1应急逃生技术装备
为保障在突发紧急情况下遇险人员安全逃生的需要，近年开发应用了长时自救器、补给站、应急广播、避灾路线指引系统等设施设备。长时压缩氧自救器采用循环式气路设计，呼吸阻力小，佩戴舒适，维护简单;前后封口带封装方式，安全可靠，开启方便快捷;质量不超过4.5kg，最长防护时间120min;可随身携带或固定放置。补给站布置在避灾路线上，采用硐室或可移动舱式结构，接入矿井压风、供水管路及通信系统，内部储存一定量氧气、长时自救器、饮用水及急救用品等，具备正压维持能力，为人员逃生过程中更换自救器、补给水及伤情临时处置等提供安全空间或临时避险场所。为保证突发紧急情况下能以最简捷、快速途径通知、指导人员安全撤离，应急广播系统得到推广，并在江苏等省作为强制性要求。一些单位开发了矿井避灾指引系统，利用现有监控系统平台，通过应急通信、广播、指示牌等方式，在灾变情况下为遇险人员提供声光信号、路标指示及避险路线指引，已用于上百处矿井。
2紧急避险技术与装备
为了在突发紧急情况下为无法及时撤离的遇险人员提供一个安全的避险空间，紧急避险设施得到建设和发展，以避难硐室和可移动式救生舱为主体。由于我国确立了优先建设避难硐室的基本思路，救生舱在井下应用较少，总台数不超过1300台。为紧急避险设施的安全保障开发应用了一系列技术和装备。
2.1供氧技术与装备
在接入矿井压风管路的基础上，紧急避险设施的氧气供给主要有地面(或井下)专用钻孔、专用管路、自备氧等方式。永久避难硐室优先选择专用钻孔、专用管路供氧。随着钻进技术的发展，专用钻孔直径有逐步扩大趋势，最大680mm，可以利用该钻孔提升人员。为提高地面钻孔支持保障的及时性、有效性，应急救援车研究成功，具备空气及饮用水供给、应急电力供应、通信等功能，机动性能强、安装快捷方便。专用管路既可利用矿井现有压风系统，也可根据需要相对独立建造，但应保证抗灾变事故破坏能力，可以采用管路埋地、管路敷设保护或使用抗爆管材。有的矿井将供气、供水、通信、灾害感知管线功能集成，沿避灾路线敷设，既服务紧急避险设施，也支撑沿途设置的自救站、自救点。管线具备不低于0.5MPa的抗爆炸冲击能力，且与日常生产用系统相对独立，具有较高的安全可靠性。避险设施自备氧源最初多采用高压氧气瓶。越来越多的矿井认识到其潜在危险性及维护管理诸多问题，化学氧源得到重视和应用，目前主要有再生氧和氧烛2种方式。再生氧装置在国外应用广泛，我国自20世纪90年代起在军事和人防工程中装备，利用超氧化物(NaO2、KO2等)药板与空气中CO2和水反应产生氧气，借助自然对流促进空气循环。由于其反应熵与人体呼吸熵基本一致，能够满足封闭环境中人体的生存需要。突出特点是:无需外加动力，药板不燃不爆，安全可靠;存储时间长(不小于5a)，免维护，使用简单;空气质量高，具有杀菌清洁作用。中煤能源集团大屯孔庄矿和山西阳煤集团新元矿分别利用再生氧装置，在永久避难硐室进行了100人、19h和100人、48h载人试验，取得理想效果。氧烛自二次世界大战以来在美欧国家作为应急氧源得到普遍应用，在南非煤矿及我国人防工程中也有较长使用历史。其以氯酸盐(如MClO3等)为主体，添加少量催化剂、除氯剂和粘结剂，经机械混合加压成型，制成药柱，形似蜡烛。药柱上端中心装有启动剂，利用瞬间高温与启动剂接触引发分解产氧反应。随着产氧反应进行，反应面沿柱体轴向缓慢下移。由于分解产氧属放热反应，传统氧烛会产生超过300℃的表面高温，限制了其在井下的使用。新一代氧烛使用超级复合绝热技术，可将装置表面温度控制在50℃以下，为在井下使用创造了条件。具有产氧能力大，产氧平衡，不受环境温湿度影响;安全性好，无需安装，免维护;储存时限长(不小于5a)等显著特点。
2.2有害气体处理技术装备
避险设施有害气体处理可以采用通风排出或化学处理的方式。在利用钻孔、专用管路或矿井压风系统供风能够有效排出有害气体时可不另设有害处理设施。去除CO主要有贵金属催化剂、陶瓷金属整体催化剂等，低温纳米金催化剂、常温纳米金属钯催化剂的催化转化率可达98%以上。去除CO2主要有Ca(OH)2、KOH、LiOH等，可采用分散去除或集中处理的方式。分散去除是将装有化学药剂的幕帘分散悬挂在避险设施内人员集中的地点，自动高效地吸收CO2，无需动力，过滤效率高，环保效果好。使用时只需将幕帘从真空袋中取出，挂在挂架上，简单方便。集中处理是利用通风机强制空气流经装有药剂的净化箱而进行空气净化。目前开发的通风机有电动、气动或人工方式，相应需要电力、高压气源或利用人力，功率30～115W，风量55～580m3/h。
2.3温湿度调节技术装备
避险时人体、设备运行、有害气体去除等都会产生热量，外界也可能有热量导入，避险设施温湿度调节措施必不可少。需要以隔热设计为基础，与热负荷计算相匹配，对温湿度调节系统进行具体设计。在围岩温度不高，采用钻孔供风、专用管路供风能有效控制环境条件的情况下可不另配降温系统及装备。近年紧急避险降温技术装备得到发展，蓄冰制冷、液态CO2制冷得到应用，相变制冷、压风制冷、化学制冷等也有试验、试用。蓄冰制冷是利用蓄冰融化吸热而降温。制冰设备主要采用电动方式，也有矿井采用压风系统驱动气动制冷机的方法。冷气排放多利用电动或气动风机强制风流通过冰柜中风道带走冷气;也有设备采用温差动力超导环流技术实现冰柜冷量与外界高效无动力循环，当外界需要冷量时打开控制装置，在超导作用下冰柜中冷量自动循环到超导散热器上，带动冷热交换。蓄冰制冷的优点是冰或水相对安全，不会带来次生灾害;缺点是冰柜体积大，平时耗能多，维护成本高。液态CO2制冷是利用CO2从液态变气态过程中大量吸热(1kg液态CO2汽化可吸收292kJ热量)而降温的方法。设备简单，工作时不需能源，防爆安全性较好，在国外煤矿井下得到较多应用。但需要储存的液态CO2量很大(1台10人救生舱需40L的CO2气瓶70个以上)，可能发生泄露、次生灾害等问题，且当温度高于31.9℃时会失去制冷作用，限制其使用范围。相变制冷是一种新型的制冷技术，利用材料相变过程中吸热实现降温。近年研究的井下相变材料主要为无机材料，相变温度24～27℃可调，相变压力为常压，相变潜热大多为160～190kJ，个别达到240kJ。相变制冷的优点是设备简单，基本不需维护，工作不耗能;缺点是占用体积及需要的散热面积大，相变材料的时间特性需进一步克服，以防止长时间存储时相关性能衰减、丧失。压风制冷是使压缩空气在涡流管中高速旋转，分离出2股不同温度的空气，一股是冷空气(最低－20℃)，另一股是热空气(最高110℃)。将冷空气引入井下紧急避险设施而降温。流量为15m3/min的压风经过涡流管后可产生10kW的冷量，相当于几台立式空调。压风制冷在中煤能源集团平朔井工一矿的避难硐室中已有成功应用，但要求矿井压风系统在灾变时期必须保持完好;耗气量较高。化学制冷是利用盐类物质溶解时吸热的特性。使用时需要不断更换新水，给灾变时期的使用带来困难;使用铵基材料的制冷剂时会不同程度地释放出氨气，给使用带来影响;长期存放会结块。化学制冷方式在井下应用还有待大量研究。
2.4大容量防爆后备电源
避险设施对能源的需求促进了大容量防爆后备电源的研究开发。GB3836—2010防爆标准明确规定:存在析氢危险的蓄电池不得在隔爆外壳内使用，目前开发的大容量防爆后备电源主要为锂离子蓄电池电源、锂－二氧化锰原电池电源和铅酸贮备电池电源。锂离子蓄电池具有比能量大、无记忆效应、放电电压高、使用寿命长等特点而受到关注，但在一些条件下可能发生内部爆炸、使用维护要求较高等特性制约其在井下使用。目前规定井下使用的大容量防爆锂离子蓄电池电源的单体电池最大容量不超过60A•h，采用串联方式联接，隔爆外壳可承受不小于1.5MPa的静压试验;电池管理系统应对电池电压、电流、表面温度、容量等进行监测和保护。锂－二氧化锰原电池无需在井下反复充电，安全性较高，存储寿命长(不低于3a)、维护工作量小等特点适于避险设施的工况要求。目前对大容量防爆锂－二氧化锰原电池电源的管理基本同于锂离子蓄电池电源，但由于无需充电，电池管理系统相对简单。铅酸贮备电池是将充好电的铅酸电池电解液抽出，存放在电池槽上方，待用时电池处于干荷状态。需要用电时通过启动装置将电解液重新输送到电池槽中而形成可使用的电池。由于无需在井下充电而不会析氢，可以制造成矿用隔爆型。其特点是安全性高，容量可达数百甚至上千安时，存储寿命长(不低于3a)、免维护，适于避险设施的工况要求。缺点是放电电压低、体积较大。
3紧急避险系统发展趋势分析
井下紧急避险技术与装备尚处于起步和开创阶段，许多方面尚需进一步发展、完善和提高。发展的重点是提高技术装备对避险设施的适应性、安全可靠性、使用维护方便性及智能化与低功耗，并力求在误操作下也不致发生事故。1)优化设计技术。根据矿井地质、生产技术条件和可能发生的灾害事故类型，在风险分析的基础上进行紧急避险系统优化布局，避险设施类型与位置优选，与其他安全系统有机结合。在风流场、温度场模拟分析的基础上进行避险设施供氧、有害气体去除、温湿度调节等系统的优化布局设计与设备选型。2)安全保障技术。发展新型氧源，提高储氧能力及供氧可靠性，降低产氧过程中的热量及温度，逐步取代压缩氧源;发展压风管路安全保障与应急处置技术，在管路因故受损后能自动阻断漏风而保证其他地点的供风需要;发展新型高效低功耗气、电动空调技术，并实现降温、除湿、空气净化等功能集成;提高相变制冷技术可靠性，控制或消除功效时间效应;发展适合井下环境的新型有害气体处理药剂及设备;发展新型大容量防爆电源，提高安全性及抗灾能力;研究避险环境智能化监测与控制技术，实现“一键”全启动和“傻瓜式”操作;发展避灾路线自动生成与指示系统，自动根据灾情发展生成、指引优化的避灾路线;进行透地通信系统的实用化研究。3)试验验证与维护管理技术。目前避险设施建成后的功效验证大多通过载人试验方法，救生舱及中煤能源集团平朔井工一矿等的永久避难硐室建成后进行了载人试验，应进一步发展模拟验证技术方法。此外，避险技术装备平时处于应急备用状态，其可靠性及完好程度通常难以掌握，应发展设备监测与自诊断技术、药剂失效指示、后备电源容量自评估系统等;进一步研究适应井下环境条件和配套设备特点的维护管理和检测检验技术，以保证在线设备时刻处于安全可用状态。4)培训与应急演练。将动画演示、虚拟现实技术等用于紧急避险培训，开发相应的培训系统，实现参与式培训;与矿井应急演练有机结合，保证人人具备安全避险技能，对避险设施人皆会用。
作者：杨大明 单位：安标国家矿用产品安全标志中心
