煤矿井下可移动式救生舱研究和开发立项报告（推荐五篇）

第一篇：煤矿井下可移动式救生舱研究和开发立项报告

煤矿井下可移动式救生舱的研究和开发

立项报告

 立项的背景，煤矿安全形势及国内国际对煤矿救生舱的安全要求  国际国内煤矿井下救生舱的现状

 煤矿井下可移动救生舱研发主要内容：结构、系统、关键技术和总体要求

 山东矿机集团的研发和制造实力  项目的实施计划和投资

一、立项的背景，煤矿安全形势及国内国际对煤矿救生舱的要求

作为能源消费大国，煤炭在我国能源生产的大格局中占有绝对的比重，达到近70%。我国的煤炭产量虽然只占世界煤炭产量的1/3，但是煤矿矿难死亡人数占世界煤矿事故死亡人数的4/5。世界每发生20起导致死亡人数最多的煤矿灾难中，就有8起发生在中国，频繁的矿难不仅造成了许多家庭破裂的同时也严重影响了中国的国际形象。在人本理念成为世界发展潮流的大环境下，积极开展矿山安全保障技术的研究与开发，不仅是我国建设和谐社会的必然要求，更是时刻遭受矿机灾害危险的煤矿工人的迫切愿望。

我国矿井灾难中，瞬间死亡人员比例只有不到10%，而高达90%以上的人员伤亡都发生在事故放生后形成的高温、缺氧、毒气弥散等环境。

研究开发井下可移动式救生舱意义重大，可为矿井发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒有害气体，躲避冒顶，对内能为被困矿工提供氧气、食物、水，去除有毒有害气体，赢得较长的生存时间，同时通过舱内通讯监测设备，引导外界救援。

井下可移动式救生舱应当有如下的功能：防火、防水、防毒、防爆、防高温、防冒顶、为矿工提供较长时间的生命保障和通讯。

目前许多国家都有国家或地方的关于救生舱的法规，如：美国、加拿大、澳大利亚等。美国联邦政府矿山安全与健康管理局（MSHA）有关避难舱的最终法案与2009年3月生效，被公认为全球煤矿救生舱领域最严格的标准，在这一法案中，有许多令人瞩目的规定：

 提供可供生存96小时的可呼吸空气

 在满员的情况下其表观温度不可超过华氏95（摄氏35）度  必须具备气密过渡舱

 位置：距离最近的工作面不超过305 M  最小空间：采高1.22~1.37 M时，每个避险的矿工必须占有 1.49 立方米的空间

 培训：必须对所有矿工进行适当的培训，从而使每位矿工在事故突发时得以迅速进入救生舱

山东省煤炭工业局对山东省煤矿的安全生产极为关注，多年来采取实施了许多严格有效的管理措施和规定，对煤矿生产安全进行了严格的监管，对于煤矿井下生产安全保障技术和设备的开发及使用做了大量积极的参与、支持和促进工作。时代的发展对煤矿安全生产提出了新的要求，为了保障山东省和国内的煤矿安全生产，山东省煤炭工业局建议和山东矿机集团股份有限公司联合研发煤矿井下可移动式救生舱，为井下矿工工作场所的安全提供一种有效地救生设备。

按照为每个井下矿工提供一个避险救生的空间来计算，考虑到中国庞大数量的煤矿，井下可移动时救生舱的市场空间巨大，估计至少800亿以上（按照1万个矿，每个矿用10个可容纳20人的救生舱，每个救生舱80万元计算）。项目的实施会产生巨大的经济效益并带来巨大和社会效益。

二、国际国内煤矿井下救生舱的研发和生产现状

与国内煤矿紧迫的安全形势和对井下救生舱迫切的需求形成鲜明对照的是我国在矿井救生舱方面的研究和开发严重滞后，只是在最近几年才开始这方面的开发和研究。

在国内，2008年以前矿井用救生舱在中国还是一个空白。目前在国内只有北京科技大学和潞安矿务局联合开发的矿用可移动式救生舱首次进行了全模拟井下灾变环境下的96小时试验，通过了中国煤炭工业协会组织的国内安全技术领域的专家、院士对其进行的鉴定。蓄电池作动力-防爆型救生舱内所有电器设备的供电依靠外挂动力站，正常情况下在供电的同时也给动力站内部的蓄电池充电。当事故发生导致矿用电源中断时，动力站通过大容量铅酸电池向舱内供电。

对于有毒气体清除用的空气净化器，此救生舱采用防爆风机，使用化学药剂来清除CO、CO2、和硫化氢。此方案使用一种蓄能式空调系统，此系统由外部的防爆制冷机、内部的蓄冰箱和防爆风机组成，外部防爆机组与矿山电源连接，正常情况下利用矿山电源维持舱内空气调节装置的冰量；灾变状态下外部机组即使被毁坏，舱内的空气调节装置所储存的冰量仍能独立工作，控制舱内的温度和湿度。他们发明了多功能的监控和通信一体化装置，功能齐全，实现了视频通信和语音通信的一体化传输。

国际上近些年，以美国和澳大利亚的救生舱生产商为代表的救生舱行业加快了煤炭井下救生舱的研究和开发，它们在相关的关键技术领域有明显的领先优势。主要的开发制造商有美国的STRATA(斯塔特)、MHSS(美国矿山健康及安全方案公司)、CARBONOKS和澳大利亚的MINEARC。

MineARC目前是全球最大的煤炭和非煤矿山救生舱供应商，2009年研制成功CoalSAFE煤矿安全型应急救生舱（薄煤层型、厚煤层型），采用世界上独一无二的新型专利技术——液态二氧化碳驱动、气体滤清及空调降温集成系统(MARCis™)，设备独立运行时间长达100小时，MineARC设计生产的CoalSAFE煤矿安全型应急救生舱集一氧化碳、二氧化碳滤清和空调降温于一体，通常状况下（非灾害条件），救生舱与矿井/隧道的空气供给设备相连接，气流穿越救生舱可实现降温。一旦该气流供给失败（如无法获得压缩空气），MARCis™，即气体滤清和空调降温集成系统将确保救生舱各项功能的正常运行。该系统动力源为液态二氧化碳，操作简便，安全可靠。舱内温度可控制在30℃以内。

MineARC救生舱配备呼吸用气（氧气）三重供给系统：1.经过滤和消声处理的的地面压缩空气。通常状况下（非灾害条件），救生舱与压缩空气供给设备相连接，压缩空气不但能够为避险人员提供充足的氧气，还可自动激活救生舱洗气程序，密封舱体以及舱内外正负压差阻止了废气的回流。压缩空气将经过：1“自动滤水装置、1”自动滤尘装置、1"自动滤油装置、控制器及消音器2.医用氧气。当地面压缩空气供给无法实现，高压氧气钢瓶会立即供氧，所有调节阀门都经过预置，用户操作起来极为方便。3.氧烛。MineARC绝大多数救生舱型都配置氧烛。每支氧烛可提供20人最少6小时的呼吸用氧（人数越少，时间越长。反之亦然）氧烛点燃之后可产生高纯度氧气，其保质期长，占用空间小，安全性能高等优点使之常被运用于潜艇、航天系统、人员救护等工作环境中。

美国STRATA 公司的技术中清除CO2的方案是由压缩空气瓶中的压缩空气作动力驱动风扇，舱内空气流经碱石灰药盒吸附CO2。冷却采用化学冰袋制冷。

美国MHSS公司的有毒气体清除技术是由电池作动力驱动风扇，舱内空气流经碱石灰药盒吸附CO2。冷却技术是用液体CO2低温冷却装置进行制冷，液体CO2贮存在高压瓶中，高压瓶的数量按照供冷量来确定。

现在这些国外的救生舱制造商的目光开始瞄准中国市场，他们已经出现在中国煤炭和煤机行业的展会上。

面对潜力巨大的目前几乎是空白的中国煤矿井下救生舱市场，迫切需要我们掌握先机，尽快的研发出适合中国煤矿实际需求的多种规格和类型的井下可移动式救生舱。

三、煤矿井下救生舱研发的主要内容：结构、系统、关键技术

和总体要求

开发煤矿井下移动式救生舱，要在以下的几个方面进行研究和试制：

1、舱体类型和结构的研究 类型：整体式和组合式

结构：在以下几个方面对舱体的结构进行研究

 壳体：包括外壳、绝热层材料及内壳，要求：气密、耐爆炸和冲击、可以承受超过500℃的高温，能保证长时间的密封和与外部的隔绝。 入口气密隔间

 救生主舱（生存舱） 设备舱

 外挂防爆动力舱（防爆外壳+铅酸电池组、充电器）

2、救生舱内部系统的研究，包括如下的系统：  供氧系统

 有毒气体清除系统（二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等） 空调系统（温度和湿度） 有毒气体检测系统  通讯系统

 卫生及废物处理：干式厕所，化学处理厕所

3、煤矿井下可移动救生舱的关键技术

煤矿井下可移动救生舱的关键技术在于如何在无外部供电的情况下保持长时间的生命维持系统的运转，至少要保证96小时以上，而且整个生命维持系统是本质安全型或是防爆型的。包括如下的几个子系统方面的研究：

 本质安全型或防爆型氧气供应系统的长时间的可靠运转  本质安全型或防爆型有毒气体清除系统的长时间可靠运转  本质安全型或防爆型空调系统的长时间可靠运转  本质安全型或防爆型通信和检测系统的可靠运转

4、总体要求

本质安全或防爆；可靠；长时间运转的生命维持系统和通讯和检测（至少100小时）；操作容易；启动迅速（在20秒之内就可以启动生命支持系统）。

四、山东矿机集团的研发和制造实力

山东矿机集团股份有限公司始建于1955年，公司下设山东矿机莱芜煤机有限公司、北京三矿通科技有限公司、新疆昌煤矿机有限公司、潍坊科尔建材机械有限公司4个控股子公司，现拥有总资产13亿元，占地面积1200亩，厂房建筑面积31万平方米，职工1780人。2009年公司已实现销售收入10.56亿元，利税1.87亿元，其中利润0.98亿元，上缴税金0.87亿元。

山东矿机集团股份有限公司是我国重要的煤炭机械制造业骨干企业，是山东省煤矿机械设备制造基地，山东省高新技术企业，山东矿机集团技术研发中心是山东省煤炭机械工程技术研究中心。企业规模、市场占有率、产品技术水平、产品研发水平、综合配套能力均处于行业领先地位。企业通过了ISO9001：2008质量管理体系认证。

公司下设液压支架制造部、综合煤机设备制造部、普通煤机设备制造部、皮带机输送机制造部、洗选煤设备制造部、单体液压支柱制造部6个制造部和圆环链、工程缸2个生产厂。

主要产品是煤矿井下综合机械化采煤设备，产品包括：井下巷道掘进机、液压牵引和电牵引采煤机、刮板输送机、皮带输送机、各种类型液压支架。其他产品包括：单体液压支柱、千斤顶及各种工程油缸、金属顶梁、圆环链、引进德国和意大利先进技术的成套煤矸石及页岩成套空心砖制砖设备等产品。

山东矿机集团技术研发中心是山东省煤炭机械工程技术研究中心。中心下设支护设备研究所、刮板输送机研究所、皮带机研究所、采掘机械研究所、洗选设备研究所、工业链条研究所、传动设计室、工程缸设计室、成套设备配套室等专业设计研究机构，拥有各类专业技术人员561名，设计全部采用CAD模块化设计，三维实体造型的动态分析和关键元部件的有限元分析，利用应力应变仪对关键元部件的受力进行测试验证等先进手段，既能保证设计产品的设计要求，又能保证设计产品的性能和可靠性。

企业注重人才战略，以人为本，不断增强技术人员队伍和不断提高技术人员水平，现在技术人员中博士、硕士学位的8人，高级工程师29名、工程师72名。企业现有研发人员237人，占集团公司职工的比例为13.31%，研发人员中具有本科以上学历占86.8%，并与中国矿业大学、北京科技大学、山东科技大学、等院校共同建立了多种形式的产、学、研合作。

山东矿机集团股份有限公司四种型号的液压支架被国家知识产权局受理专利申请，在软件方面公司也有较高的研发能力，有三项研发被国家版权局计算机软件著作权登记。去年以来公司新研发的多种新型煤机产品在在技术性能上属于行业领先，属于国内领先或国内先进水平，如：薄煤层大功率、高可靠性刮板输送机，SGZ1000/2X700中双链刮板输送机及其配套的刮板转载机，SKHL-250S型自动闪光对焊机，MG300-700D采煤机等。

山东矿机集团股份有限公司拥有各类工艺设备3435台、套，配有高精度数控加工中心、镗铣加工中心、工业机器人、火焰淬火机床、数控电火花线切割机床、先进的树脂砂铸造成套设备、可控气氛热处理设备等国内外先进的加工生产和工艺设备，有力的保证了高品质的加工制造能力。

五、项目的实施计划

1、组织领导：

（1）、项目领导小组：

组长：卜昌森，山东省煤炭工业局局长 副组长：乔乃琛，山东省煤炭工业局副局长

赵笃学，山东矿机集团股份有限公司董事长兼总经理

组员：黄传福，省煤炭局规划发展处处长

严风春，山东矿机集团股份有限公司副总经理 肖林，山东矿机集团股份有限公司副总工程师

（2）、项目技术领导小组：

组长：赵笃学，山东矿机集团股份有限公司董事长兼总经理 副组长：严风春，山东矿机集团股份有限公司副总经理

肖林，山东矿机集团股份有限公司副总工程师 组员： 待定

2、阶段和时间安排：

第一阶段：立项：2010年5月初 第二阶段：项目研发人员组织及项目调研：2010年5月初-2010年6

月底

第三阶段：项目总体、关键系统和关键技术方案：2010年7月底 第四阶段：技术研发和设备试制：2010年8月初-11月底 第五阶段：提交样机：2010年12月底

3、关键系统和关键技术的攻关协作：

充分利用山东矿机集团的研发技术队伍和技术基础，与国内外的著名高校、科研机构和专业厂家合作，与国内外掌握相关领域最先进技术的科研院所合作，在消化和吸收的基础上，研究和开发具有国内领先或国际先进水平的煤矿井下可移动式救生舱及关键系统和关键技术。

4、项目投资

预计项目总投资1.5亿元人民币。

山东省煤炭工业局

山东矿机集团股份有限公司

2010年4月22日

第二篇：煤矿移动式避难舱标准的研究

煤矿移动式避难舱标准的研究

摘 要：通过对国外关于矿山用避难舱标准的调研分析及国内外避难舱发展状况，总结提出我国煤矿用移动式避难舱应具备哪些功能及特点，并对我国煤矿移动式避难舱的行业标准提出了比较具体的要求。关键词：避难舱；煤矿；标准

一、研究背景

由于矿井事故存在破坏力大、事故原因复杂和易引起继发性事故等特点，使得矿难发生后外界无法及时展开救援。而井下由于事故所带来的中毒、窒息、溺水等构成了“头号杀手”，许多人员伤亡都是由于遇险矿工不能及时找到安全的避难场所造成的。

2006年，美国西弗尼亚州的萨戈煤矿发生瓦斯爆炸事故，13名矿工被困井下两天，最终导致12人死亡。这次矿难的发生促使煤矿公司和美国政府重新对安全标准进行评估。2009年2月22日我国山西焦煤集团屯兰矿发生了特大瓦斯爆炸事故，导致74人死亡，其中很多遇难者都是由于爆炸后，井下聚集了大量的一氧化碳，中毒而亡。许多生还的矿工都是在自救器的帮助下才走出长长的巷道，逃离死神的魔爪。因此应将遇险矿工的“被动待援”转化为“主动自救和外部救援相结合”，在矿山井下作业面放臵具备抗压、防毒、隔热、防水并能提供必要生存条件的矿用应急避难舱成为必然。当矿难发生时，井下遇险人员应迅速撤进应急避难舱避难。

目前，在采矿发达国家，移动时避难舱的应用已经非常普遍，采用可移动式避难舱已经成为加拿大金属矿安全的基本要求。澳大利亚使用避难舱最为频繁，在澳大利亚，政府强制要求所有的井工矿井必须使用避难舱。美国的相关法律也要求井工矿井使用避难舱。而在我国，由于还没有制定相关的标准，对避难舱的生产、检验尚无规范性文件，致使该项应急救援装备落后于国外，因此制定该装备的产品标准是非常必要的。该标准的制定对于保护矿工的安全，降低死亡率具有重要意义。

二、避难舱的发展

自从1928 年的Hollinger 矿山火灾（造成39 人死亡）后，加拿大就出现了初级的避难舱，利用压缩空气，通过面具提供呼吸氧气。20 世纪70年代初南非某金矿的工人在一次矿井火灾中碰巧逃到一个有压缩空气的盲巷里，首次建立了简单的避难舱，因而全部获救。后来，出现了空气过滤系统，用来清除空气中的一氧化碳和二氧化碳，降低了这两者的危害。2006年美国Battelle公司提出了充气膨胀式避难舱的设想。充气式避难舱用柔性的材料作为避难舱的塑料墙，塑料墙起到隔热、隔绝有毒气体的作用，从而有效的保护入员。但充气式避难舱由于抗冲击性比较弱，在生产中很少被采用。目前国际上广泛应用的是以高强度钢为材料制造的移动式避难舱，这种避难舱可耐高温，抗冲击能力强。

三、国际标准情况

早在2005年，澳大利亚就制定了金属矿山用避难舱标准，很多国家如西班牙、法国等都采用此标准应用金属矿山用避难仓。2007年南非制定了煤矿用避难仓的行业标准，并开始在全国井工矿推广使用避难舱。

2008年美国MSHA制定了目前世界上最严格的避难舱标准。

四、主要研究基础

我们分析了美国、南非、澳大利亚等国关于避难舱的标准，同时调查研究了全球6个国家共15个避难舱生产商的产品，总结我院多年关于应急救援产品的应用经验，同时在抚顺国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心的多年应急救援产品检验经验的基础上，总结分析出我国煤矿用移动式避难舱需具备以下主要功能：

当避难舱的外部服务（如井下电力、压风和可饮用水等）被切断，避难舱就必须独立地运行，来确保内部避险人员的生存，此时其处于单机运行状态。在危险情况下，避难舱被完全断绝外部供应的情况是存在的。此时避难舱必须为避难舱中的人员提供全面的，独立的生存支持。这其中包括：（1）供给可呼吸的空气。

可呼吸空气可通过避难舱内的氧气瓶来提供，瓶装医用氧气可以维持在舱内人员呼吸96h，每人每分钟提供0.5L的氧气。使用氧气烛也是很好的一种供氧方式，它是一种容易贮存和使用方便的固体氧源。它蓄氧量高，类似于液氧的密度，大约是同体积压缩氧的3倍。氧烛比较稳定，不会产生泄露现象，并且具有产氧迅速快、产氧量大、设备体积小、重量轻和贮存期长等优点，可作为避难舱应急用的氧源。（2）维持避难舱的电源。

一些避难舱中的空气监测、空气净化、照明和电子控制系统都需要电源。在正常情况下，可利用矿井下电力系统供电。在特殊情况下，当矿井电力系统被破坏，可采用专门的外臵电池供电，通常外臵电池可以利用井下电源重复充电，以备紧急情况下使用。

（3）具备空气调节和过滤功能

气体传感器用来实时监测避难舱内空气成分的变化，以便启动相应的仪器，调节空气中各种气体的比例。因为人员要在避难舱内生存，首先要维持避难舱内空气中的氧气浓度在18.5%至23%；其次，避难舱内的二氧化碳的浓度不应高于1%。高温和高湿度不仅能引起最危险的中暑，还会形成一种紧张的环境。显然，避难舱内有不少电力设备、照明设备，外界传入避难舱的热量都可能引起避难舱内温度升高。人体每天产生 728～1456kJ的热量也会促使避难舱内温度升高。因此避难舱必须具备温度调节功能，控制舱内温度在35℃以内。

当人员与外界隔绝时，由于蛋白质的分解会不断散发出硫化氢、氮和各类酸类等气体。这些有害气体不仅妨碍呼吸，还会影响神经中枢，引起人头痛、恶心和呕吐。因此避难舱必须具备臭气处理净化功能，从而消除避难舱内的臭味、异味。

（4）避难舱的密封

避难舱里面处于正压状态，负压是不合适的，因为工人不是一次进入避难舱的，这就要求避难舱的门不停地打开和关闭，因为处于正压，这就防止了一些有害的气体迸入。

另外，如果避难舱封闭不严的话，正压也可防止有害气体进人。国外学者的研究发现，密封性不好的避难舱所造成的不利，影响远远大于避难舱的门开关数十次所带来的不利影响。

（5）其它功能

另外饮用水、急救箱、厕所等在避难舱中也是必不可少的。饮用水可预先储备，以备紧急情况下使用。在避难舱内，厕所一般为轻型可移动的厕所。另外灭火器、观察孔，通讯系统，储藏室（储藏水、食品、衣物和救援物品等）也应该配备。

五、避难舱标准基本要求

5.1避难舱和部件：

(1)暴露在矿井大气中的电气元件应该符合官方认定的本安标准；安放在避难舱内部的电气元件必须符合本安标准。(2)在舱体内部的持续噪音水平不得超过75分贝的。(3)在舱体内部或者过渡舱内不得释放有害或者刺激性的气体。

(4)避难舱应该设计成能够用移动的设备，如可用拖车安全的移动到其他位臵。

(5)避难舱结构应该设计成能够承受运输或操作过程产生的碰撞冲击。

5.2 舱内温度应该符合以下要求：

(1)要依照制造商的指示和说明的局限性使用，避难舱满员时的舱内温度不得超过35℃。

(2)在避难舱达到最大入住率，配臵需要部件的条件下，测定舱内温度，同时应该报告包括计算结果在内的试验结果。5.3 避难舱应该包括：

(1)双向通讯设施，矿井通信系统的一部分，可以在避难舱内被使用；它要与额外通信系统相融合，同时也要满足通信运营商的认可的“应急计划”中通讯协议的所要求的必要条件。

（2）确保避险人员的充足照明。

（3）有效地处理人体废物并具有减少令人反感气味的措施。（4）急救用品。

（5）修理部件的材料，零件和工具。（6）灭火器：

(i)符合煤矿井下使用要求的手提式灭火器；

(ii)正确使用灭火涉及如何使用化学品清除有害气体；(iii)在部署的时候，使用不产生有害副产品的低毒性灭火剂。

4.4 用来存放避难舱、部件和供给品的容器必须是：(1)密封、防水和防鼠啃咬的；

(2)不使用工具也能轻易打开关闭；(3)显著地标记出到期日期和使用说明。

六、主要检测项目及试验装置

6.1 主要检测项目

1、结构检测

包括空间检测、过渡舱检测、抗压检测、阻燃检测、密封性检测、有害气体释放检测。

2、可吸入空气检测

空气可维持时间检测、氧气浓度检测、供气流速检测、正压力检测。

3、环境监测

舱内外O2、CO、CO2、CH4等气体检测，环境温度检测。

4、有害气体过滤检测

主要过滤CH4、CO及其它有毒有害气体。

5、本安防爆检测

在需要配接其它电气设备情况下，其它电气设备如监测仪表、灯、通讯设备、电源等必须具有煤安认证。6.2 主要试验装臵

试验装臵主要由人工呼吸机、加温增湿器、温度计、流量计、气泵、压力传感器、温度传感器、二氧化碳红外分析仪、氧气分析仪、一氧化碳分析仪等组成。试验装臵示意图如下：

七、总结

在我国，每年的矿井事故（尤其是煤矿）都造成大量的人员伤亡，其中绝大多数都是由于灾难所形成的有毒烟气随风流蔓延，导致井下人员中毒、室息而死亡。而从国外应用避难舱营救被困人员的成功案例来看，在井工矿设立避难舱具有重要意义，的确大大提高了灾难情况下人员的生存机会。在我国由于没有制定避难舱的安全生产行业标准，煤矿还无法使用井下用避难舱，因此该中国煤矿避难仓安全生产标准一旦被实施，应急避难舱在我国煤矿的应用范围将会越来越广，这必将大大促进我国矿井的安全生产。

作者简介：

曾伟（1974—），男，黑龙江人，自动化专业硕士，现就职于煤科总院沈阳研究院，主要从事煤矿安全产品的研发。

报送单位： 煤炭科学研究总院沈阳研究院科技发展部

联 系 人： 丁佩英

联系电话： 024-24117656 电子信箱： lndingpeiying@163.com

建议：论文虽然是探讨我国煤矿移动式避难舱的行业标准，但应结合我国煤矿井下巷道布臵情况，增加说明安放和使用条件，否则有脱离实际之嫌。