避难硐室冷媒制冷技术方案1.docx
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避难硐室冷媒制冷技术方案1
山西吕梁中阳梗阳煤业有限公司
永久避难硐室
技术方案
中煤机械集团有限公司
2012/2/29
技术方案
由山西吕梁中阳梗阳煤业有限公司矿井设计:
永久避难硐室平面图、断面图,图号:
S1903-175-01、S1903-175-01;永久避难硐室通道台阶扶手平面图、断面、剖面图,图号S1903-117-00为依据,现拟定设计避难硐室额定避难人数为100人。
一、方案制定的依据
1、《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发【2010】23号文);
2、《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》(安监总煤装〔2010〕146号);
3、《关于印发煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定的通知》(安监总煤装〔2011〕15号文);
4、《关于印发煤矿井下安全避险六大系统建设完善基本规范(试行)的通知》(安监总煤装〔2011〕33号文);
5、山西文龙煤矿工程设计有限公司永久避难硐室设计图(S1903-175-01/02)。
二、避难硐室的基本要求
根据《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发[2010]23号)的要求,煤矿开展紧急避险设施、矿井安全监测、人员定位、压风自救、通信联络等六大系统的建设,形成井下整体性的安全避险系统。
紧急避险设施,《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定的通知》(安监总煤装[2011]15号)提出了具体的要求,紧急避险系统建设包括为入井人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、科学设置避灾路线和制定应急预案等。
紧急避险设施是在井下发生火灾、爆炸、突出等突发紧急情况时,为无法及时撤离的避险人员提供一个安全的密闭空间,对外能够抵御高温烟气,隔绝有毒有害气体,对内提供氧气、食物、水,去除有毒有害气体,创造生存基本条件,并为应急救援创造条件、赢得时间。
井下紧急避险设施主要包括永久避难硐室、临时避难硐室、可移动式避难硐室。
永久避难硐室一般设置在井底车场、水平大巷、采区(盘区)避灾路线上,服务于整个矿井、水平或采区,服务年限一般不低于5年。
临时避难硐室一般设置在采掘区域或采区避灾路线上,主要服务于采掘工作面及其附近区域,服务年限一般不大于5年。
避难硐室的要求,与可移动式救生舱一样,都应具备安全防护、氧气供给保障、空气净化与温湿度调节、环境监测、通讯、照明、动力供应、人员生存保障等基本功能,并满足以下基本要求:
(一)在无任何外部支持的情况下维持额定避险人员生存96h以上。
在整个额定防护时间内,内部环境中O2在18.5%~23.0%之间,CO2≤1.0%,CH4≤1.0%,CO≤24×10-6,温度≤35℃,湿度≤85%。
(二)能够接入矿井压风管路,设有减压装置、消音装置、过滤装置和控制阀,压风出口压力0.1~0.3MPa,供风量不低于0.3m3/分钟人,连续噪声不大于70dB。
(三)布置直达地表的大直径钻孔的永久避难硐室、无钻孔永久避难硐室及临时避难硐室,均应配备自备氧供气系统和有害气体处理设施。
在额定防护时间内提供避险人员人均供氧量不低于0.5L/min,CO2处理能力不低于每人0.5L/min,CO处理能力应不低于20min内将400ppm降到24ppm。
并保证避险设施内始终处于不低于100Pa的正压状态,防止有毒有害气体渗入。
配备的高压气瓶供气系统应有减压措施以保证安全使用。
(四)配备接入矿井供水管路接口,设置供水阀。
(五)配备独立的内外环境参数检测或监测仪器,在突发紧急情况下人员避险时,能对避险设施过渡室内的O2、CO,生存室内O2、CH4、CO2、CO、温度、湿度和避险设施外的O2、CH4、CO2、CO进行检测或监测。
(六)配备额定防护时间内额定人员生存所需要的食品和饮用水,食品不少于5000kJ/人·天,食用水不少于1.5l/人·天。
(七)配备自救器、急救箱、照明、工具箱、灭火器、人体排泄物收集处理装置等辅助设施。
自救器应为隔离式,使用时间不低于45min,数量不低于额定避险人数的1.1倍。
(八)紧急避险设施的总容量,应满足突发紧急情况下所服务区域全部人员紧急避险的需要,包括生产人员、管理人员及可能出现的其他临时人员。
备用系数,永久避难硐室备用系数不低于1.2,临时避难硐室备用系数不低于1.1。
(九)硐室采用锚喷、砌碹等方式支护,支护材料应阻燃、抗静电、耐腐蚀,顶板和墙壁的颜色为浅色。
硐室地面高于巷道底板不小于0.2m。
(十)有条件的矿井为永久硐室布置由地表直达硐室的钻孔,钻孔直径不小于200mm。
三、避难硐室的各系统的方案设计:
避难硐室内部设置,具备安全防护功能、氧气供给保障、有害气体去除、环境监测、通讯、照明、动力供应、人员生存保障等基本功能,在无任何外界支持的条件下额定防护时间不低于96小时。
为达到上述功能,需要采用相应的技术方案。
1安全防护系统
1.1基本要求
避难硐室的防护,包括防爆门和密闭门、洗气系统。
防爆门要求是能抗≥0.3Mpa的冲击压力,并有气密性。
生存室内布置1趟单向排水管和2趟单向排气管。
排水管和排气管加装手动阀门。
过渡室内设压缩空气幕和压气喷淋装置。
1.2防爆门
防爆门是硐室的第一道防护,安监总煤装[2011]15号文要求抗冲击压力不低于0.3MPa,选我公司自主研发的防爆门,抗冲击压力≥1.5MPa。
1.3洗气系统
洗气系统包括气幕和喷淋装置,气源一般采用压风。
为保证洗气的可靠性,增加二组瓶装压缩空气用于洗气,每组放置6瓶压缩空气,二个过渡室各放置一组。
2供氧系统的方案
在避难硐室内,避难人员保障生命的第一要素是氧气。
在低氧或缺氧的矿井下,氧气是维持生命必不可缺的元素。
在矿难发生后,向避难硐室内提供足够的氧气是保障舱内人员生命安全的关键环节。
同时,控制氧气浓度也是非常重要。
缺氧,可导致舱内人员无法进行正常的生理活动;多氧,又能造成“氧中毒”。
所以,合理控制避难硐室内的氧气浓度是供氧系统的一个重要的要求。
2.1供氧方法简述
氧气的来源主要有空气中自然存在的氧、浓缩的纯氧、化学氧供氧。
空气中自然存在的氧,可以采用矿井井下压风管道提供的压缩空气,作为氧气的来源。
具有持续供应、供应量大等优点,但易受矿井事故影响,供应不能保证。
可作为第一级供氧源。
在压风供氧中断的情况下,需要有稳定的氧源向避难硐室内供氧,一般采用的方法是压缩氧、化学氧。
压缩氧是利用氧气可压缩、低温可变为液体和固体的特性,进行储存。
常温高压气态储存氧气广泛应用于医学、航空航天、消防、煤矿等领域,是最为成熟的气体储存技术。
而低温超临界液态储存和低温亚临界储存的系统复杂,需要很好的绝热措施,因此不考虑此方法。
化学氧供氧是经化学反应,使富氧化物分解供人们应用的一种氧气来源。
此方法简单、使用方便,但存在供氧不稳定、放热等缺点。
2.2系统设计及方案确定
本供氧系统采用二级供氧方式,第一级为压风供氧、第二级是医用压缩氧气瓶供氧。
同时配备呼吸自救器,来保障避难硐室内人身呼吸的氧气。
2.3压风供氧系统
压风管道供氧,是利用矿井井下压风管路或由地面直达的压风管提供的压缩空气,利用接口联接,将压缩空气接入避难硐室进行供氧。
压风管道供氧,具有供风量大的优点,救援时间长,避难硐室内的生存环境与地面接近。
并能带走生存室内的热量,不需要制冷。
压风管道供氧系统在确定压风管道没有被破坏后,首先开启总阀门,压缩空气从接口处进入供氧系统。
2.3.1基本要求
根据《矿井压风自救装置技术条件》MT390-1995中的规定,装置应具有减压、节流、消噪声、过滤和开关等功能,装置操作应简单、快捷、可靠,其装置适用的压风管道供气压力为0.3~0.7MPa,供氧速率不低于每人0.3m3/min(标准状态下),保障人员96h的氧气供应量,连续工作时的噪声应小于70dB(A),出口压力为0.1~0.3MPa。
在压风管道供氧系统连续供氧(或压缩氧气钢瓶供氧)的同时,需要对避难硐室进行泄压。
泄气管路安装2道,泄压管路包括截止阀、泄压阀等组成。
2.3.2过滤器的选择
压缩空气,是利用井下工业用气,压缩空气中含有油、水、颗粒杂质,不能用于人体的呼吸之用,需要进行过滤并达到呼吸的要求。
过滤选用进口过滤器,采用三级过滤,分离油水并过滤掉颗粒型杂质,过滤后的空气中油含量不超过0.003ppm、颗粒在0.01mincrom以下。
供气量计算:
选用A126型过滤器,最大流量为530m3/h,即9m3/min。
选用4组过滤器,则总供风量为4*9=36m3/min,大于要求100人硐室的需风量为100*0.3=30m3/min,供风量满足要求。
4组过滤器均匀布置在生存内。
A126型过滤器技术数据:
过滤器型号:
A126(X25);
管道尺寸:
1.25寸;
流量:
540Nm3/h,即9m3/min;
重量:
大约3.5千克;
滤芯型号:
E821(X25)
最大粒度等级达到:
ISO8573-1:
2001(4);
最大含油量等级达到:
ISO8573-1:
2001;
20℃(60°F)下的最高含有成分:
10㎎/m³、8.2PPM;
最高温度:
120℃、248°F;
压力损失-清洁&干燥:
30mbar、0.4psi;
压力损失-油饱和:
50mbar、0.7psi;
压力损失-滤芯更换:
400mbar、6psi;
最高工作压力:
16barg、232psig;
滤芯端盖颜色:
黑色
2.4压缩氧气钢瓶供氧系统
压缩氧气钢瓶供氧系统是供氧系统中第二级,也是最重要的保障措施。
氧气瓶采用医用高压氧气钢瓶,钢瓶中氧气浓度不低于99.5%,在额定保护时间内提供供氧量不低于0.5L/min每人,氧气浓度在18.5%~22%之间。
当压风管道系统在矿难中发生破坏不能正常使用时,压缩氧气供氧系统开始工作,提供所需的氧气。
系统采用多个高压氧气钢瓶,通过带单向阀的金属软管,经过膜片阀、带压力表和安全阀的减压阀、可调式玻璃转子流量计、消音器,向避难硐室内供氧。
供氧量计算:
一般人在轻微体力劳动时每人最低耗氧量,耗氧量约为0.4L/min,静止状态时,耗氧量约为0.25~0.35L/min。
人在避难时,大部分时间是静止状态,氧气量按轻微体力劳动时最低耗氧量计算,还需要考虑一定的富余量。
按要求,供氧量不低于0.5L/min·人。
因此,计算依据:
人均耗氧量为Q1=0.5L/min。
规定要求,如避难硐室设有地表直达硐室的钻孔,供氧时间不少于24h。
根据山西吕梁中阳梗阳煤业有限公司矿井设计永久避难硐室无钻孔的条件,供氧时间取96小时。
每人96h耗氧总量为:
V1=Q1×T=0.5×96×60=2880L
选用V2=80L氧气瓶,每支气瓶可用氧气体积为:
V3=△P·V2=140×80=11200L
共需要氧气瓶数为:
Z1=100(V1/V3)=100(2880/11200)=25.7(支)
永久硐室20%的安全系数,Z=Z1·(1+20%)=30.8(支)
压缩氧气的数量取32瓶。
2.5自救器供氧
为使避难所防护失效后避难人员能够逃生,根据《煤矿井下避难所试点建设基本要求》(试行)的要求,自救器使用时间不少于45min,配备数量不低于额定人数的1.2倍。
自救器选用现有成熟、已取得煤安标志的产品。
2.6供氧的控制
避难硐室启用时,打开机械式阀门,供氧系统开始工作。
避难硐室停止使用时,关闭机械阀。
避难硐室启用时,两套供氧系统的启动顺序是:
先启动压风系统供氧,如压风管道供氧不正常;则立即启动压缩氧气钢瓶供氧系统。
系统由人工控制。
3避难硐室有毒有害气体处理系统
避难硐室内部密闭空间能与外界矿井的大气环境隔离,形成独立的空气系统。
在避难硐室启用后,避难硐室由于人员的活动,会产生一定量的有毒有害气体,致使避难硐室内密闭环境空气受到污染,对避难硐室内人员的生命
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