第３６卷 第６期２０１６年１１月
西安科技大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ ６
Ｎｏｖ ２０１６
ＤＯＩ：１０．１３８００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘａｋｊｄｘｘｂ．２０１６．０６０５文章编号：１６７２－９３１５（２０１６）０６－０７８７－０６
基于瓦斯煤尘爆炸的矿井紧急避险系统研究
贾齐林１，吴 蒸２，３，沈 虎４，刘 萌２
（１．中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安７１００５４；２．西安科技大学能源学院，陕西西安７１００５４；
３．教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西西安７１００５４；４．陕西陕煤铜川矿业公司，
陕西铜川７２７０１５）
摘 要：为了更科学合理地布置矿井紧急避险系统，以瓦斯煤尘爆炸为例，引用炸药爆炸规律将
瓦斯煤尘爆炸的伤害划分为非常严重区、严重区和轻微区；运用爆炸超压值衰减理论、热辐射伤
害准则和毒物－浓度伤害准则，建立了矿井瓦斯煤尘爆炸三区伤害范围划分准则；结合瓦斯煤尘
爆炸的特点及不同紧急避险设施的优缺点，对井下避险设施的合理位置和类型进行了探讨。结
果表明：非常严重区和严重区以冲击波伤害为主，轻微区以有毒有害气体伤害为主；在非常严重
区设置避难设施对瓦斯煤尘爆炸事故无效；在严重区中部应设置抗爆性较高的可移动救生舱；在
轻微区内宜设置密闭性较强的避难硐室。
关键词：紧急避险系统；瓦斯煤尘爆炸；三区伤害划分准则；临时避难硐室
中图分类号：ＴＤ７１２；ＴＤ７７＋４ 文献标志码：Ａ
Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｆｕｇｅｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ
ｕｎｄｅｒｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎ
ＪＩＡＱｉ ｌｉｎ１，ＷＵＺｈｅｎｇ２，３，ＳＨＥＮＨｕ４，ＬＩＵＭｅｎｇ２
（１．ＣｈｉｎａＣｏａｌＸｉ’ａｎＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；
３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷｅｓｔｅｒｎＭｉｎｅＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＨａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；
４．ＴｏｎｇｃｈｕａｎＭｉｎｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｏｎｇｃｈｕａｎ７２７０１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｒｒａｎｇｅｃｏａｌｍｉｎｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｆｕｇｅｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙａｎｄｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａ
ｂｌｙ，ｔａｋｉｎｇｍｉｎｅｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｌａｗｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｉｓ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄｔｏｄｉｖｉｄｅｉｎｊｕｒｙｒｅｇｉｏｎｓｉｎｔｏｖｅｒｙｓｅｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎ，ｓｅｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎａｎｄｇｅｎｔｌｅｒｅｇｉｏｎ．Ｕｓｅｄｔｈｅａｔ
ｔｅｎｕａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｉｎｊｕｒｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｄｏｓａｇｅａｎｄｐｏｉｓｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａ
ｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｒａｎｇｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｒｅｇｉｏｎｓｉｓｇｉｖｅｎ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ
ｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｕｇｅｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｗｅｓｔｕｄｙ
ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｆｕｇｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｅｒｙｓｅ
ｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎａｒｅｓｕｂｊｅｃｔｔｏｂｌａｓｔｗａｖｅ，ａｎｄｔｈｅｇｅｎｔｌｅｒｅｇｉｏｎｉｓｓｕｂｊｅｃｔｔｏｐｏｉｓｏｎｏｕｓ
ｇａｓｅｓ．Ａｎｄｒｅｆｕｇｅｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｄｏｎ’ｔｗｏｒｋｉｎｖｅｒｙｓｅｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎ．Ａｎｄｍｏｖａｂｌｅｒｅｓｃｕｅｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇ
ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｏｆｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｓｅｒｉｏｕｓｒｅｇｉｏｎ．Ａｎｄｒｅｆｕｇｅｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｇｏｏｄａｉｒｔｉｇｈｔｎｅｓｓ
ｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｔｉｎｔｈｅｇｅｎｔｌｅｒｅｇｉｏｎ．
收稿日期：２０１６－０６－１２ 责任编辑：杨泉林
基金项目：陕西省自然科学基金（２０１１ｊｙ００５）；陕西省岩层控制重点实验室项目（１３ＪＳ０６６）
通讯作者：贾齐林（１９５７－），男，河南沁阳人，高级工程师，Ｅ ｍａｉｌ：１８７１０８００８１７＠１６３．ｃｏｍ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｆｕｇｅｓｙｓｔｅｍ；ｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｒｅｇｉｏｎｓｒａｎｇｅｃｌａｓｓｉ ｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｏｒａｒｙｒｅｆｕｇｅｃｈａｍｂｅｒ
０ 引 言
中国矿井紧急避险系统研究和应用起步较晚，在政府和煤矿企业的共同努力下，近年来得到了较快发展。在不到十年时间内完成了从初步认识到全面推广应用的过程。由于对相关理论和技术研究不够，在推广应用中出现了一些问题，对紧急避险系统的发展产生了一定的负面影响。笔者认为，紧急避险系统对矿井灾害的作用是值得肯定的，但就目前而言，针对不同灾害特点的紧急避险系统理论尚未成熟，对一些科学问题应进一步研究。
据统计［１］，国有大中型煤矿中，２６．８％是高瓦斯矿井，１７．６％是煤与瓦斯突出矿井，５５．６％是低瓦斯矿井；在地方国有煤矿和各类乡镇煤矿中，１５％是高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井。
矿井重特大事故中，瓦斯煤尘爆炸事故占了相当大的比例［２－３］。《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》要求：突出煤层的掘进巷道长度及采煤工作面推进长度超过５００ｍ时，应在距离工作面５００ｍ内建设临时避难硐室或设置救生舱；其他矿井在距离采掘工作面１０００ｍ范围内建设避难硐室或设置可移动救生舱。针对瓦斯煤尘含量不同的煤矿，紧急避险系统如何布置才合乎科学，这对煤矿企业的安全生产和节约资金具有重要意义。所以，文中拟对瓦斯煤尘爆炸下紧急避险系统进行研究。
１ 瓦斯煤尘爆炸伤害模型
瓦斯煤尘爆炸是瓦斯煤尘在井下巷道中共同参与爆炸的结果，往往是瓦斯爆炸引起煤尘参与爆炸，其危害程度远远大于单纯的瓦斯爆炸［４－５］。瓦斯煤尘爆炸对井下人员的伤害主要分为冲击波伤害、高温火焰伤害和有毒有害气体的中毒伤害。爆炸伤害的传播因井下巷道布置及巷道内设施而具有复杂性，为方便研究，文章不考虑巷道的拐弯、分岔或设施等的影响。以瓦斯煤尘爆炸对井下人员造成的伤害程度为划分标准，将爆炸伤害范围以爆炸中心（简称爆心）为原点，传播距离为半径，划分为非常严重区，严重区和轻微区３个区域。每种伤害都有其对应的三区传播范围。
当发生瓦斯煤尘爆炸时，井下人员能够得以逃生，主要跟２个距离和２个速度有关，即：事故现场到工作人员之间的距离ｓ
１
，工作人员到避险设施
的距离ｓ
２
，灾害的蔓延速度ｖ
１
，工作人员的逃生速
度ｖ
２
，如图１所示。
图１ 爆炸现场、逃生者、避难设施相对位置示意图
Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｐｏｔ，ｓｕｒｖｉｖｏｒａｎｄｓｈｅｌｔｅｒｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎ非常严重区内的工作人员距事故现场较近，
即ｓ
１
＜ｓ
２
，爆炸蔓延到避难设施所用时间为ｔ
１
，ｔ
１
＝
（ｓ
１
＋ｓ
２
）／ｖ
１
；工作人员跑到避难设施的时间为ｔ
２
，
ｔ
２
＝ｓ
２
／ｖ
２
；由于ｖ
１
≥ｖ２，所以ｔ１≤ｔ２，即非常严重区内的人员直接死亡。
严重区内的工作人员相对距离事故现场较
远，距避难设施较近，即ｓ
１
＞ｓ
２
．同非常严重区一
样，ｔ
１
＝（ｓ
１
＋ｓ
２
）／ｖ
１
，ｔ
２
＝ｓ
２
／ｖ
２
。此时，若ｔ
２
＞ｔ
１
，
则工作人员直接死亡；若ｔ
１
＞ｔ
２
，则工作人员有机会进入避难设施进行躲避。所以，严重区内的工作人员具有逃生的可能。
轻微区内的工作人员距离事故现场较远，即ｓ
１≥ｓ２，事故发生时，该区域内的工作人员有充足的逃跑时间可以逃至地面。当逃生路线被阻需要进
入避难设施躲避时，ｔ
１
＞ｔ
２
，即他们可以进入就近的避难设施，等待救援。所以轻微区虽然处于事故的波及范围内，但其内的工作人员具有逃生能力和逃生时间。
２ 瓦斯煤尘爆炸伤害准则
２．１ ＴＮＴ当量计算
首先，采用ＴＮＴ当量标准对瓦斯煤尘爆炸的能量进行量化，其公式［６］为
Ｍ
ＴＮＴ
＝０．９４５Ｖ
ＣＨ４
＋１．５８Ｍ
Ｃ
．（１）
式中 Ｍ
ＴＮＴ
为参与爆炸的瓦斯煤尘的ＴＮＴ当量质
量，ｋｇ；Ｖ
ＣＨ４
为参与爆炸的瓦斯体积量，ｍ３；Ｍ
Ｃ
为参与爆炸的煤尘质量，ｋｇ．
２．２ 冲击波伤害三区范围
关于冲击波对人的伤害，国内外学者结合人
８
８
７ 西安科技大学学报 ２０１６年 博看网 . All Rights Rerved.
第６期贾齐林等：基于瓦斯煤尘爆炸的矿井紧急避险系统研究
体本身的特点，在利用动物做了大量实验研究后表明：当冲击波超压达到Ｐ１＝０．０２ＭＰａ时，人体将开始受到轻微伤害；当该压力达到并超过Ｐ２＝０．１ＭＰａ时，冲击波将会对人体造成严重伤害；当超压达到Ｐ３＝
０．３ＭＰａ时，冲击波将会直接造成人体的死亡。标准炸药爆炸的超压值衰减公式［
６］如下
Ｐ＝０．５８７２ＭＴＮＴ
()
ＲＳ
１／３
＋１．５４９８
ＭＴＮＴ
()
ＲＳ
１／３
＋２．７４３０
ＭＴＮＴ
()
ＲＳ
１／３
，
（２）
式中 Ｐ为距爆心Ｒ米处的爆炸超压值，
ｋＰａ；Ｓ为巷道净断面积，
ｍ２
；Ｒ为距爆心的距离，ｍ．将Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
值代入式（２）得 Ｒ１
＝６０．９６６ＭＴＮＴＳＲ２＝２６０．９９ＭＴＮＴ
ＳＲ３
＝４０１８．５ＭＴＮＴ
Ｓ
．（３）
式中 Ｒ１为非常严重区边界到爆心的距离，ｍ；Ｒ２为严重区边界到爆心的距离，ｍ；Ｒ３为轻微区边界到爆心的距离，
ｍ．２．３ 高温火焰伤害三区范围
研究瓦斯爆炸高温灼伤过程时发现，火焰峰面传播距离以及伤害范围很难直接确定。因此，为方便理论研究，假设爆炸是在井下巷道中瞬时完成的，并且高温气体主要以火球热辐射的形式对井下人员造成伤害。中国学者宇德明根据Ｐｉｅｔ ｅｒｓｅｎ热辐射伤害概率公式，推导出热剂量伤害准
则［
７］
，见表１．表１ 瞬态火灾作用下热剂量伤害准则
Ｔａｂ．１ Ｔｈｅｒｍａｌｄｏｓａｇｅｉｎｊｕｒｙｃｒｉｔｅｒｉａｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｉｅｎｔｆｉｒｅ
热剂量／（ｋＪ·ｍ－２）
伤害效应５９２３９２１７２
死亡重伤轻伤
在不考虑巷道壁面粗糙程度对热辐射传播的影响以及空气对热辐射吸收作用的情况下，火焰在井下受巷道约束，通过火球热辐射传播规律［７］
得到火焰伤害距离公式
Ｒ＝４８５１０Ｍ０．８０７ＴＮＴ／（ＱＳ）１／２Ｔ１／３
．（４）
式中 Ｑ为当量火球热辐射计量，ｋＪ／ｍ２
；Ｔ为火球
温度，一般取值２５８０Ｋ．
将伤害准则代入式（４）得
Ｒ１＝３．７８Ｍ０．８０７ＴＮＴ／Ｓ１／２
Ｒ２＝
５．７１Ｍ０．８０７ＴＮＴ／Ｓ１／２Ｒ３＝１３．０１Ｍ０．８０７ＴＮＴ／
Ｓ１／{
２．（５）
２．４ 有毒有害气体伤害三区范围
瓦斯煤尘爆炸后，有毒有害气体的成分以ＣＯ为主。气体随着风流扩散至整个矿井，只有长时间吸入有毒有害气体，才会造成中毒。故而利用
毒物－浓度伤害准则［８］
作为瓦斯煤尘爆炸下的有
毒有害气体的伤害，伤害准则见表２
．表２ 有毒有害气体伤害准则表
Ｔａｂ．２ Ｉｎｊｕｒｙｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｔｏｘｉｃａｎｄｈａｒｍｆｕｌｇａｓ
伤害程度浓度／（ｇ·ｍ－３）
死亡６．４０重伤
３．２０轻伤
０．２４
研究表明，标准状态下，当巷道平均风速０．３２～４．５５ｍ／ｓ，摩擦阻力系数为０．００８～０．０４７
Ｎ·ｓ２／ｍ４，雷诺数Ｒｅ为１×１０４～１．３６×１０５
，纵向紊流弥散系数Ｅｘ为０．９２２～７．９２１ｍ２／ｓ时，巷道毒害气体浓度随距离变化的关系式［
９］
为Ｃｍａｘ＝
０．０３５Ｍｒ－１／２α－１／４Ｒ－１／２
．（６）
式中 Ｃｍａｘ为有毒有害气体浓度，ｇ／ｍ３
；Ｍ为参与爆炸的煤尘量，ｍ３；Ｒ为井巷半径，ｍ；α为井巷摩擦阻力系数，Ｎ·ｓ２／ｍ４．
将式（６）带入表２，按５０ｇ／ｍ３
（体积分数为
４％）的瓦斯煤尘爆炸产生的ＣＯ量来计算爆炸后有毒有害气体在巷道中的伤害范围，得如下公式
Ｒ１
≤０．０７５Ｍ２ｒ－１α－１／２０．０７５Ｍ２ｒ－１α－１／２ Ｒ２≤０．３Ｍ２ｒ－１α－１／２Ｒ３
≥５３．１７Ｍ２ｒ－１α－１／{
２．（７）２．５ 爆炸伤害准则
式（３）（５）（７）分别为直线巷道中冲击波、高温火焰以及有毒有害气体所对应的三区伤害范围距离公式。这些距离公式因各自准则的不同，所以各伤害范围也不相同，实际瓦斯煤尘爆炸中需要对这３类伤害范围进行综合考虑，以便选择合理的伤害分区作为参考依据。三者的伤害范围均是参与爆炸的瓦斯煤尘爆炸质量的函数。在爆炸物
质量一定的情况下，若仅考虑煤尘爆炸，通过计算对比、取并集，可得三区中各伤害传播范围，如图２
９
８７ 博看网 . All Rights Rerved.
所示。
!"!#$%&'
()*
+,*
-.
+,*
/01&'2345&#图２ 三区中各伤害传播范围示意图
Ｆｉｇ．２ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｅｖｅｒｙｄａｍａｇｅｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｒｅｇｉｏｎｓ
同理，若仅考虑瓦斯参与爆炸的情况下，伤害范围对比情况与煤尘爆炸伤害范围对比情况相同。故三区标准伤害范围应为非常严重区和严重区以冲击波伤害范围为准，轻微区伤害范围以有毒有害气体为准，见表３．
实际上，瓦斯煤尘爆炸的伤害在井下传播受
多种因素影响，如巷道内障碍物［
１０］
、巷道断面变化、巷道壁粗糙度、转弯和分岔［１１］
以及风流等等。
由于井下条件复杂多变，目前此方面研究仍不完善。总的来说，在这些因素影响下，原来的伤害范围会有所改变，即
Ｒ′＝λ
Ｒ．（８）
式中 Ｒ′为爆炸实际伤害范围，ｍ；λ为爆炸伤害
影响因数；Ｒ为爆炸理论伤害范围，ｍ．
表３ 瓦斯煤尘爆炸三区伤害范围准则Ｔａｂ．３ Ｉｎｊｕｒｙｒａｎｇｅｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｔｈｒｅｅｒｅｇｉｏｎｓｕｎｄｅｒｍｉｎｅｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎ
三区主要伤害传播范围公式非常严重区冲击波Ｒ１＝６０．９６６ＭＴＮＴ
Ｓ
严重区冲击波Ｒ２＝２６０．９９ＭＴＮＴ
Ｓ
轻微区
有毒有害气体
Ｒ３
≥５３．１７Ｍ２ｒ－１α－１／２３ 紧急避险系统的布置
紧急避险系统主要由避灾路线和避险设施组成。其作用有２个：第一，在灾害发生和发展过程中保护井下人员不受灾害直接伤害。如在瓦斯爆炸发展、火灾和水灾发生及蔓延过程中，井下人员在来不及逃至地面的情况下，可进入就近的避难所，以避免受到伤害。第二，在灾害发生后，在逃至地面的路线被阻断的情况下，为受阻人员提供必要的条件以维持生命，等待救援。如在井巷垮塌、被水淹没、被烟火阻断等人员无法通行的情况下，可进入就近的避难所躲避，以等待救援。影响
紧急避难系统的类型选择、系统布置、作用发挥的
主要因素有：埋深、开拓方式、逃生距离等。不同的矿井，应选择不同类型的避险系统，采用不同的布置方式。
３．１ 避险设施的合理位置
采掘面是煤矿主要作业点，避难设施距采掘
面的距离并不是越小越好［１２］。若距离采掘面太
近，不但因增加搬迁频率而增大成本，更重要的是采掘面附近是事故高发地点，一旦采掘面或其附近
发生瓦斯煤尘爆炸可能会对避难设施造成严重损害从而失效。相对于非常严重区内的人员来讲，严重区或轻微区内的工作人员有２种情况：一种是在其他采掘面作业的人员，另一种是在路途中的上下班人员，或沿途作业人员，或处于沿途硐室中的作业人员。３．１．１ 非常严重区内
一般来说，非常严重区的起始边界应从采掘面开始。正如上文所述，发生瓦斯煤尘爆炸事故时，该区域主要以冲击波伤害为主，其内工作人员直接死亡，因此在该区域内设置避险设施对瓦斯煤尘爆炸是无效的。如果在此处设置避难设施则一定是针对其他灾害的。３．１．２ 严重区内
严重区内的伤害形式虽然也是以冲击波伤害为主，但传播至此区域时其能量将不会使人员直接死亡。也就是说，在严重区作业的人员，如果就近有避难设施，其逃生是有条件的。从最大化救人的角度讲，避难设施应布置在严重区中部。因此，在严重区中部设置避难设施将会对井下人员的生命安全提供一定的保障。３．１．３ 轻微区内
轻微区距离爆炸现场较远，且伤害形式以有毒有害气体为主，其内的工作人员有充足的时间逃至地面。若避灾路线受阻，则可躲避到就近的避难设施内。所以，在轻微区也应该设置避难设施。轻微区内避险设施的布置位置，可按以下公式计算
Ｌ＝ｗＶＴ．
（９）
式中 Ｌ
为避险设施距严重区边界的距离，ｍ；Ｖ为紧急情况下，人员在井下的平均步行速度，取值６０ｍ／ｍｉｎ；Ｔ为自救器有效时间，自救器的实际有效时间应该是６０ ａ，ａ为影响系数，取值范围在０．４～０．８之间，水平巷道取值０．６，上坡巷道取下限，
０９７ 西安科技大学学报 ２０１６年
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第６期贾齐林等：基于瓦斯煤尘爆炸的矿井紧急避险系统研究
下坡巷道取上限［１３］；ｗ为安全系数，一般取值０ ５．
３．２ 避险设施的类型选择
紧急避险设施包括永久避难硐室、临时避难
硐室和可移动式救生舱［１４］。可移动救生舱是一种
可移动的、独立的避难所，其外壳具有较强的抗爆
和耐高温能力，其内部配备有完善的生命保障系
统，可最大限度地适应煤矿采掘作业点移动的要
求，是一种理想的井下避难设施。避难硐室是一
种固定的避难场所，其中临时避难硐室服务时间
短，服务范围小，对其要求较宽；而永久避难硐室
服务时间长，服务范围大，对其要求也相对较严。
紧急避难设施的优缺点比较见表４．
表４ 紧急避险设施比较表
Ｔａｂ．４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｆｕｇｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ
可移动救生舱（临时）避难硐室
优点可移动、重复利用性高；
成本相对较低；
具有一定的抗爆性。
容纳人数多；
相对稳固；
具有两道密闭门，既可抵挡
冲击波又能阻挡有毒有害
气体；
临时避难硐室可发展为救
生舱放置点或中继站。
缺点容纳人数少；
影响通风；
在冲击波下可能会倾倒、
变形；
需要借助辅助设备移动。
成本较高
通过比较分析可知，针对其他灾害而言，在非常严重区内应选择可移动救生舱，其对抗爆性的要求可大大降低；在严重区中部也应选择可移动救生舱，但需要较高的抗爆性；在轻微区内宜设置（临时）避难硐室，但对其密闭性要求较高。
４ 结 论
１）以人员受伤程度为标准，建立了伤害分区模型，将瓦斯煤尘爆炸伤害区域分为非常严重区、严重区和轻微区；
２）通过比较计算给出了三区伤害范围准则，并得到非常严重区和严重区以冲击波伤害为主，轻微区以有毒有害气体伤害为主；
３）在非常严重区设置可移动救生舱对瓦斯煤尘爆炸事故无效，若针对其他灾害设置，可降低其抗爆性；
４）针对瓦斯煤尘爆炸事故，应在在严重区中部设置具有较高抗爆性能的可移动救生舱；在轻微区内宜设置密闭性较强的（临时）避难硐室。
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