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地下礦山安全救護裝備技術的發展
發表時間 :2013-04-10    來源:中國礦業114網
  地下礦山的生產現場環境比較惡劣,地質條件、賦存條件和水文條件等很複雜,因此在開采過程中,冒頂片幫、湧水溜泥、瓦斯爆炸和著火燃燒等事故時有發生。為了工作人員的生命安全和保護生產資源,當事故災害發生後,必須采取有效的補救措施,但是救護人員有時無法直接進入事故現場執行營救任務。近年來研發的礦井救援機器人、井下救生艙等救援設備,在某些場合有效地緩解了這一矛盾。   礦井救援機器人開始用於礦山安全救援   目前,礦井救援機器人的行走底盤多采用雙履帶或4條履帶結構,不但增大了車體與地麵的摩擦係數,而且能夠平穩地越過一定高度的障礙,顯著提高了機器人的行走效率,便於達到更多的現場探測點。機器人的執行機構為主動擺臂形式,可由電動機驅動。   礦井救援機器人的擺臂,一般由腰關節、肩關節、肘關節、腕俯仰關節和腕回轉關節組成;腰關節、肩關節和肘關節確定末端執行器(機械手)的空間位置;兩個腕關節確定機器手的姿態。   機器人用機械手接觸目標的過程是:車體首先運行到目標附近,然後讓腰關節、肩關節和肘關節依次轉動對準目標;兩個腕關節同時配合運動,使機械手到達目標的適當部位,進行所需要的處理工作。由於具有5個關節,機械臂具有良好的空間姿態調節功能。   機械臂末端的工作空間,表示機器人機械手的活動範圍,是機器人工作運動靈活性的重要指標。因此,如何使機械臂的各部分尺寸實現最優化,擴展機械手的工作空間,增強運動靈活性,是機器人總體設計和運動規劃方案的重要課題,目前國內外仍在繼續深入探索,新型礦井救援機器人不斷出現。   礦井探測機器人是一種機體較小的專用機器人,它可進入工作人員無法達到的區域,進行環境狀況探測,能夠獲取現場圖像、氣體參數、環境溫度以及雜音聲響等,並將這些信息實時地傳輸到指定的遠端計算機和地麵指揮中心,通過先進可靠的調度指揮平台為決策者提供準確的決策依據。   高速載人運輸車輛提高了礦山救援效率   近年出現的礦井高速載人運輸車輛,在礦山處理事故的過程中發揮了重要作用。這種車輛運行速度較快(30~35 km/h),通過曲線半徑小(10~15 m)。當礦井發生險情時,它可將涉險人員快速運到礦井外,並將救護人員和所需物品運到事故現場。   高速載人運輸的主要技術特點如下:   (1)行走裝置設有獨立的製動係統,可避免製動時因車廂碰撞而脫軌;同時還采用兩軸軸箱承載式結構,車輪踏麵寬度增加10 mm,輪緣高度增加5 mm,也有利於車輛順暢運行和防止脫軌;   (2)車體采用輕型高強度鋼板,設置內、外掛式單門和搭扣式門鎖,門體拉動靈活,結實耐用,並且易於維修整形和焊補;   (3)采用加強型車軸,裝配雙列圓錐滾子軸承;軸箱彈簧懸掛在車輪外側,改善了車輛動力學性能,提高了車輛運行的平穩性,並可延長軸承壽命。   礦山移動式救生艙已普遍推廣應用   由於地下礦山生產條件比較惡劣、環境優化難度大、發生事故的幾率較高等因素,存在較多的人員傷亡。根據世界各國對礦井事故的調查,在火災和爆炸等事故發生瞬間,現場受到傷害死亡的礦工並不多,隻是事故傷亡總人數的極小部分,絕大多數受害人員是在事故發生後,由於不能及時升井或逃離高濃度的有害氣體現場,導致窒息或中毒而死亡。在這種情況下,礦用可移動式救生艙可提供躲避災難的密閉空間能夠有效地防止有毒氣體的侵害,並利用艙內齊備的生活條件,延長避險人員的生存時間,直至救援人員到達。   移動式救生艙是應對礦井事故的重要救援救生裝備;礦業發達國家對救生艙的研究和製造已有多年曆史,南非、加拿大、美國及澳大利亞等國都有礦井營救案例。我國的《中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》也已將礦井救生艙選為重點課題,其關鍵技術研究被列入“十一五”國家科技支承計劃,並已取得了可喜研究成果,先後在山西、陝西、河南及黑龍江等地的礦山進行了試點應用,取得了良好效果。   移動式救生艙一般由過渡艙、生存頭艙、生存中艙、工具頭艙、工具中艙和工具底艙共7節艙體組成;同時還包括過渡艙與生存艙之間的門板、生存艙與工具艙之間的門板等。   目前推向市場的礦井移動式救生艙,多為8人、10人、12人及18人座;將它停在適當位置,當礦井發生事故後,可為無法及時撤離的礦工提供一個安全的密閉空間。它對外能夠抵禦爆炸衝擊、高溫煙氣、冒頂坍塌及隔絕有毒有害氣體;對內能為被困礦工提供氧氣、食物和飲用水,去除有毒有害氣體。在無外界提供動力的情況下,可保證贏得5天以上的生存時間。同時,它可以通過艙內通訊監測設備,引導外界人員及時準確地救援。   過渡艙是災害期間避險人員進入生存艙前實施洗氣的場所,也是人員及有關物品進入生存艙的必經通道。艙內配有洗氣噴淋係統、醫用氧氣供氧係統、壓風供氧係統,並裝置通訊、供水、壓風接口及不鏽鋼打包式集便器等設備。   生存艙是災害期間供避險人員生存的封閉空間。具有供氧和補充氮氣的調節功能;設有過濾、降溫、降濕和照明裝置;備有食品、飲用水、藥品、蘇生器、吸收劑和工具等物品;裝置環境參數檢測儀表、大口徑泄壓閥和應急通訊設備。   工具艙是放置過濾、降溫、降濕綜合裝置所需冷媒質的獨立艙體。它采用與過渡艙和生存艙體同樣的結構設計,具有同等的防爆、隔熱功能,必要時也可作為應急逃生的緊急出口。   由於我國政府對礦山安全狀況非常重視,近年來對礦井救生艙的研製給予極大關注和支持,並取得了可喜成績。但是,我國有各類地下礦山近萬座,救生艙的需求量很大,適用的艙型處於供不應求態勢。   無須諱言,我國礦井救生艙研製工作起步較晚,初期產品的技術水平與世界先進國家相比,還有較大差距,況且尚無統一製訂的國家標準,在一定程度上影響了國產礦井救生艙的大批量迅速推廣使用。“十二五”以來,這一礦山裝備技術發展很快,而且借鑒了先進國家的製造和使用經驗,目前已有10餘個企業可以為礦山提供規格適用的救生艙。   目前市麵上的礦用救生艙種類很多,但有著很多共同的主要技術特點及要求。   首先,救生艙采用模塊化結構設計,可根據井下空間及避難人數需求,組合成不同大小、不同規格的救生艙,其製冷和除濕運作無需電力,簡單易行,功能完備。   其次,艙體采用輕鋼框架結構,內外有加強筋,輕便而堅固,能夠抵抗0.3 MPa的爆炸衝擊,而且便於運輸和移動。   再次,采用壓風和壓縮氧氣二級供氧,並且有三重隔熱和保濕措施,耐高溫性能良好,安全可靠。   最後,采用具有超強密封性能的氣閉門,艙內維持200~500 Pa的正壓,生活環境舒適,並可有效地防止有毒有害氣體侵入。   礦山生產事故較多,事故類型複雜,需要多種監測和救援設備。隨著礦業開發技術的飛速發展,其研製水平不斷提高,應用市場不斷擴大,實是國家非常重視、業界方興未艾的裝備技術。