【導(dǎo)讀】我國的煤炭產(chǎn)量雖然只占世界煤炭產(chǎn)量的1/3，但煤礦礦。難死亡人數(shù)占世界煤礦事故死亡人數(shù)的4/5。世界每發(fā)生20起導(dǎo)致死亡人。家庭的破裂，同時(shí)也嚴(yán)重影響了中國的國際形象。提供清潔水源或必要的營養(yǎng)液。其中監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、壓風(fēng)自救、供。是由于事故發(fā)生后附近區(qū)域氧氣耗盡，同時(shí)含有高濃度的有毒有害。設(shè)包括為井下人員提供自救器建設(shè)井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施，合理設(shè)置避災(zāi)路線，2020年五月19日，國家安監(jiān)總局在山西潞安礦業(yè)集。事故發(fā)生后依然幸存，但最終只逃生和等待救援中喪生。的礦工安全，MSHA認(rèn)為，通過實(shí)施新的標(biāo)準(zhǔn)可挽救其中43名礦工的生命，中，經(jīng)過26h全力營救，72名礦工全部成功獲救。故，2名礦工及時(shí)躲進(jìn)220米外的硐室避難成功獲救。減少事故傷亡，促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。其后，MSHA和有關(guān)政府出臺了新的礦山安全管理規(guī)定，規(guī)定。生火災(zāi)或爆炸等次生災(zāi)害，突發(fā)緊急情況下人員盡可能撤離。越多的國家規(guī)定煤礦井下必須設(shè)立避難所。

　　

【正文】 （ 3） 式中 ： q1 —— 人員在不同活動狀態(tài)下的耗氧量， L/min； q3 —— 模擬艙的內(nèi)漏量， L/min； Vs —— 艙內(nèi)有效容積， m3； n — 艙內(nèi)人數(shù)。 待檢救生艙額定可承載人數(shù)為 n，艙內(nèi)人員的耗氧量 ( /min)L （救生艙按照 ： 人均耗氧量 ） ，則 抽氣量為： )m/(1 .9 2=Q inLn （ 4） 補(bǔ)氮量為： )m/(1 .5 2 5=Q N inLn （ 5） CO2 補(bǔ)充量： )m/(0 .3 6=Q2CO inLn （ 6） 熱補(bǔ)充： )(100=Q wn熱 （ 7） 濕補(bǔ)充 )80=Q gn（濕 （ 8） 表 42 試驗(yàn)結(jié)束后記錄參數(shù) 記錄項(xiàng) 單位 化學(xué)制氧耗氧量 Kg 或個(gè) 空氣 凈化系統(tǒng)藥劑量 Kg 空氣凈化系統(tǒng)耗電量 wh 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗能源量（耗冰） m3 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗電量 wh 環(huán)境監(jiān)測各儀表耗電量 Ah 動力系統(tǒng)總耗電量 wh 以上記錄數(shù)據(jù)均為 12h 試驗(yàn)結(jié)束后各系統(tǒng)能耗 。 氧氣供給保障系統(tǒng) 由于煤礦井下發(fā)生火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸、冒頂 等災(zāi)害事故時(shí)，都會致使救生艙周圍環(huán)境伴有缺氧、有毒有害氣體出現(xiàn)。因此，救生艙內(nèi)必須設(shè)置向避難人員提供氧氣以保證其能夠維持正常呼吸的供氧裝置。供氧裝置必須滿足以下要求： ① 避難人員 在救生艙 內(nèi)能夠呼 吸到純凈 的氧氣， 氧氣濃度 應(yīng)在%~23%之間 ； ② 氧氣供給量 及氧氣濃度必須滿足人體呼吸生理特點(diǎn)； ③ 氧氣供給時(shí)間必須滿足額定避險(xiǎn)人數(shù)避難時(shí)不少于 96 小時(shí)的生存時(shí)間； ④ 供氧裝置在井下特殊條件下不受環(huán)境影響能夠保證及時(shí)、可靠。 該公司生產(chǎn)的 救生艙 采用了 壓風(fēng) 供氧 、自備氧及自救器三級供氧保障體系， 保障救生艙內(nèi)人員呼吸氧氣濃度在 %~%之間 ，最高不超過 23%。 壓風(fēng)能力、噪聲測定 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求：速率應(yīng)不低于每人 m3/min，連續(xù)噪聲應(yīng)不大 于 70dB(A)，出口壓力在 MPa 之 間。 （ 2）試驗(yàn)方法 關(guān)閉防護(hù)門和密閉門，逐步打開壓風(fēng)供氧控制閥門至最大位置，記錄壓風(fēng) 進(jìn)、 出口壓力、 流速 ；當(dāng)閥門開至最大位置時(shí) ， 使用聲級計(jì)標(biāo)定零點(diǎn)后，在距壓風(fēng)出口 米處測量噪聲。試驗(yàn) 3 次，每次間隔半小時(shí)，取 3 次測量的平均值為測量結(jié)果。 （ 3） 試驗(yàn)結(jié)果 拱形救生艙：外接壓風(fēng)進(jìn)口壓為 ，出口壓力 。 噪聲測量值為： 三次取平局值得噪聲為： 圓形救生艙：外接壓風(fēng)進(jìn)口壓為 ，出口壓力 。 噪聲測量值為： 三次取平局值得噪聲為： （ 4）救生艙風(fēng) 量計(jì)算 拱形救生艙： 按人均供風(fēng)量 300L/min，避險(xiǎn)人數(shù) 10 人計(jì)算 所需中風(fēng)量為： 10 300L/min=3300 L/min 現(xiàn)流速取 2m/s；壓風(fēng)進(jìn)口管道直徑 d= 計(jì)算流量 流量流量為 6000L/min 3300L/min 圓形救生艙： 按人均供風(fēng)量 ，避險(xiǎn)人數(shù) 8 人計(jì)算 所需中風(fēng)量為： 8 300L/min=2640 L/min 現(xiàn)流速取 2m/s；壓風(fēng)進(jìn)口管道直徑 d= 計(jì)算流量 流量流量為 6000L/min 3300L/min （ 5）試驗(yàn) 結(jié)論 救生艙的 壓風(fēng)系統(tǒng) 都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 壓縮氧供氧 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 人均供氧量不低于 ；壓縮氧供氧時(shí) 氧氣濃度不低于 %。 （ 2） 需氧量計(jì)算： 40L 壓縮氧氣瓶，內(nèi)部壓力為 （取 13mp 計(jì)算），儲存氧量（按 ） ,根據(jù)公式 P1V1=P2V2 計(jì)算 ,一 瓶 氧 氣的 氣 體 體積=40L*(131)=4800 升 (考慮到氧氣瓶中有一定余壓 ,以 1mp 計(jì)算 ) 拱形救生艙： 10人 96小時(shí)耗氧量（ 倍余量） =10 96 60 = 31680 L 所需氧氣瓶數(shù)量 =31680/4800=≈ 7 圓形救生艙： 8 人 96 小時(shí)耗氧量（ 倍余量） =8 96 60=25344 升， 所需氧氣瓶數(shù)量 =25344/4800= （ 3）結(jié)論 拱形救生艙配備了 7瓶壓縮氧氣， 圓 形救生艙配備了 6 瓶壓縮氧氣，都滿足需求。 氧氣自救器數(shù)量計(jì)算 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 救生艙應(yīng)配備隔絕式氧氣自救器，自救器使用時(shí)間不低于 45min，配備量不低于額定人數(shù)的 倍。 （ 2）所需計(jì)算 拱形救生艙所需隔絕式氧氣自救器數(shù)量： 10 =15 圓形 救生艙所需隔絕式氧氣自救器數(shù)量： 8 =12 （ 3） 計(jì)算 結(jié)論 能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 化學(xué)產(chǎn)氧 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 采用化學(xué)氧供氧方式時(shí)，起動時(shí)間不超過 1min，且供氧濃度符合要求。 （ 2）試驗(yàn)方法 利用化學(xué)藥劑吸收二氧化碳產(chǎn)生氧氣的呼吸保護(hù)系統(tǒng)。 生氧劑是超氧化鉀（ KO2）。由人呼出的二氧化碳和水汽發(fā)生作用生成氧氣。其化學(xué)反應(yīng)式如下： 2KO2+H2O=2KOH+↑ + 2KOH+CO2=K2CO3+H2O+ 2KO2+CO2=K2CO3+↑ （ 3） 試驗(yàn)結(jié)論 從化學(xué)藥板的反應(yīng)原理可以看出 ,由人體呼出的 CO2 已經(jīng)與生氧劑反應(yīng)生成氧氣 ,既可以補(bǔ)充艙內(nèi)氧氣 ,又可以有效的控制艙內(nèi) CO2 的濃度。 空氣凈化與溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 由于避險(xiǎn)人員在救生艙第一道門開啟的過程中會帶入一定量的災(zāi)變有毒有害氣體，極易對人體造成二次傷害。系統(tǒng)將壓縮空氣通過噴氣氣幕釋放大量的氣流將有毒有害氣體驅(qū)之門外，不會隨著避險(xiǎn)人員的進(jìn)入而帶入救生艙。同時(shí)，由于避險(xiǎn)人員在密閉的救生艙長時(shí)間呼吸所產(chǎn)生的少量的CO 、 CO2 等氣體，會對艙內(nèi)空氣造成污染。而且，人體通過皮膚進(jìn)行散熱和外部空間的熱 源造成避險(xiǎn)系統(tǒng)溫度升高，自身汗液的蒸發(fā)造成溫度的升高。所以，救生艙必須具有空氣凈化系統(tǒng)和溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 壓縮空氣 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 艙內(nèi)空氣中的有害氣體 CH4≤ %； CO2% ； CO ≤ 24X106 （ 2）需空氣量計(jì)算 拱形救生艙：在艙門入口處有 50 個(gè)出風(fēng)口，對進(jìn)入的人員吹出壓縮空氣，保證艙內(nèi)正壓并清除有害氣體（洗氣），每人約 10s，出風(fēng)壓力 ，每個(gè)出風(fēng)口流量為 。 用外接壓風(fēng)系統(tǒng)洗氣：艙門外側(cè)安有洗氣開關(guān)，開啟艙門時(shí)，閥門開啟，風(fēng)管中吹出空氣，進(jìn) 入艙內(nèi)后，閥門關(guān)閉，洗氣完畢。 艙內(nèi)壓縮空氣洗氣：選用容積 40L，內(nèi)部壓力 的壓縮空氣瓶，壓縮空氣容量為 5400L（ ）。 洗氣用壓縮空氣 =10 247。 60 10 50=229 L 升壓氣噴淋裝置用空氣 :500L/min 2min=1000L 后備保證艙內(nèi)大于 100p— 500p 。 圓形救生艙：在艙門入口處有 50 個(gè)出風(fēng)口，對進(jìn)入的人員吹出壓縮空氣，保證艙內(nèi)正壓并清除有害氣體（洗氣） ，每人約 10s，出風(fēng)壓力 ，每個(gè)出風(fēng)口流量為 m3/min。 用外接壓風(fēng)系統(tǒng)洗氣：艙門外側(cè)安有氣動行程開關(guān)，開啟艙門擠壓行程開關(guān)動作，關(guān)閉艙門后行程開關(guān)關(guān)閉，停止洗氣。 艙內(nèi)壓縮空氣洗氣：選用容積 40L，內(nèi)部壓力 的壓縮空氣瓶，壓縮空氣容量為 5400L（ ）。 洗氣用壓縮空氣 =8 247。 60 10 50=440 L 1 個(gè)空氣瓶釋放出來的空氣就可滿足洗氣的用量 . 后備保證艙內(nèi)大于 100p— 500p （ 3）計(jì)算結(jié)論 拱形救生艙 配 40L 壓縮空氣鋼瓶 8 個(gè)用于后備正壓氣體保護(hù)及清洗有害氣體并可用于補(bǔ)充空氣中的氧氣。 圓形救 生艙配備 40L 壓縮空氣鋼瓶 5 個(gè)用于后備正壓氣體保護(hù)及清洗有害氣體并可用于補(bǔ)充空氣中的氧氣。 CO2 的 凈化 井下突發(fā)事故后，外界存在大量的有毒有害氣體，一方面由于人員進(jìn)入救生艙時(shí)會帶來大量的二氧化碳，另一方面由于避難的緊張心理以及快速的運(yùn)動會產(chǎn)生大量的二氧化碳，這就要求二氧化碳凈化裝置在緊急情況下具有高的吸附能力 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 救生艙對 CO2的 最大 吸收能力應(yīng)不低于 10L/min；二氧化碳吸收藥劑要具有高效、穩(wěn)定、不得產(chǎn)生二次污染的吸附能力。 （ 2）試驗(yàn)方法 關(guān)閉兩道艙門和密閉門，確認(rèn)單項(xiàng)排 氣閥、壓風(fēng)供氧和自備氧氣閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。向生存艙連續(xù)定量釋放二氧化碳?xì)怏w，利用二氧化碳傳感器監(jiān)測生存室內(nèi)二氧化碳濃度，當(dāng)生存艙濃度達(dá)到（ 177。 ） %時(shí)，停止通氣。 開啟凈化系統(tǒng)，開始計(jì)時(shí)。 記錄 二氧化碳濃度由 （ 177。 ） %降至 1%以下時(shí)所用的時(shí)間。 二氧化碳處理能力用下式計(jì)算： 21()M M VQ tN?? ? 式中： M1二氧化碳初始濃度值， % M2計(jì)時(shí)停止時(shí)的濃度值， % V生存艙的容積， L t二氧化碳濃度由 （ 177。 ） %降至 1%以下時(shí)所用的時(shí)間， min N額定人數(shù) （ 3） CO2 量的確定 設(shè)計(jì)有害氣體去除設(shè)施處理 CO2 的能力不低于 L/。 拱形救生艙：避險(xiǎn)人數(shù) 10人，避險(xiǎn)時(shí)間 96 小時(shí)，共需處理 CO2 量 28800 L。 圓形救生艙：避險(xiǎn)人數(shù) 8人，避險(xiǎn)時(shí)間 96小時(shí)，共需處理 CO2 量 23040 L。 利用化學(xué)藥劑吸收二氧化碳產(chǎn)生氧氣的呼吸保護(hù)系統(tǒng)。 生氧劑是超氧化鉀（ KO2）。由人呼出的二氧化碳和水汽發(fā)生作用生成氧氣。其化學(xué)反應(yīng)式如下： 2KO2+H2O=2KOH+↑ + 2KOH+CO2=K2CO3+H2O+ 2KO2+CO2=K2CO3+↑ 從化學(xué)藥板的反應(yīng)原理可以看出 （怎樣看出？） ,。 （ 4）試驗(yàn)結(jié)論 應(yīng)用化學(xué)板由人體呼出的 CO2 已經(jīng)與生氧劑反應(yīng)生成氧氣 ,既可以補(bǔ)充艙內(nèi)氧氣 ,又可以有效的控制艙內(nèi) CO2 的濃度在要求范圍之內(nèi)。 的凈化 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 艙內(nèi) CO 的含量必須保 小于 %以下。 （ 2）試驗(yàn)方法 關(guān)閉兩道艙門和密閉門，確認(rèn)單項(xiàng)排氣閥、壓風(fēng)供氧和自備氧氣閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。向生存艙連續(xù)定 量釋放一氧化碳?xì)怏w，利用一氧化碳傳感器監(jiān)測生存室內(nèi)一氧化碳濃度，當(dāng)生存艙濃度達(dá)到 （ 177。 ） %時(shí)，停止通氣。開啟凈化系統(tǒng)，開始計(jì)時(shí)。記錄 一氧化碳濃度由 %降到%所用的時(shí)間 （ 3）試驗(yàn)結(jié)果 一氧化碳濃度由 %降到 %所用的時(shí)間為 20分鐘 。符合標(biāo)準(zhǔn)要求 溫度控制系統(tǒng) （ 1）標(biāo)準(zhǔn)要求 艙體瞬間（≤ ）環(huán)境溫度 1200℃條件下，殼體無開裂、變形 等；持續(xù)環(huán)境溫度 60℃條件下，艙內(nèi)人員體感溫度不大于 35℃ （ 2） 熱量計(jì)算 拱形救生 艙： 避難人員一小時(shí)人體所散發(fā)出來的熱量為 :根據(jù)資料介紹 ,人體平靜休息時(shí)所散發(fā)的平均熱量 R=(m2 min),按人體身高 170cm,體重 70kg 考慮 ,據(jù)資料 ,人體表面積為 : S= 身高 (cm)+*體重 (kg)= m2 按避難人員 10 人計(jì)算 ,每小時(shí)人體產(chǎn)生的熱量為 : QR=R S N= 10 60= 由于人體吸收的熱量其中 70%用于維持基礎(chǔ)代謝 ,30%通過體表散熱 .所以 8 人在一小時(shí)內(nèi)向 艙內(nèi)釋放熱量為 QR1=QR 30%= 在高溫情況下 ,設(shè)艙體內(nèi)部環(huán)境溫度為 t1,艙外溫度為 t2,每小時(shí)向艙內(nèi)傳遞熱量為 : QC=KF△ t ( 1 ) 式中 :K傳熱系數(shù) ,W/( m2℃ ) F艙壁面積 , m2 K=1/(∑δ /λ ), W/( m2℃ ) ( 2 ) 式中 ： δ 1:鋼板厚度 , δ =10mm λ 1:鋼的導(dǎo)熱系數(shù) , λ = W/( m2℃ ) δ 2:隔熱層厚度 , δ =20mm λ 2:隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù) , λ = W/( m2℃ ) δ 3:鋼板厚度 , δ =1mm λ 3:鋼的導(dǎo)熱系數(shù) , λ =15 W/( m2℃ ) 計(jì)算 K=1/(∑δ /λ )=1/(++)= t:艙內(nèi)外環(huán)境溫差 t1 艙外溫度 60, t2 艙內(nèi)濕度 85%90%,艙內(nèi)人員體感溫度 35 時(shí) ,艙內(nèi)環(huán)境溫度 28 環(huán)境溫度△ t=t1t2=305K Q= 305=30527J 所以一小時(shí)艙內(nèi)增加的總熱量為 QS=+874741=905268J≈ 905KJ 二氧化碳的物理性質(zhì) :汽化熱 580KJ/KG ； 液體二氧化碳?xì)馄康某溲b系數(shù) ； 一瓶 CO2 的汽化熱 =580 40=15776KJ 需要的氣瓶總數(shù) =905 96 圓形救生艙：按避難人員 8 人計(jì)算 ,計(jì)算方法同拱形救生艙，得出需要的氣瓶總數(shù)為 瓶。 （ 3）計(jì)算結(jié)論