矿用救生舱的研究

矿用救生舱的研究

在煤矿生产中，瓦斯、煤尘爆炸、火灾等事故频发，矿难发生的瞬间造成伤亡的矿工只占伤亡总人数的一小部分，大部分矿工是由于矿难发生后，自救器的有效作用时间较短，在其有效作用时间内不能到达安全地点，周围环境中产生大量有毒、有害气体致使矿工不能正常升井，进一步造成中毒或者窒息而死亡u，。矿难发生后的避险人员如何延长生存时间成功获得救援，是矿井救援急需解决的一个重要问题。而矿用救生舱可以为井下遇险人员提供一个能有效隔绝有毒有害气体，同时提供必要生存保障的密闭空间，进而对延长避险人员井下生存时间起到十分重要的作用。

2、救生舱的分类

目前，矿用救生舱根据舱体材质可分为硬体式救生舱和软体式救生舱，硬体式救生舱采用钢铁等硬质材料制成；软体式救生舱采用阻燃、耐高温帆布等软质材料制成，依靠快速自动充气膨胀架设。根据安装方式可分为固定式救生舱和移动式救生舱。固定式救生舱一般固定在矿井中的危险工作区域，移动式救生舱放置于工作面附近。紧急避险设施的建设应综合考虑所服务区域的特征和巷道布置，可能发生的灾害类型及特点、人员分布等因素，以满足突发紧急情况下所有服务区域人员紧急避险需要为原则来

选取救生舱的种类。由于移动式硬体救生舱能够随着作业场所的变迁而移动，具有方便灵活的特点，所以应用日趋广泛。

3、救生舱的系统组成

救生舱通常由舱体结构系统、生命保障系统与测控通信系统组成。生命保障系统中通常包括供氧系统、空气净化系统，气幕喷淋系统、压风泄压系统和降温除湿系统等部分，这些系统相互联系，有效实现救生舱的各项功能。

3.1舱体结构

国内外救生舱的舱体一般为分段组合式，通过不同长度舱体的组合，能够用于绝大多数煤矿的巷道。舱体在设计时，应充分考虑其强度和刚度，以确保在爆炸发生时，能够承受一定的冲击力。舱体结构按功能划分，主要由过渡舱，生存舱和设备舱组成。过渡舱是避险人员进入救生舱的快速通道，是救生舱中极为重要的一节舱体，可最大限度阻止舱外环境中有毒、有害气体和烟气的侵入。设备舱应配备有制冷及动力等装置。

3.2供氧系统

救生舱是煤矿井下环境中一个相对密闭的空间，人员在救生舱内避险所需的氧气必须能够持续供给一段时间，以满足人员的正常呼吸。当矿难发生时，空气由救生舱内的压缩氧气瓶供给。人体生存最适宜的0：浓度在18．5％～22．5％之间，高压医用氧可作为救生舱中氧气的主要来源121，高压氧气经过降压，再与压缩空气均匀混合后，才可使用。救生舱中应安装氧气传感器，可

检测氧气的含量，进而通过控制电路实现对氧气含量的自动控制，同时为防止自动控制系统出现故障，还应备有一套手动操纵系统，通过人为调节阀门的大小实现舱内氧气浓度的控制。

3.3空气净化系统

避险人员在救生舱中长时间生存必然会导致舱内CO、CO：、H：S、CH4等废气的产生。救生舱内应配备内外环境参数检测仪器，能对救生舱内的0：、CO、CO：、CH。、温度、湿度进行实时检测。CO气体是一种有害气体，会危及人的生命健康。避险人员从巷道进人舱体时，会带入少量CO气体，该气体与血红蛋白的超强结合力，能够使人进人中毒状态，因而舱内的CO气体吸附装置必须保证一定的处理速度，使得CO浓度能够在20rain内由0．04％降低0．0024％。CO：气体是人体在舱内产生量最大的废气，当其含量达到一定浓度时，会对人的生存造成严重威胁，因而必须将舱内CO：的浓度控制在安全范围内，一般国内外救生舱将CO：浓度控制在1％的范围内。

3.4气幕喷淋系统

过渡舱采用内外两道防护门，两道门之间构成一个密闭的缓冲空间。过渡舱配备具有防火、防高温烟气和毒气、防水等功能的空气幕系统和喷淋装置。当紧急情况发生时，立即打开舱门，同时电磁阀自动开启，压缩气瓶提供稳定的气流形成空气幕和喷淋雾幕。

3.5压风泄压系统

在救生舱内主要有两种供氧方式：外部压风系统和内部压缩氧气系统。当外部压风系统正常工作时，空气通过压风系统进入救生舱内，满足人员呼吸的生理需要；当外界压风系统被破坏而不能正常工作时，空气由救生舱内的压缩氧气瓶供给。舱压调节系统通过压差传感器来测取舱体内外相对压力。救生舱内要求舱内压力高于舱外压力100Pa到500Pa，当压差小于100Pa时，打开压缩空气进行舱内增压；当压差大于500Pa时，关闭压缩空气；当压差大于1000Pa时，进行泄压操作”1。舱体内正是通过压差传感器来保证舱内外的压差相对平衡，从而调节到适合人体生存的环境。

3.6降温除湿系统

当矿井发生火灾，爆炸等灾变时，会在周围环境中释放大量的热量，因而救生舱应能够具备一定的隔热性能，防止环境中的热量快速传递到舱内；同时避险人员在舱内长时间的生存，也会产生不小的热量，使得舱内的温度不断升高，影响人的正常生存。而空调系统可有效控制温度，使舱内保持最适宜的温度。空调的压缩机置于舱体外部，这就要求空调的防爆性能提出了较高的要求；空调的主机可置于舱体内部。救生舱中的空调系统要长时间运行，必须有足够的电力支持，可以说电池容量的大小直接决定着空调可运行时间的长短。目前工程上的蓄冷式制冷方法中，冰蓄冷和干冰蓄冷最为常用。矿难发生时，往往环境恶劣，救生舱的制冷方法宜采用冰蓄冷的制冷方法。救生舱内部的降温除湿是

十分重要的一项技术。降温除湿系统要求必须在保障人员安全的同时，为被困避难人员提供适宜生存的温度、湿度条件，以满足员工的生命的需求，为外界救援争取时间。

3.7测控通信系统

救生舱测控通信系统是根据煤矿井下电气控制系统设计标准和煤矿救生舱测控系统应用要求而设计，系统可分为动力部分、环境参数检测部分、环境调节控制部分、环境参数在线显示部分等，实现了舱内生存环境信息的动态平衡。动力系统部分的设计是依据救生舱内空气调节系统、控制系统、传感系统、照明系统的供电要求进行设计选型的。动力系统为救生舱内传感模块、微机模块、制冷除湿、压缩空气和照明系统等部分提供动力支持。

1)救生舱的舱体结构须经有限元软件进行分析计算，必要时经过防爆试验，可不断优化舱体结构的设计。救生舱安装完成后应进行系统性的功能测试和试运行，满足要求后方可投入使用。

2)救生舱将在救援行动中起到至关重要的作用，能够增加被困矿井员工的生存信心，为地面救援提供时间，提高了煤矿员工的存活率，因此，救生舱的研制和开发是十分必要的。