柯麗華，陳 杰

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081)

礦山企業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)增長、人民生活改善和社會文明發(fā)展提供原材料的支柱產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展拉動了礦山資源需求的迅猛增長，經(jīng)過長期大規(guī)模的開發(fā)，埋藏于地表和淺地層的高品位礦產(chǎn)資源大部分已消耗殆盡，礦產(chǎn)資源開發(fā)正朝著千米以下深部資源過渡[1]。隨著地下礦山生產(chǎn)機(jī)械化和集中化程度不斷提高，特大型現(xiàn)代化礦井不斷涌現(xiàn)。由于作業(yè)環(huán)境特殊和地質(zhì)情況復(fù)雜，且地下礦山避難硐室的建設(shè)數(shù)量、規(guī)模及其位置分布缺乏系統(tǒng)性，容易形成諸如工作面連續(xù)推進(jìn)距離長、事故擴(kuò)散速度快、災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域大、逃生路線長等局面，不利于井下作業(yè)人員安全快速地逃離危險(xiǎn)區(qū)域。因此，為了提高地下礦山企業(yè)安全保障能力，減少礦山井下安全事故和財(cái)產(chǎn)損失，保障井下人員的生命安全，降低井下災(zāi)變事故的傷亡率[2]，從多原則、多角度全面系統(tǒng)的建設(shè)符合我國地下礦山特點(diǎn)的安全避難硐室迫在眉睫。

1 地下礦山避難硐室研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外關(guān)于緊急避險(xiǎn)的研究最初是針對金屬礦井展開的。由于采礦業(yè)發(fā)達(dá)國家對井下避難硐室的研究開始較早，故其體系較為完善，基本上都頒布了嚴(yán)格的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，并擁有了井下避難設(shè)施、應(yīng)急逃生和個(gè)人防護(hù)等相對成熟實(shí)用的技術(shù)裝備。

世界上最早的避難硐室要追溯到20世紀(jì)20年代。在加拿大，Hollinger礦發(fā)生火災(zāi)造成39人死亡之后，就出現(xiàn)了由密閉的廢棄巷道改造的初級避難所。直到1980年以后，地下金屬礦山才將避難硐室推廣應(yīng)用。在2006年某鉀鹽礦和2008年西部某金屬礦的火災(zāi)中，避難硐室成為安全救援井下作業(yè)人員的重要設(shè)施，為地下礦山成功救援提供了保障。目前，加拿大已有法律強(qiáng)制規(guī)定各礦山建設(shè)避災(zāi)系統(tǒng)，必須考慮避難硐室的設(shè)置位置、容量、安全防護(hù)時(shí)間、CO和CO2濃度控制指標(biāo)四大因素[3]，主要結(jié)合工作地點(diǎn)的特征、遇險(xiǎn)人員抵達(dá)的難易程度和所需時(shí)間等因素，合理地確定避難硐室的位置。

南非于1970年就出現(xiàn)了避難所。某金礦嘗試將壓風(fēng)管導(dǎo)入盲井構(gòu)建起了首個(gè)簡易的避難所，雖然為保證井下作業(yè)人員的生命安全提供了一定的保障，但其應(yīng)用并不廣泛。自從1986年Kinross金礦礦難之后，國家法律條文強(qiáng)制規(guī)定礦山企業(yè)必須設(shè)立避難所，并要求地下礦山將安全避難所的建設(shè)納入到應(yīng)急救援體系中。由于南非大多非煤地下礦山的開采深度較淺，且多采用房柱法開采，故南非的一些地下礦山通常將永久性固定避難硐室布置在主巷或逃生巷道的兩側(cè)，或在地層中直接挖掘形成避難硐室，或利用已有巷道構(gòu)建而成。同時(shí)，礦山將地下永久性固定硐室和地表連通，從而實(shí)現(xiàn)了從地面向避難硐室輸送新鮮的空氣、充足食物和水，能以通訊方式進(jìn)行信息交換。另外，地下礦山將臨時(shí)性固定避難硐室布置在工作區(qū)域的巷道兩側(cè)，直接挖掘或利用已有巷道構(gòu)建形成避難硐室，這些臨時(shí)固定避難硐室隨著該區(qū)域開采工作的結(jié)束而被廢棄，相關(guān)設(shè)施設(shè)備可轉(zhuǎn)移到新的避難硐室中。其中，永久性固定避難硐室的選址主要考慮了作業(yè)地點(diǎn)、逃生時(shí)間和進(jìn)、回風(fēng)巷道的位置的影響。同時(shí)，為了幫助遇險(xiǎn)人員順利進(jìn)入避難硐室，在避難硐室入口處設(shè)立了警報(bào)器或報(bào)警燈。如今，井下避難硐室已經(jīng)成為南非地下礦山應(yīng)急救援中的一項(xiàng)成熟有效的安全設(shè)施，并在地下礦山企業(yè)中得到廣泛推廣使用[4]。

美國對礦山避險(xiǎn)系統(tǒng)的研究最早涉及到井下避難硐室的建立。長期以來，該國各礦山利用水泥砌塊建造井下隔離墻或在頂板和兩幫掛隔離屏障，以形成獨(dú)立的隔離空間，為井下作業(yè)人員等待救援提供避險(xiǎn)場所。直到2006年，西弗吉尼亞州發(fā)生礦難之后，礦業(yè)界發(fā)現(xiàn)原有避災(zāi)理論和設(shè)施存在諸多不足，推行聯(lián)合使用避難硐室和救生艙等設(shè)施。隨后，州政府和勞工部MSHA(礦山安全與健康管理監(jiān)察局)出臺了新的礦山安全管理規(guī)定：要求將避難硐室布置在距最近工作面不超過300m的地方，且兩個(gè)避難硐室間隔的距離不超過礦工1h正常行進(jìn)距離，即作業(yè)人員距最近一個(gè)避難硐室或安全出口的行進(jìn)時(shí)間不超過30min。國會通過了“2006年礦工法”，并要求礦山企業(yè)將井下避難所納入“應(yīng)急反應(yīng)方案”中[5]。

作為礦產(chǎn)資源生產(chǎn)和出口大國，澳大利亞安全生產(chǎn)管理工作較為系統(tǒng)，各類安全設(shè)施較齊全，其井下避難硐室的應(yīng)用情況處于世界領(lǐng)先水平[6]。在2006年的一次礦難中，兩名礦工被困井下13天后成功獲救，就是得益于避難硐室的設(shè)置和應(yīng)用。目前，該國法律法規(guī)對地下礦山避難硐室的設(shè)置提出了基本要求：將避難硐室建在遠(yuǎn)離潛在巖崩、淹井、火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)區(qū)域，且要巖層穩(wěn)定、支護(hù)良好的區(qū)域，并要求礦山企業(yè)對其進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。根據(jù)法規(guī)，各類地下礦山的具體措施包括：在采掘區(qū)開辟救生巷道，并配備防毒面罩和氧氣瓶等救生設(shè)備，與避難硐室相結(jié)合使用；在采掘區(qū)入口外立號牌存放欄，以明確救生巷道內(nèi)剩余救生設(shè)備的數(shù)量；設(shè)置了安全站，并在逃生巷道一側(cè)安裝繩索，可以在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)引導(dǎo)井下逃生人員進(jìn)入安全站，補(bǔ)給充足的氧氣。

世界相關(guān)發(fā)達(dá)國家在井下避難硐室的建設(shè)上積累了一定的經(jīng)驗(yàn)做法，關(guān)于避難硐室建設(shè)的情況及要求如表1所示。

綜上所述，國外采礦業(yè)發(fā)達(dá)國家對礦山井下避難硐室的設(shè)置和維護(hù)方面的技術(shù)比較成熟，其針對性較強(qiáng)，相關(guān)法律法規(guī)也較為完善，多數(shù)國家都將避險(xiǎn)設(shè)施的設(shè)置納入應(yīng)急救援預(yù)案，并且能夠與其他系統(tǒng)相結(jié)合運(yùn)用到避險(xiǎn)過程中，有許多解救井下作業(yè)人員的成功案例。然而，這些國家在地下礦山避難硐室的建設(shè)實(shí)踐中，也存在避難硐室建設(shè)缺乏系統(tǒng)性和逃生路線的識別及選擇尚不夠明確等問題，致使礦山的避災(zāi)系統(tǒng)的功能難以充分發(fā)揮。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

“六大系統(tǒng)”中緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)難度大且耗資巨大，而緊急避難硐室作為避險(xiǎn)系統(tǒng)的核心，是緊急情況下避險(xiǎn)成功的保證，建設(shè)起來將消耗很多的人力和物力。避難硐室建設(shè)在我國煤礦行業(yè)已經(jīng)得到了普遍的實(shí)施，但在地下金屬礦山領(lǐng)域中的建設(shè)相對滯后。針對我國礦山的安全形勢，國務(wù)院于2010年7月19日下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(國發(fā)〔2010〕23號)，要求國內(nèi)礦山在3年內(nèi)完成六大系統(tǒng)建設(shè)，且避難硐室的建設(shè)是重中之重。之后，出臺了相關(guān)建設(shè)規(guī)范，但因避難硐室的設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、建設(shè)周期長、所需的人力物力較多等因素，許多企業(yè)不能有效執(zhí)行相關(guān)規(guī)定。隨后，國務(wù)院辦公廳2012年11月4日下發(fā)《關(guān)于依法做好金屬非金屬礦山整頓工作意見的通知》，將非煤礦山緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的建設(shè)期限改為2015年底，決定于2012～2015年組織開展礦山整頓攻堅(jiān)戰(zhàn)，從根本上改善礦山安全生產(chǎn)條件。

表1 相關(guān)國家避難硐室建設(shè)的情況及要求

我國避難硐室的研究始于2008年，避難硐室的應(yīng)用還處于初級階段。北京科技大學(xué)課題組通過借鑒國外在避難硐室建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在山西省潞安集團(tuán)的大力支持下，于2009年在潞安常村礦建成了可容納80～100人的礦井永久避難硐室，并于2011年4月10日在常村礦N3采區(qū)進(jìn)行首次現(xiàn)場驗(yàn)證試驗(yàn)，由80人組成的試驗(yàn)人員在模擬災(zāi)變環(huán)境下安全度過了48h。這標(biāo)志著我國井下避難硐室可以正式進(jìn)入實(shí)用階段[7]。

目前，針對我國地下礦山避難硐室的建設(shè)現(xiàn)狀，國內(nèi)研究人員多從避難硐室的位置、結(jié)構(gòu)和內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面開展研究。其中，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基本統(tǒng)一。關(guān)于避難硐室位置的選擇，研究者多從安全性角度并結(jié)合礦山具體情況確定，其做法多樣化且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。就避難硐室位置的選擇而言，我國許多研究者往往側(cè)重從安全、經(jīng)濟(jì)等原則考慮，主要考慮的因素包括地質(zhì)情況、開拓系統(tǒng)、開采系統(tǒng)、避災(zāi)路線和人員的分布、災(zāi)害防治能力等。以確保井下所有作業(yè)人員在突發(fā)災(zāi)變事故中的安全為原則，凡口鉛鋅礦結(jié)合礦山復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，將避難硐室設(shè)置在-650m中段，井底車場附近[1]；基于地質(zhì)條件對避難硐室建設(shè)的影響，中煤平朔集團(tuán)有限公司井工三礦將其永久避難硐室建在39109工作面附近東翼輔運(yùn)大巷和貯運(yùn)大巷之間，其地勢位于9#煤底板標(biāo)高最高處，進(jìn)而避開了地質(zhì)構(gòu)造帶及危險(xiǎn)區(qū)；以保持頂板及圍巖的穩(wěn)定為重點(diǎn)，有礦山將避難硐室布置在離工作面680m的位置，使避難硐室免受爆炸沖擊波的危害[8]；為避免井下積水對避難硐室的影響，有礦山以遠(yuǎn)離積水潛在發(fā)生地點(diǎn)為原則，將避難硐室布置在遠(yuǎn)離可能發(fā)生積水的地點(diǎn)[9]?；谶@些原則建設(shè)的避難硐室，在一定程度上滿足了礦山對緊急避險(xiǎn)的需求，也對我國避難硐室的研究與發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。但這些研究多從單一角度或側(cè)重某個(gè)方面、基于某個(gè)原則來確定避難硐室的位置，故建設(shè)的避難硐室功能難以有效發(fā)揮。另外，多數(shù)礦山僅在礦區(qū)的某個(gè)位置建立了單個(gè)避難硐室，致使其功能的輻射范圍有限，故不能滿足整個(gè)采場的避險(xiǎn)需求。由此可見，避難硐室的構(gòu)建缺乏系統(tǒng)性。

綜上所述，我國避難硐室的相關(guān)研究和建設(shè)起步較晚，雖然有效地汲取了國外避難硐室建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，但仍然存在相關(guān)法律法規(guī)不夠完善、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)一步檢驗(yàn)、避難硐室的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不足等問題。目前，相關(guān)研究者大多關(guān)注避難硐室位置的合理確定，多側(cè)重某一個(gè)方面進(jìn)行分析，往往都忽略了避難硐室的安全輻射范圍、高效運(yùn)轉(zhuǎn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的綜合效益。故實(shí)踐中，礦山建立的避難硐室未形成以確保所有井下作業(yè)人員安全的避難硐室系統(tǒng)，也缺乏對避難硐室的動態(tài)規(guī)劃。

2 地下礦山避難硐室建設(shè)中存在的問題

目前，為滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展費(fèi)礦山資源的需求，地下礦山生產(chǎn)日趨大型化，其工藝工程趨向于連續(xù)開采。因此，井下作業(yè)人員總數(shù)將不斷增多，同時(shí)，作業(yè)地點(diǎn)相對分散，容易形成了諸如工作面連續(xù)推進(jìn)距離長、事故擴(kuò)散速度快、災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域大、逃生路線長等不利局面，帶來了避難硐室的建設(shè)規(guī)模和相對數(shù)量不足、安全功能的輻射范圍有限、逃生路線的可靠性較差等問題。

2.1 避難硐室的建設(shè)規(guī)模和相對數(shù)量不足

地下礦山趨于大型化、連續(xù)化開采，人力和物力的投入將日益增加，避難硐室的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量也應(yīng)隨之增加。《金屬非金屬地下礦山緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》和《煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》對于避難硐室的建設(shè)給出了最低要求，包括：避災(zāi)硐室的長度、深度應(yīng)根據(jù)同時(shí)避災(zāi)的最多人數(shù)以及避災(zāi)硐室內(nèi)配置的各種裝備來確定，每人應(yīng)有不低于1.0m2的有效使用面積；緊急避險(xiǎn)設(shè)施的設(shè)置應(yīng)滿足本中段最多同時(shí)作業(yè)人員避災(zāi)需要，單個(gè)避災(zāi)硐室的額定人數(shù)不大于100人。同時(shí)，為了安全起見，避難硐室的額定人數(shù)，應(yīng)滿足服務(wù)區(qū)域同時(shí)工作的最多人員的緊急避險(xiǎn)需要，并考慮不低于1.2的備用系數(shù)。

然而，各類礦山在安全生產(chǎn)管理中的做法不一。如沁新煤業(yè)將避難硐室容納規(guī)模定100～200人[7]，超出規(guī)范要求的單個(gè)避災(zāi)硐室最多額定人數(shù)。南屯煤礦開采工作面最多有36人同時(shí)作業(yè)，但其避難硐室設(shè)計(jì)的額定避難人數(shù)為40人或2×20人，且其20人避難硐室長和寬分別為9.5m和2.4m，均未充分考慮1.2的備用系數(shù)，只能滿足一般情況下人員的避險(xiǎn)需要，應(yīng)變能力相對較差。山西晉中金恒煤礦，設(shè)計(jì)的永久避難硐室可容納96人，但生存室的有效使用面積為95m2[10]，當(dāng)容納96人時(shí)，每人有效使用面積不足1m2。阜新市清河門區(qū)河西鎮(zhèn)君穎煤礦，IV3采區(qū)0點(diǎn)、8點(diǎn)、4點(diǎn)的出勤人數(shù)合計(jì)分別為52人、55人、52人，但其設(shè)計(jì)的避難硐室容納人數(shù)為50人[11]，既不滿足全部作業(yè)人員安全避險(xiǎn)的需要，也未考慮備用系數(shù)。

由此可見，一些礦山通常只考慮生產(chǎn)人員總數(shù)和規(guī)范的最低要求，避難硐室建設(shè)規(guī)模和相對數(shù)量不足，對避難硐室安全儲備能力的考慮尚少，影響避難硐室安全避險(xiǎn)能力。

2.2 避難硐室功能輻射范圍有限

大型地下礦山作業(yè)環(huán)境較為特殊。不同的礦山，其災(zāi)變事故的主要特征也千差萬別。災(zāi)變事故的發(fā)生具有突然性、擴(kuò)散性和蔓延性等特點(diǎn)，其發(fā)生的地點(diǎn)不易預(yù)測，其危害程度和影響范圍具有較大的可變性。為此，相關(guān)規(guī)定要求：煤與瓦斯突出礦井應(yīng)建設(shè)采區(qū)避難硐室，突出煤層的掘進(jìn)巷道長度及采煤工作面推進(jìn)長度超過500m時(shí)，應(yīng)在距離工作面500m范圍內(nèi)建設(shè)臨時(shí)避難硐室或設(shè)置可移動式救生艙。其他礦井應(yīng)在距離采掘工作面1000m范圍內(nèi)建設(shè)避難硐室或設(shè)置可移動式救生艙。

實(shí)踐中，相關(guān)礦山針對具體情況擴(kuò)大了避難硐室的輻射范圍。如告成煤礦在21采區(qū)中部設(shè)置的永久避難硐室距離21采區(qū)下部最遠(yuǎn)采掘工作面約1950m；23采區(qū)最遠(yuǎn)的掘進(jìn)工作面距副井底約2090m；25采區(qū)最遠(yuǎn)的25091掘進(jìn)工作面距副井底約5258m；13采區(qū)最遠(yuǎn)的13201采煤工作面距離副井底約3530m[12]。再如，陜西德源府谷能源有限公司三道溝煤礦為平硐開拓，在距離平硐4000m附近的斜井井底附近設(shè)置了第一座避難硐室，之后每間隔3000m布置了第二座和第三座避難硐室[13]。

由此可見，礦山生產(chǎn)實(shí)踐中，部分礦山建設(shè)的避難硐室與最遠(yuǎn)工作面的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于500m，且避難硐室之間的距離也嚴(yán)重超出了規(guī)定的范圍，使得避難硐室的安全輻射能力受限。災(zāi)變發(fā)生后，最遠(yuǎn)采掘工作面的作業(yè)人員很難在呼吸器有效時(shí)間內(nèi)升井或進(jìn)入避難硐室避險(xiǎn)，人身安全很難得到保障，也從側(cè)面反映了避難硐室建設(shè)數(shù)量不足。

2.3 逃生路線的可靠性較差

作為避難硐室系統(tǒng)的一部分，逃生路線有較高的可靠性是保障井下作業(yè)人員生命安全的必要條件。逃生路線的可靠性主要指逃生路線可選性，即具有多條通往避難硐室的逃生路線。

國內(nèi)外學(xué)者在避險(xiǎn)路線的選擇方面做了大量研究工作[14]，理論研究取得了一定的成果。目前，規(guī)范中沒有明確規(guī)定逃生路線的數(shù)量。但在礦山實(shí)踐中，由于資金的有限性、避難硐室構(gòu)建的系統(tǒng)復(fù)雜性和災(zāi)變事件的隨機(jī)不確定性等因素，大多數(shù)礦山設(shè)置通往避難硐室的逃生路線數(shù)量有限且其安全可靠性較差。個(gè)別礦山根據(jù)具體情況設(shè)置了多條逃生路線，如兗州礦區(qū)在各采煤工作面和掘進(jìn)工作面都設(shè)計(jì)了兩條逃生路線[15]，或有個(gè)別礦山繪制了災(zāi)變事故發(fā)生時(shí)的首選避災(zāi)路線和第二避災(zāi)路線簡圖[16]。由于大型礦井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、安全出口有限、災(zāi)變事故對礦井系統(tǒng)的影響具有不確定性，若設(shè)置單一避災(zāi)線路，逃生路線就會因?yàn)?zāi)變及其生成物所阻斷，因而增加逃生路線的數(shù)量有其必要性。

3 結(jié)論

1)本文系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外避難硐室的建設(shè)與研究現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外避難硐室建設(shè)實(shí)踐的成功案例、國內(nèi)外關(guān)于避難硐室的理論研究和建設(shè)實(shí)踐中的成果和不足。

2)基于對避難硐室建設(shè)規(guī)范要求和具體礦山安全管理實(shí)踐做法的分析，總結(jié)了避難硐室建設(shè)中存在的問題：建設(shè)規(guī)模和相對數(shù)量不足、安全功能的輻射范圍有限和逃生路線的可靠性較差。

3)應(yīng)針對礦床賦存條件、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)計(jì)劃和高峰期井下作業(yè)人數(shù)等因素，建立避難硐室系統(tǒng)，即合理地確定避難硐室的總規(guī)模、數(shù)量及其位置分布，并設(shè)置多條通往避難硐室的逃生路線，提高避難硐室系統(tǒng)的安全輻射能力，改善井下作業(yè)環(huán)境的安全性。

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