——记北京科技大学矿井避险技术研究中心

本刊记者　李明明

　　煤矿，以支撑我国经济腾飞的重要能源，有效支持了国民经济的持续快速发展，成为国家发展的重要基础之一。然而，一次次令人心碎的矿难带给国家、社会的却是沉重的切肤之痛。因此，如何保障煤矿安全生产，减少事故造成的人员伤亡，成为全社会密切关注的重要问题。为此，我们对北京科技大学矿井避险技术研究中心李芳玮博士进行了专访。
　　针对国内矿难频发、人员伤亡重大的情况，北京科技大学矿井避险技术中心于2006年宣告成立。中心拥有教授2名，博士后4名，博士研究生4名，硕士研究生20余名，中心先后承担了国家“十一五”科技支撑计划项目“矿井可移动式救生舱研发”、“十二五”科技支撑计划项目“矿山安全监测与紧急避险一体化信息平台研发”、“矿用两栖救生车及避难舱关机技术研发”，并承担了神华集团、大屯煤电公司、徐州矿务集团等企业横向课题。避险技术研究中心深入开展了矿井紧急避险技术的研究，力争为矿工提供灾后避险的密闭空间，为救援工作争取宝贵的时间。中心成功研发出我国第一台矿用可移动式救生舱，并在可移动式救生舱密闭空间环控生保技术的基础上研发和建设了我国第一个永久避难硐室，填补了我国矿井灾后紧急避险领域的空白，为我国紧急避险系统的建设、推进提供了强有力的技术支撑。
　　
从无到有，可移动式救生舱和避难硐室研究取得突破
　　
　　在课题研究初始，国内并无相关单位和人员进行过此方面的研究，国外虽已有类似的研究，但由于各国矿井地质条件、采煤工艺不尽相同，国外相关经验对我国并不一定适用，为填补此领域的空白，研发出适合我国矿井特殊地质条件和生产状况的避险装备及技术，矿井避险技术研究中心工作人员开始了艰难地探索。
　　从无到有的过程，总是艰辛的，探索的过程，更是浸透着汗水的。中心工作人员广泛调研国外相关技术的研究现状，查阅相关事故资料，深入现场进行考察，与相关专家进行交流讨论。通过研究发现，在井下发生瓦斯爆炸等事故时，瞬间死亡人数只占10%左右，其余人员大多死于事故造成的有毒有害气体浓度过高、氧气供应中断、营养物质供给不足等。因此，如何在灾害发生后为避险人员提供一个可以躲避恶劣环境，维持生存的空间，便显得尤为重要。随着研究工作的不断推进，科研人员意识到，矿井密闭空间与航空航天以及军事领域有所不同，在几百上千米的地下矿工的生理指标会发生变化，要想真正保证事故后人员在救生舱、避难硐室内能够生存，首先要研究避险人员在矿井密闭空间内的极限生理参数。
　　为了得到人体对密闭空间各类气体成分、温度、湿度等相关参数的影响及其生存极限条件，课题组在北科大建造了人员生存模拟实验室，避险中心科研人员充分借鉴了航天、人防等领域对于密闭空间内人员生存的相关研究，在实验模拟舱内先后进行了静态实验、二氧化碳处理、氧气供给、温度控制、湿度控制、一氧化碳处理等数百组实验，取得了大量的宝贵的实验数据，建立了矿井密闭空间人体生存参数的相关理论体系，为救生舱和避难硐室的设计提供了理论依据和数据支持。
　　“可以说，这个模拟舱是之后的救生舱成品的雏形。我们根据前期的理论分析和一些简单的基础实验设计、制造了它，之后在模拟舱内进行了大量的实验，对内部各个设备进行不断修改，才有了后来的救生舱”。避险中心博士后栗婧介绍道。
　　在对救生舱生命保障技术进行研究的基础上，中心工作人员将技术进行拓展延伸，研发了可容纳100人生存96小时的避难硐室及其相关装备。避险中心工作人员先后完成了避难硐室密闭性研究、避难硐室外部防护的研究、内部供氧系统的研究及有毒有害气体在大空间中分布规律的研究等工作，形成了一套适合避难硐室的装备和技术。为了提高避难硐室的可靠性，科研人员提出在有条件的硐室内部布置一个直达地面的钻孔，通过钻孔由地面对硐室内进行压风、流食、动力、通讯的供给。灾害情况下，只需将他们研发的应急救援车开至地面钻孔位置，连接各趟管线即能实现钻孔的供给功能。“在地质条件相对较好，避难硐室距离地面垂直高度较小的矿井还可以考虑建立提升钻孔，我们对带提升钻孔避难硐室的相关技术也进行了研究和论证，为矿工安全升井提供了新的通道，为矿工的生命安全提供可靠的保障。”李芳玮博士表示。
　　在成功研发了救生舱和避难硐室的基础上，研究人员对紧急避险技术进行了拓展，从避难硐室的支护、结构及稳定性分析、钻孔支持的生命保障系统研发、大空间多人数避难硐室环境控制及生命保障技术研究、提升钻孔避难硐室的研究、基于避难硐室的矿井避灾路线及应急预案的研究、矿井应急救援指挥系统、矿井紧急避险系统安全可靠性评价等不同领域和方向进行了研究，还建立了矿井紧急避险系统的理论体系。避险中心避难硐室专题组负责人李芳玮博士介绍说：“在相关救援装备和技术研究的基础上，全面建立矿井紧急避险系统是必要的，矿工的生命是无价的，即使多救活一个人，我们的工作也是有意义的。所以，紧急避险系统在构建避难硐室配备救生舱的基础上，合理制定逃生的避灾路线和应急预案，建立覆盖全矿井的安全防护体系，在事故发生后延续矿工的生命为救援工作争取宝贵的时间。”
　　
求真务实，真人载人实验
　　
　　一份耕耘一份收获，经过避险中心工作人员夜以继日的努力，研制出了我国第一台可移动式救生舱，并通过国家安标中心的检测，成为我国第一台获得安标的救生舱，“矿用可移动式救生舱”科技成果技术鉴定达到国际领先水平，顺利通过国家科技部的验收。同时，科研人员在常村矿N3采区建设了国内第一个永久避难硐室，获得了相关监管部门和同行的一致认可。
　　为了检验研发成果的可靠性，同时对救生舱、避难硐室从设计理念到内部各个系统的设计的合理性进行验证，避险中心人员提出要进行一次8人96小时的救生舱载人实验和80人48小时的避难硐室载人实验。
　　从提出要进行实验的想法后，矿井避险中心就积极与各单位进行沟通协商、制定实验方案、编制应急预案，同时为保证实验的成功及实验过程的安全性，科研人员对救生舱和避难硐室进行调试检查、进行了多项单体的准备实验。经过半年的协调准备时间，避险中心于2011年4月进行了国内首次救生舱和避难硐室载人实验并取得了圆满的成功。CCTV等国内主流媒体对实验全过程进行了跟踪报道。针对实验的结果，研究人员对相关数据进行分析和研究，发现了井下密闭空间人体生存指标与地面开放环境下的生存指标有很大的差异。在实验中还发放了调查问卷，对人体舒适度、温湿度对人体生理指标的影响、环境变化对避险人员心理的影响等问题也进行了研究。
　　实验获得了大量宝贵的基础数据，为国家进一步制定相关政策提供了数据支持，同时也为避难硐室配套技术和装备的改进提供了理论基础。
　　2012年2月，课题组又在大屯孔庄煤矿进行了100人48小时永久避难硐室载人实验，这是国内首次由化学氧参与供氧的避难硐室载人实验，为避难硐室氧气供给与保障提供了新的思路和技术。李芳玮博士介绍，“两次载人实验分别对不同的关键技术问题进行了测试和验证，实验前期也进行了充分的准备并制定了应急预案，确保了参与实验人员的安全。实验人员在过程中的生理指标一切正常，实验证明了避难硐室设计的合理性和可靠性，同时还取得了不少宝贵而又真实的数据，对我们以后的进一步工作有着重要的意义”。
　　
成果转化，积极服务全行业
　　
　　为改善我国的煤矿生产安全形势，减少灾害造成的人员伤亡，国家对以救生舱、避难硐室为核心的紧急避险系统从政策上进行了强制的建设规定。根据国家安监局、煤监局的相关要求，所有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井，中央企业所属煤矿和国有重点煤矿中的搞瓦斯、开采容易自燃煤层的矿井，2012年6月底前要完成紧急避险系统的建设完善工作，其余煤矿2013年6月底前要完成紧急避险系统的建设完善工作。
　　对各煤矿企业来说，紧急避险系统比较陌生，亦缺乏相关的建设经验，可以说国家的要求是时间紧，任务重。为积极相应国家的号召，同时解决各煤炭企业的紧急避险系统的建设问题，切实改善煤矿安全生产状况，避险中心科研人员受全国各地的煤炭企业的邀请，开始承担起负责各矿紧急避险系统的设计和建设指导任务。
　　同时，为了进一步推进全国紧急避险系统的建设，避险中心积极与企业进行合作，将研究成果和技术共享，培育出一批从事救生舱和避难硐室设计、配套设备加工制造、建设施工的企业，为紧急避险系统配套装备的产业化发展做出了一定的贡献。
　　避险中心的研究人员提出在矿井建设过程中需要把紧急避险系统的建设考虑进去，避免重复投入，将紧急避险系统纳入矿井安全管理体系，从灾害的控制、预防到灾变时期的避险与救援统筹规划，实现全面的矿井安全防护体系，为矿工的生命安全提供可靠的保障。
　　
立足当下，布局未来
　　
　　经过一年多的研究与建设，国内的各大煤炭企业对紧急避险系统已经有了一定程度的了解，部分企业也有了自己的建设示范矿井，同时还存在着一批从事紧急避险系统建设工作和配套设备设计制造的企业，国内紧急避险系统的建设工作已经能够稳步推进，但仍然有很多关键的技术问题亟待解决。
　　通过救生舱和避难硐室的研究，避险中心建立了由“救生舱-避难硐室-过渡站-应急救援指挥系统-避灾路线-应急预案”组成的全面安全防护体系。在未来的研究中，避险中心还要在安全行为心理、防水型紧急避险设施、非煤矿山紧急避险、基于物联网的紧急避险系统等相关领域开展研究。“矿山安全监测与紧急避险一体化信息平台研发”项目已经受到国家“十二五”科技支撑计划项目的支持。李芳玮博士最后说道：“紧急避险技术的研究是一个从无到有，逐渐推进，逐步完善的过程，我们从事的是相关领域的基础性研究工作，在相关技术的研发和应用的过程中，我们也发现了一些技术问题，在今后的研究中我们依然会不断地努力，为保障矿工的生命安全、为全面建立矿井安全防护体系进行深入的探索”。
　　
编者按：
　　北京科技大学矿井避险技术研究中心经过艰辛的探索开发了可移动式救生舱、避难硐室，并进行了多次实验，取得了一定的研究成果。我们相信，在研究人员的共同努力下，未来他们会紧紧把握井下安全避险的方向，为井下人员的生命安全、为我国矿山的安全生产做出卓越的贡献。