摘 要

近年来，社会、经济的高速发展带来了对矿产资源的高需求量，也带来了采矿行业的新机遇和新风险。在这个过程中，矿山井下安全避险这一领域为矿山生产加了一道“保险”，减少了损失，提升了经济效益，增强了矿山应对井下各种灾害和突发事故的能力，因而成为了矿山企业建设所关注的重点。

本文根据相关资料，为获各琦铜矿1450中段设计一套较完整的井下避险硐室体系：根据中段平面图确定避险路线，进而确定了避险硐室的位置和类型；设计了包括硐室布局、断面尺寸、配套系统在内的一整套避险硐室系统，并确保各部分有机结合，运转良好；完成硐室施工及后续维护步骤设计，有利于实际应用。

本文设计的避险硐室系统服务整个中段，有效提升了该中段的安全维护、灾害预防、应急处理能力。

关键词：避灾系统；避险路线；永久避难硐室；紧急避险

Abstract

In recent years, the rapid development of society and economy has brought about a high demand for mineral resources and brought new opportunities and risks to the mining industry. In this process, field of the mine safety and disaster refuge adds a "insurance" to the mine production, reduces the loss, improves the economic benefit, strengthens the mine's ability to deal with all kinds of disasters and accidents in the mine, thus becomes the focus of the mine enterprise construction.

According to the relevant data, a set of more complete downhole chamber system is designed for the middle section of the 1450 of the Qi Qi copper mine: the location and type of the refuge chamber is determined according to the plane map of the middle section, and a whole set of refuge chamber system including the layout of the chamber, the size of the section and the supporting system is designed. All parts are organically combined and run well, and the design of the chamber construction and subsequent maintenance is completed, which is conducive to practical application.

The designed refuge chamber system serves the whole middle section, effectively improving the safety maintenance, disaster prevention and emergency handling capability of the middle section.

Key words：refuge system；escape route；permanent refuge chamber；emergent refuge

目录

第一章绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外发展概况 2

1.2.1 国外发展 2

1.2.2 国内发展 3

第二章设计准备 5

2.1 设计依据 5

2.2 矿山概况 5

2.3 矿山地质现状 5

2.4 避险硐室概述 6

2.5 设计目标 6

2.6 基本设计原则及注意事项 6

第三章紧急避险路线设计 8

3.1 避险路线设计原则 8

3.2 避险路线具体设计 8

第四章避险硐室设计 10

4.1 避险硐室位置确定 10

4.2 避险硐室基本参数设计 10

4.2.1 避险硐室区域设计 10

4.2.2 避险硐室断面设计 12

4.3 避险硐室功能系统设计 14

4.4 避险硐室配套设备选择 16

4.5 其他设计 18

第五章避险硐室施工设计 19

5.1 硐室施工数据计算 19

5.1.1 硐室断面面积 19

5.1.2 硐室施工工程量 19

5.2 硐室爆破设计 20

5.2.1 爆破器材选择 20

5.2.2 布孔方案 20

5.3 硐室支护设计 21

5.3.1 支护方式选择 21

5.3.2 支护材料选择 22

5.3.3 支护工程量计算 22

第六章避险硐室系统维护与管理 23

6.1 系统管理 23

6.2 系统维护 23

第七章总结 24

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 课题背景

采矿行业作为国家经济建设的基石和命脉之一，对推动国家发展有着举足轻重的地位。然而，现状是：井下采矿突发事故的不确定性、不可控性，给井下作业人员的生命安全带来了威胁，也对井下设备财产造成了损失。因此，为了维持矿山的稳定生产，矿山安全问题就超过了矿山产量和生产效率，成了采矿业内的着重关注，同时也亟待解决的一大问题。

现如今的中国采矿行业，矿难事故时有发生，也造成了不小的伤亡和损失。而实际上，这些年相关法律法规的逐渐完善、老旧矿山的逐步关停、大型矿山的逐步规范整合，随着国家在安全方面的投入力度加大，整个采矿行业一直维持着总体稳定的安全形势与缓慢好转的发展趋势。然而，整个行业的事故总量仍然偏大，每年的事故率也常年居高不下。造成这种现象的原因，一是整个行业正处于工业化机械化快速发展的时期，有研究表明，这一时期同样也是安全事故高发的时期，这是客观的发展规律所决定的；二是随着地表及浅层矿物资源被开采殆尽，很多矿山开始逐步转入地下深部开采，深部复杂的地质条件给现有的采矿技术带来了新的挑战，也给旷工深部作业带来了更多的风险；三是在安全推广与监督上的力度与决心不足，仍然有许多矿山没有完成甚至不愿完成安全建设的规范化，很多安全设施的缺失使井下事故的预防和救援寸步难行。由此看来，虽然事故数和年死亡人数逐年下降，我国矿山安全形势仍然十分严峻。事实上，由于矿山生产的复杂性、恶劣的作业环境，采矿业的安全问题一直制约着所有矿山企业的发展，各种矿难事故不仅夺去了无数矿工的生命，造成了重大的财产损失和社会影响，更是对整个行业的未来的沉重打击。

为了应对这一严峻的形势，提高矿山企业的安全保障和预防能力，减少井下安全事故的发生和产生损失，国家安全监督总局早在2010年就提出，地下矿山企业应建设包括人员定位、监测监控、紧急避险、压风自救、供水施救、通信联络在内的“六大系统”以提升安全能力，又在11年发布了相关的建设规范条例。可以说这是一个采矿业安全领域的新时代，在国家的推动下，全行业的包括紧急避险设施在内的完备的安全系统建设工作已经势在必行。

1.1.2 研究意义

有研究发现，矿山井下发生突发事故时，大多数矿工在事故发生后依然幸存，却最终丧失于逃生和等待救援期间，这说明，造成作业人员伤亡的主要原因是事故引起的次生灾害以及逃生过程中避难措施不当、氧气和室温等维生必备因素缺乏，而不是事故发生瞬间产生的破坏。因为矿山井下环境复杂多变，难以预测，任何情况都可能随时发生，所有在发生紧急情况时保障井下人员的生命并维持安全就显得尤为重要，而这也是紧急避险系统及设施在井下发生突发事故使出路受阻、作业人员被困时所要达到的效果。总而言之，矿山井下安全避险设施的设计意义如下：

（1）事先划定好的应急避险路线能为矿区分段提供一套完善的避险逃生应急方案，让当事人能在第一时间正确处置突发事故，指引遇险人员向正确方向逃生，提高存活率，并减少损失，同时也能为地面救援作参考。

（2）安全避险硐室能为没能立即逃出的井下人员提供一个暂时或永久的封闭安全空间，以将可能的冒顶、烟尘、有毒有害气体、火灾和透水等外界未知的危险巷道环境相隔绝，从而显著提高突发紧急情况时人员的存活率。

（3）应急避险系统从通风、排水、防火、抗震、供暖、供电、通信、监测、补给、医疗等各个方面为遇险人员提供必要的生命保障物质，有利于井下人员展开自救，也为地面救援赢得宝贵时间。

（4）安全避险硐室将井下分散在各个分段的作业人员集中起来，便于统一管理以及自救工作，更有利于地面救援行动有针对性的展开，使救援效率和成功率大大提升。

（5）避险硐室系统的建设中，通过相关避险措施在井下的推广宣传，提高了井下作业人员的避险技能，丰富了井下安全知识储备，从而减少伤亡甚至减少事故的发生。

1.2 国内外发展概况

1.2.1 国外发展

随着近年来采矿行业的发展，矿山安全开始越来越多的受到重视，美国、英国、德国、法国、加拿大、澳大利亚、智利等矿业大国都开始了井下安全避险硐室系统的研究和应用。国外的这方面研究大多起源于井下避难场所的布置、笔仙的原则和效果考察等，发展到现在已经有了一定的成果：

（1）美国早期主要趋向于避难硐室研究，通过在井下用水泥建造简易的隔离墙等作为屏障，隔出一定空间来供人员避险，这种简易设施显然在各种事故中表现不佳，随后就被政府新出台的矿山安全管理规定中更安全更实用的标准避险设施所代替；

（2）加拿大最早出现了利用压缩空气供氧的应急面罩，后来逐步发展到专门的空气处理和通风系统，再到现在技术成熟的自救器等，与美国不同，该国的避难硐室最早是废弃巷道改造而来，经不断演变最终变成现代的避险硐室模式并入法；

（3）作为“矿车上的国家”，澳大利亚一直重视矿山安全的系统管理与研发，自21世纪以来就开始推广使用可移动式救生舱，同时配合自救器、引导绳和自救器中继站等设施，在实际应用中表现出色，效果突出，直到现在，其可移动式救生舱技术已经达到了相当高的层次。

总而言之，国外矿山紧急避难领域已经有了长足的发展，更产生了不少成果，积累了宝贵经验，有许多井下事故成功处理和救援的案例。他们不仅在避险设施技术上有突破，更把矿山井下安全这一块与国家法律法规、本地矿山特点、地下开采系统、工人安全教育结合在了一起，这些都是值得国内矿山企业学习的。

1.2.2 国内发展

近年来，国民经济的不断增长对矿产资源提出了新的要求，也给国内采矿行业安全问题带来了新的挑战。业内在安全领域发展虽然较快，但是距离国外还是有很大差距，百万吨死亡率等重要数据远远不足。自从国家安全监管总局发出规定并号召采矿行业加强安全避险“六大系统”建设开始，就引起了一股业内安全研究和建设的热潮，产生的成果让我国在国际矿山避险领域上有了一席之地。

国内安全避险硐室系统发展，主要在以下方面有所突破：

（1）政策法规方面，早在06年，国家科技部就把“矿井遇险人员紧急救援技术/设施”纳入了“十一五计划”，又在09年到12年间由国家安全监督总局连发数个《通知》，初步系统规定了矿山安全避险系统的定义和规范，并要求部分重点矿山企业开展试点建设，体现出国家对这一领域的重视，对避险硐室系统的发展起到了良好的监督促进作用。

（2）避难硐室设计和论证方面，国内研究者结合国家规定，对应急避险硐室的位置确定、结构设计、内部系统设计等进行研究，经过几年来的论证实验，已经基本确定了一套符合本国特色的避难硐室设计规范，达到了标准的统一化。

（3）避难硐室系统配套设备方面，国内已经发展出30多家专业研发矿用应急救生避险设备的企业，吸取国外的研究经验，并在此基础上跨领域结合船舶、航空航天的高精尖技术，在救生舱、自救器等关键设备技术上获得了独创性成果，有些甚至达到了国际先进水平，出口海外各国。

可以说，我国的矿山安全避险建设虽然起步晚，但却奋起直追，到现在已经能在部分技术上赶超国外了，然而，国内这一领域仍然有许多问题不容忽视。一是有些方面尚处于研发初期，技术上不够成熟，需要经过实践，用井下实地实验来检验并优化调整；二是在不少避险硐室设计中，没有重视其与周边工作面、巷道长度、通风状况、人员分布、逃生路线等客观条件的联系，没有考虑到该硐室系统实践服务区段的具体情况而因地制宜的作调整，致使硐室系统实际表现不够好。如果国内该领域能够更加注重细节与所有系统的整体性，必然能够更进一步。

第二章 设计准备

2.1设计依据

（1）《金属非金属地下矿山紧急避险系统建设规范》 AQ2033-2011

（2）《中华人民共和国矿山安全法》

（3）《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》

（4）《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定》安监总管 (2010)168号

（5）《建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》

（6）《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

（7）获各琦铜矿1450中段巷道平面图及相关资料

2.2矿山概况

获各琦铜矿位于内蒙古巴彦淖尔市狼山山脉中段北麓，行政区划属内蒙古自治区乌拉特后旗巴音宝力格镇管辖。矿区范围西起西大沟，东到东大沟，南至摩天岭，北至居力格台敖包，面积约为22km。矿区范围内地势平缓，属半丘陵地带，海拔高度为1900～2100m。

获各琦铜矿于1958年被发现，并于2003年由巴彦淖尔西部铜业有限公司收购并开始改、扩建及生产工作。同年，委托兰州有色冶金设计研究院经手设计露天转地下开采方案，设计开采规模130×10⁴t/a，于2005年投产，全面转入地下开采，后于2006年对铜矿再次扩建。截至2010年，获各琦铜矿实际达产采选规模已达147.4万吨，巷道回采率86.95%，矿石贫化率13.19%。经评估，该矿区可采储量1570.56万吨，矿山开采规模130万吨/年，预计服务年限15年。

铜矿由4个矿床组成，目前主要开采一号矿床1～19线1400标高以上部分地段，主产矿山铜，副产铅锌矿、银矿等，以CuI为主要开采对象，地下开采的采矿方式，主副井、措施井、副斜井、斜坡道联合开拓方式，上向水平分层充填采矿法、分段空场嗣后充填采矿法等采矿方法。

2.3矿山地质现状

获各琦铜矿位于狼山中段北麓，所处构造位置为华北地台北缘，狼山－白云鄂博台缘拗陷带中的狼山－渣尔太山褶断束和狼山复式背斜北翼，区内出露地层主要为太古界乌拉山群和中元古界狼山群地层。

整个矿区由4个矿床组成，一号矿床为铜、铅锌、铁多金属矿床；二号矿床以铁为主，少量铅锌矿化；三号矿床为铁矿床；四号矿床为铁、低品位铅锌矿床。其中一号矿床是大型铜多金属矿床，主矿体为铜矿体，伴生有铅锌、铁矿体，为矿区主要铜产区。

一号矿体中的铜矿体CuI与本设计相关，其矿体整体呈层状或似层状产出，平均厚度34m，最大厚度40m，走向与地层产状基本一致，总体沿63°～70°方向展布，为近东西走向，向南倾斜，倾角60°～80°。矿区主构造总体走向为80°，向南倾斜，倾角65°～80°。铜矿体主要赋存于条带状石英岩中，品位高、厚度大，硬度系数为8～10，矿体平均品位为1.23%，品位变化比较均匀。通过工程揭露铜矿体上、下盘都有不同程度的破碎带，局部矿段节理裂隙非常发育。

2.4避险硐室概述

避险硐室是一种建设在井下井底车场等处，在发生突发事故时供矿工避险的硐室，能够在隔绝外界危险环境的同时为矿工提供一个具有生命保障功能的封闭空间以供等待救援，从而提高事故生还率，减少损失。

避险硐室主要分永久性和临时性两种：永久性避难硐室一般是设在重要巷道区段、服务一片采区的大型硐室；临时性避难硐室则是随开采进度在工作面附近临时利用地形设置的，一般为周边人员应急避险用，规模较小。

避险硐室配套有通风、排水、通信、监测等一系列安全系统，与避难硐室、避灾路线等有机结合，共同组成了矿山井下避险系统。

2.5设计目标

以高效、经济、实用为原则，为获各琦铜矿1450中段进行包括逃生路线确定、避险硐室位置确定和结构尺寸确定、相关系统及设施设计在内的紧急避险硐室系统设计，同时设计合适的施工方案，确保该系统能正常运行，并能在井下突发事故中有效保障并维持作业人员的生命。

2.6基本设计原则及注意事项

（1）撤离优先。井下一切应急避险设计都应该为使人员安全撤离并升井这一目标服务，遇险人员也应该第一时间判断事故具体情况，并首先作撤离的尝试。

（2）避险就近。在遇到避灾路线被阻、缺乏自救器材或器材时效不足等情况而不能立即撤离时，应就近选择避难硐室或救生舱避险。

（3）综合考虑。逃生路线和避难硐室设计时应全面考虑人员分布、工作面分布、井筒位置、周围安全状况、巷道长度等，尽量满足每处每名井下人员的逃生或避险需求，同时便于地面营救。这样从整个矿山结构上进行避险设施设计，从而使其与其他设施结合成有机的整体。

（4）严格要求。避险设施作为井下安全工程，维系着作业人员的生命，这就要求设施的使用高效、运转可靠，要求按实地情况调整的适应性，要求反复实验验证以至最终验收合格的严谨性，这对避险硐室设施的设计和施工都提出了很高的要求。

第三章 紧急避险路线设计

3.1 避险路线设计原则

避险路线，是事先规划好的井下路线图，能让井下作业人员在坍塌、冒顶片帮、透水、火灾、中毒窒息等各种突发事故及危险因素中从井下各处快速、有序、安全撤离至逃生口（井筒等），可以说是矿工们的“生命线”。当井下发生突发事故时，相关负责人应立即判断形势，确定事故是否可控，若不可控，应该立刻考虑灾情以及自救器的时效，选择最短最优避险路线撤离。

由于井下巷道结构复杂、区域广泛、安全出口数量有限、灾时环境多变，为保证路径的安全有效、快速可靠，保证矿工能在最短时间内从危险区撤离至安全区，就必须在设计避险路线时综合考虑各种因素，为每一种可能的突发状况设置预案。避险硐室设计应遵循以下原则：

（1）考察岩层中的地质异常区和应力集中区，划定巷道平面中潜藏的危险区域和确定的安全区域，并以此为根据选择避险路线。