深部地下空间储能安全与应急保障技术现状与发展趋势

伴随“三深引领”的科技攻关目标,我国油气资源勘探正由浅表地层向深部地层进发,千米级深部地下工程建设已成常态。随着深地工程的探索,枯竭油气藏、盐穴、采空区等可利用的深部地下空间涌现,深部地下空间在大规模能源储存利用上已被证明具有储量大、分布广、安全性高、经济成本低和环境友好等优势,深部地下空间工业化储能应用是优化我国能源储存结构、保障国家能源储存战略需求的有力手段。然而,我国对深部地下空间储能安全与应急保障技术研究起步较晚,目前常用的地面油气储存手段受限于地理环境、工程建设以及运输方式等条件,同时地面油气储备库事故存在致因因素复杂、关联性强、受灾波及范围广等安全难题,深部地下空间能源安全储存迫在眉睫。当下我国对深部地下空间储能的利用聚焦于枯竭油气藏的再开发,现有的深地安全保障技术落后于深地储能基础设施安全保障的现实需求。因此,本文系统性总结了深地储气、储氢、碳封存以及压缩空气蓄能等深地储能技术研究现状,以能源行业绿色转型兼备战略能源安全储存为目标,强调能源储存、碳封存以及资源深度开采的三位一体,提出了深地空间储能利用双碳循环架构。同时系统性辨识了深地储能设备设施面临的风险,涵盖深地储能设计期、施工期、运行期和废弃期的全生命周期,揭示我国深地储能安全与应急保障技术发展需求、发展难点,构建了深地储能全生命周期安全与应急保障技术框架,提出我国2024—2050年期间深部地下空间储能安全与应急保障技术发展建议,为完善我国深部地下空间储能安全与应急保障技术体系提供参考。

地下空间坍塌应急救援现场环境安全风险评价及预测

为保障地下空间坍塌应急救援现场救援行动的安全开展和设备的正常运转,提高应急救援安全保障能力,首先通过构建地下空间坍塌应急救援现场环境安全风险评价指标体系,结合层次分析法(AHP)和理想点法(TOPSIS),对现场环境的安全状态进行评价;然后结合自回归移动平均模型(ARMA)和指数平滑模型,对未来一定时间内现场环境的安全状态进行预测;最后将该评价及预测模型应用于某煤矿巷道救援案例,并对救援工作提出建议和改进方案。研究结果可为地下空间应急救援现场的安全防护系统、通风设施配置等提供数据及决策依据。

城市地下道路入口智能控制系统设置及技术研究

当前城市地下道路建设越来越多,在城市交通体系中承担着重要作用,然而在水淹、火灾等紧急情况下,因未及时管控地下道路车辆而造成人员伤亡、财产损失的问题也时有发生,地下道路的运行安全面临挑战。通过对地下道路入口控制方法、总体方案、设备要求等开展研究,提出地下道路关闭多级预警、建立物理拦截需求和安全高效的控制系统等建议。通过文献、需求调研、技术比选验证,提出了包含物理控制设施、车道信号灯、交通感知设施、信息发布设施、声光警示设施的地下道路入口智能控制系统、控制流程及其主要的技术要求等方案,并结合广州南沙横沥岛尖地下环路的实例开展了方案设计和工程应用。研究提出的地下道路入口智能控制系统可以提升紧急工况下地下道路入口的交通控制效率,提升地下道路安全水平。

考虑人员疏散无序性的片区固定避难空间仿真及优化

为优化震后城市老旧片区中长期避难疏散阶段避难效率和资源分布,考虑避难场所服务覆盖交叉区域内人员疏散的无序性,以某城市典型老城片区为研究对象,基于震后人员远程疏散特性及中长期避难需求建立固定避难场所吸引度体系,并通过NetLogo多智能体动态仿真模型进行对比分析。结果表明,当避难场所服务半径为0.8 km、1.0 km和1.2 km时,片区内人员均可在49 min内完成疏散,满足规范中对于固定避难1 h内疏散时长的要求,疏散效率较优。基于优化的服务半径和人员疏散需求,对避难场所场地风险、有效面积、避难设施进一步量性优化,为片区固定避难场所合理规划提供理论依据。

地下空间疏散指示标志设置对寻路效率影响研究

我国地下空间的开发与利用呈现深层化、规模化和复合化的趋势,对应急疏散安全带来严峻挑战。疏散指示标志对紧急情况下的人员的疏散寻路过程至关重要。本文描述了一种基于VR技术的地下空间中疏散指示标志对人员应急疏散寻路行为影响的实验研究方法,探讨了地下空间中疏散指示标志位置和颜色对疏散寻路效率的影响。研究设计了2个对照实验组,通过5个虚拟场景分别测试了标志位于地面、墙角、顶部3个位置以及标志采用绿色、红色、蓝色3种配色方案下人员在疏散路径选择和疏散效率上的表现。实验结果表明:位于墙角的疏散标识在引导性和疏散效率上优于位于地面或顶部的标志;采用绿色标志在最短路径引导率和效率方面显著优于红色和蓝色。研究结果补充了地下空间人员应急疏散寻路行为的基础知识,可用于改善现有地下空间人员疏散模型和相关应急安全政策。

高放地下实验室紧急避险系统设计研究

高放地下实验室既是用来了解深部地质环境和地应力状况、获取深部岩石和水样品、在真实深部地质环境中验证工程屏障长期性能的试验设施,也是开发和验证处置库施工、建造、回填和封闭技术的重要手段,是高水平放射性废物处置工艺技术研发必不可少的关键平台。针对地下实验室可能存在的安全风险,开展了紧急避险系统建设原则、避险系统布置方案研究,旨在为地下实验室的安全运行提供可靠保障。

地下车站建筑设计中的安全性与紧急疏散研究

从抗震、防火两方面入手,强调了地下车站建筑设计中的安全性,提出了抗震设计时,应先对施工现场的环境进行勘察,在此基础上确定设防烈度、选取地震动、计算地基地震反应力、验算抗震计算结构,同时在防火设计方面,还要从防火分区设计、防火墙与防火门设计、装修材料、防烟分区入手做好设计。此外,对地下车站建筑的紧急疏散方案进行了探讨,明确了设计中的注意事项。

大屯徐庄煤矿井下紧急避险系统的构建

提出以紧急避险设施为基础的煤矿新型紧急避险系统,给出了紧急避险系统构建的依据及其原则,通过在井下布置避难硐室、救生舱与矿井各系统结合形成煤矿安全避险系统,可在事故中为被困作业人员提供应急避难空间,降低煤矿事故死亡率.以大屯徐庄煤矿为实例进行紧急避险系统构建的研究,指出避难硐室、救生舱在矿井实际条件中的设置方法,为国内煤矿紧急避险系统构建提出指导性依据.

井工煤矿紧急避险系统的应用与探讨

分析了建设煤矿井下紧急避险系统的必要性、紧迫性以及现有紧急避险方式的局限性,介绍了紧急避险系统的构成,并阐述了各构成部分的作用。提出了井下工作人员要带隔绝式自救器,在影响逃生速度诸如逆风速和坡度较大的巷道中要增加紧急避险设施设置密度缩短逃生距离,按照既定避灾路线安全升井是首选避灾路线,要建立科学的应急预案并加强工人安全自救培育等建议。

产煤发达国家煤矿紧急避险体系建设研究

基于完善我国煤矿井下紧急避险系统、构建新型应急救援体系需要,采用对比与归纳方法,研究加拿大、南非、美国等产煤发达国家紧急避险理论和应急救援典型案例,总结紧急避险体系功能定位与组成,归纳避险设施布置及维护要求,提炼紧急避险体系建设相关参数要求。研究国内煤矿紧急避险体系建设现状,提出国内紧急避险体系建设对策:通过立法形式确立、避险设施布置与维护满足需要、紧急避险系统建设纳入矿山应急救援体系、加强紧急避险安全文化建设。产煤发达国家煤矿紧急避险体系建设,对国内煤矿紧急避险建设及应急救援体系打造具有借鉴作用。

煤矿井下紧急避险系统研究

分析了我国煤矿死亡事故中顶板和瓦斯事故死亡人数最多,分别占37.72%和29.18%。提出了煤矿井下紧急避险原则:地面最安全,遇险人员应尽快安全撤至地面。用于煤矿井下的紧急避险装置和方法应满足不影响矿井通风、没有引爆瓦斯等隐患、经济实用、利于安全生产等要求。提出了经济实用的自救器接力紧急避险方法:入井人员佩戴压缩氧自救器;在自救器所能提供的额定防护时间内,从采掘工作面等作业地点步行不能安全撤到地面的,必须在撤离路线上每隔一定距离(根据自救器防护时间确定)设置避难硐室,避难硐室内应设置压缩氧自救器,供遇险人员更换,保证遇险人员能安全撤至地面。指出了硬体救生舱存在的问题:通信依赖现有矿井通信系统、设置在巷道中会增加通风阻力、瓦斯达到爆炸浓度时蓄电池和制冷电机等会引爆瓦斯、爆炸冲击波会使救生舱门打不开遇险人员无法进入、整体运输困难、工作面同时作业人员多而救生舱容量小、首次投入和运行维护费用高等。

基于集对分析的非煤矿山紧急避险能力评价

为了更好地对非煤矿山紧急避险系统的避险能力进行综合评价,结合层次分析法(AHP)和集对分析(SPA)理论,建立了一种新的非煤矿山紧急避险能力评价模型。以某非煤矿山紧急避险系统为实例,从环境、物料、管理、设备设施4个方面构建了紧急避险能力综合评价指标体系,采用层次分析法确定各指标权重,计算得出系统的联系度表达式,分析了该模型的集对势及不确定性,对其进行了同一、差异和对立的集对分析。结果表明,该矿山紧急避险能力的级别为"良好"。该模型全面考虑了系统的确定和不确定性,从而使评价实现了定性与定量的结合。

井下矿工现代定位搜救技术与机器人搜寻

对井下遇险矿工的现代定位搜救技术进行了比较分析,介绍了机器人搜寻技术、井下"避险站"避险方法、射频识别井下人员定位技术、基于气体辨识的井下压埋遇难人员的定位技术、基于人体心脏超低频电波特征的井下人员生命探测技术以及生物探测技术等现代搜救技术的原理、应用及特点,探讨了井下矿工搜寻救援技术的发展方向。

煤矿井下避难硐室与救生舱关键技术研究

提出煤矿井下避难硐室和救生舱建设原则:无大功率和大容量电源、无安全隐患、不影响矿井通风和安全生产、便于快速紧急避险、免维护或易维护、经济实用等。提出严禁将救生舱的生存舱与设备舱分离;救生舱不宜设置在巷道中;在一定的区域内宜分布设置多个中小型避难硐室或救生舱。提出煤矿井下避难硐室和救生舱宜采用高压气体膨胀制冷;风机宜采用气动风机;宜利用制冷系统的热交换器表面凝水除湿;宜采用压缩氧供氧;不宜采用蓄电池或外接电源供电照明;宜配备便携式O2、CO、CO2、CH4、温度、湿度等检测仪;传感器及分站、人员位置监测分站、调度电话等,应选用用户已有系统的配套设备;救生舱的排气孔、连接压风自救、供水施救、安全监控、人员位置监测和通信等系统的管线,宜分两侧布置。提出软体救生舱不宜在煤矿井下使用;除掘进工作面和临时作业场所外,煤矿井下其他巷道和作业地点均应有不少于2条步行安全撤至地面的通道。

煤矿井下紧急避险系统的建设与发展

针对目前我国煤矿井下安全避险"六大系统"之一的紧急避险系统的建设要求,在研究借鉴美国、南非、加拿大等国外井下紧急避险系统建设与使用成功经验的基础上,对煤矿井下紧急避险系统的功能定位、组成与基本类型、可移动式救生舱的特点及研发情况进行系统分析,并对国内建设井下紧急避险系统应注意的相关问题进行了详细分析和总结。

基于粗糙集-未确知测度理论的金属矿山紧急避险能力评价模型

为实现对金属矿山紧急避险能力的可靠预测,建立了基于粗糙集-未确知测度理论的紧急避险能力评价模型。以问卷调查的方式获取指标数据;运用粗糙集理论对影响紧急避险能力的28个指标进行约简,删除相对不重要的指标,从而得到最优指标,进而通过归一化数据求得约简指标的综合权重;对约简后的指标建立未确知测度模型。以广西某矿为例,根据专家的打分,确定单指标未确知测度;依据置信度准则,进行等级判定,得出该矿山的紧急避险能力评价结果。将预测结果与专家评价结果对比,两者结果相符,表明该方法可行。

井下紧急避险系统避难硐室建设方法与技术

针对煤矿井下紧急避险系统避难硐室建设中,因部分设计不合理、选用技术不适用导致新的事故隐患等问题,提出了应在避难硐室中设置提人罐笼和2道气密防护门,避免或减少爆炸冲击波等对设置在避难硐室中提升系统的破坏,为煤矿井下遇险人员提供较可靠的逃生通道。指出避难硐室不宜使用大容量高压容器,避免由于高压容器产品质量问题或使用管理不当,引发高压容器伤人事故。布置在温度较低煤岩中的避难硐室,不应在硐室与煤(岩)间设置隔热材料,而应使用利于导热的材料,以便于硐室散热。提出压风自救系统的空气压缩机应设置在地面,严禁设置在井下,接入避难硐室压风系统的供风管路应全部埋入巷道底板,避难硐室可使用漂白粉和明矾等处理避险人员的饮用水,避难硐室不宜使用大容量蓄电池,避难硐室应接入通信电缆全部埋入的矿用有线调度通信系统。

井下避险路线的GIS数学模型与水灾仿真实验

综合考虑了灾害发生时的影响范围、路径安全性、人员避险效率等诸多影响因素,建立井下人员最优避灾路线算法模型。按照安全性最高、路径最优、时间最短的避险原则,在改进的Dijkstra算法的基础上增加了等价权因子,建立井下应急避险最优路径的数学模型。以河北杏山矿井下巷道信息数据为例,模拟井下透水灾害的水流漫延路径,利用井下避险GIS数学模型进行仿真解算,求解灾害发生时人员避险的最优路径。

建设煤矿安全紧急避险系统

煤矿井下紧急避险系统是在井下发生事故时,为遇险人员提供安全避险生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体。文章对紧急避险系统三级体系做了介绍,对永久安全避险硐室建设的基本原则、技术参数与设备配置做了详细的论述。

基于未确知测度的煤矿紧急避险系统安全评价模型

通过分析紧急避险系统的构成,给出了紧急避险系统评价指标体系,构造了未确知测度理论的单指标测度评价模型,并通过信息熵确立指标的分类权重。结果表明,运用未确知测度模型进行紧急避险系统安全评价问题的研究,理论上是可行的,评价结果是可信的,为紧急避险系统的安全综合评价提供了一种新方法。