）区内采掘工作面的临时避难硐室应当符合《暂行规定》有关要求。”
井下紧急避险系统的数量、位置、规模与井下最大班下井人员数量与作业地点有关。
由于我公司井下最大班井下人员180人，工作人员主要集中在二水平大巷附近的生产区域，其余辅助人员主要分布在井底车场，二水平运输巷，采区变电所等场所，若井下发生灾害时，井下大部分人员均能在30min 内抵达地面。但出于安全考虑，仍在井下建一座定员40人的永久避难硐室。
1、硐室位置的确定
“规定”第17条：“避难硐室应布置在稳定的岩层中，避开地质构造带、高温带、应力异常区以及透水威胁区。确保在服务区间不受采动影响。特殊情况下布置在煤层中时，应有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集聚、煤层自燃的措施”。
“规定”第11条：“其他矿井应在距离采掘工作面1000m 范围内建设避难硐室或设置可移动式救生舱”。
由于矿井资源濒临枯竭，整个矿井进入复采及边角煤回收，已无正规采面，且矿井生产区域主要集中在二水平，故在二水平西大巷2743下部车场以里50m 绕道处建一定员40人的永久避难硐室，该位置距井底及生产区域较近，利于人员避险。人员逃生路线简捷。
永久避难硐室平面布置示意图
2、井下避灾硐室形式
根据本矿井灾害类型及采掘区域集中诸条件，设计对公司井下紧急避灾系统考虑了两个方案：
（1）方案Ⅰ
设计采用永久避难硐室。由于资源濒临枯竭，整个矿井进入复采及边角煤回收，已无正规采面，且矿井生产区域主要集中在二水平，故在二水平西大巷2743下部车场以里50m 绕道处建一永久避难硐室定员40人。自地面压风机房铺设专
用管路至新风井，沿新风井井筒铺设至永久避难硐室，利用专用管路进（压）风、出风，避难硐室防护墙单向排气阀（管）出风。
（2）方案Ⅱ
在二水平西大巷2743下部车场以里50m 绕道处建一永久避难硐室定员40人。永久避难硐室配置相关设施、设备；
上述两方案技术经济比较见表3-2-1（只比较两方案不同部分即永久避难硐室部分）。
表3-2-1 两方案技术经济比较表
两方案优缺点比较见表3-2-2。
表3-2-2 两方案优缺点比较表
经上述比较及分析，考虑采用专用管路方案投资低，硐室设备配备简单，日常管理、维护容易，维护费用低发生灾变时施救容易，安全可靠度高，符合煤矿井下紧急避险系统建设管理有关规定，满足避难要求，经综合权衡，推荐方案Ⅰ。
3、永久避难硐室结构及硐室布置
安监总煤装〔2011〕33号文《煤矿井下紧急避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》的精神，永久避难硐室由过渡室和生存室等构成，为便于井下人员快速撤离进入，两端均设门，共采用向外开启的四道防爆密闭门，防爆密闭门能够抵御瞬时1000℃高温、1MPa 的爆炸冲击波，并有效防止有毒有害气体对
人员的伤害以及不漏水。安装在两端防爆密闭门内侧的压缩空气幕及喷淋系统，能够阻挡人员进入硐室时有毒有害气体的进入。两道隔离门之间为过渡室，第二道隔离门以内为生存室。
永久避难硐室内设压缩空气幕和压气喷淋装置。生存室净高2.2m 、宽度2.4m ，长度20m 。每人按1m 2的使用面积考虑，计算生存室面积1×40=40m2，考虑备用系数不低于1.2，设计采用面积48m 2。
为保证硐室对灾害的抵御能力，设计永久避难硐室采用锚喷支护方式。锚杆选用φ18×1800mm 螺纹钢，间排距800×800mm ，喷浆加浇筑厚度不小于100mm ，硐室铺底厚不小于200mm 。
三、井巷（硐室）工程量
新掘巷道52m，工程量汇总见表3-2-3。
表3-2-3 工程量汇总表
四、工期
本项目为单项工程，根据工程施工条件并参照硐室施工定额，该工程硐室工期2个月。