“兰州造”矿难救生舱 通过 55℃高温下108小时真人生存试验

在几百米深的矿井下，一旦发生瓦斯爆炸、透水事故，该怎么办？2010年，智利铜矿事件却创造了奇迹，33名矿工在井下被困了69天后成功获救。是矿用救生舱保住了他们的生命。而如今，中国航天集团兰州510所也研制出了矿用救生舱，并成功进行了108小时的真人生存实验。在不久前四川省举行的省部会商上，矿用救生舱被列为科技部和四川省重点扶持的项目。

可以承受2兆帕以上冲击力

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，各类煤矿事故频发，由此导致的事故死亡人数占据世界首位，远高于世界平均水平。煤矿安全问题早已逐渐演变为一个不可忽视的社会问题。因此，矿用救生舱产品在我国有着广阔的市场前景。矿用救生舱就是一种在发生矿难时可供煤矿井下人员暂时避难并提供正常生命保障条件的设备。

瓦斯爆炸、透水事故，首先带给井下工作的矿工的有三大致命威胁：爆炸冲击力、高温、水淹。因此井下救生舱的研制是否成功，解决这三个问题成了关键。“我们通过多次历时108小时的试验，救生舱检测指标全部合格，参试人员生命体征完全正常。这是目前国内检测成功载人最多、综合防护性能堪称一流的矿用可移动式救生舱，多项技术国际领先。”510所低温分部副主任、救生舱总设计师王小军博士告诉记者。

据王小军介绍，他们的矿用救生舱舱体全部采用碳钢材料制成，该救生舱在爆破冲击力达到2兆帕以上时，舱体没有任何变形，远远超过国家现有耐受0.3兆帕爆炸冲击波的标准。

生命保障系统给了被困人员生机

王小军说，矿用救生舱帮人们挨过第一关不难，关键是如何在接下来等待救援的漫长时间里保证生存下来，因此，生命保障系统（简称生保系统）在这里起了关键作用。也就是说生保系统是矿用救生舱的核心。该系统的功能是在密封隔热的舱体内为避险人员提供氧气，去除CO2、CO和H2S等有害气体，净化舱内空气，并对舱内环境进行降温除湿，保障舱内人员的生命安全，为舱内人员提供一个相对舒适的生存环境。

2011年11月，510所研制的矿难救生舱生命保障系统正式接受真人试验验证，科研人员利用空间制冷技术、吸湿隔热技术、有害气体检测与去除技术、空间站再生环控生保技术以及相关国防专利，成功通过12人55℃高温持续烘烤极端条件下108小时真人生存试验和安标认证实验。经过严格的试验验证，所有技术指标均优于国家相关标准要求，主要性能达到国际先进水平，申请了多项国家专利。此外，值得一提的是该生保系统摆脱了电力和外界动力的限制，能够依靠自身储备的非电力能源为12个人提供5天的生命保障和维持任务。在此基础上，510所又成功研制出了避难硐室用生命保障系统和无源蓄冰型生命保障系统。

此外，矿用救生舱舱体吸收和借鉴了国内外矿用救生舱技术的经验，利用510所压力容器设计制造、密封、隔热等优势技术，通过对矿用救生舱舱体结构的优化，研制出适合于井下多人(24人以上)使用的、防护时间长(120小时以上)、适应性高(适用于煤矿、金属/非金属矿)、应对多种灾变条件(火灾、瓦斯粉尘爆炸、坍塌等)的全封闭式矿用救生舱舱体。

救生舱内有“专用空调”

发生矿难时，人挤在救生舱里，温度比较高，而设备舱里装有冷却系统，温度低。冷气发生器就是让这两股冷暖气流进行热交换，保证生存舱温度适宜。平时即使外面的温度高达55℃，舱体里也能保证在35℃以下。而能够使温度降低的就是矿用蓄冰空调系统。这套系统是510所依照国家颁布的避难硐室和可移动式救生舱的设计要求和建设规范，以自有冰蓄冷专利技术为技术而研发的集制冰、融冰、空气循环为一体的矿用蓄冰空调系统。该产品利用冰蓄冷原理，在安全时期，利用避难硐室（可移动式救生舱）外的制冰主机进行制冰，储存冷量，在矿难发生时期，将蓄冰设备内的冷量释放出来供避难硐室和救生舱内降温除湿使用，以保持避难硐室和救生舱内部适宜的温度和湿度，提高避难人员的生存舒适度。

矿用蓄冰空调系统从方案论证到图纸投产历时两个多月，科研人员在此期间攻克制冷系统充氟、收氟等技术难点，顺利完成了产品的性能指标检测试验，顺利完成了生产装配。经检测试验，蓄冰柜在12个小时内箱体内水温由22摄氏度降至0摄氏度，蓄冰效果良好，达到产品使用要求。空气净化循环处理机经两次方案改进，完成吸风、CO2吸附等单机试验，在试验中改进设计方案，提高了产品的可靠性。在与蓄冰系统连接试验时吸风速度及漏风率均达到标准值，也达到使用要求，具备交付客户使用的条件。

救生舱应用了航天和军工技术

能够做到远超国家标准，是510所科研人员多少个不眠不休的夜晚换来的。“我们510所不光能为国家的航天事业做贡献，民用上我们同样能发挥自己的作用，并且会依靠航天技术和做航天仪器的态度把民用设备做得更好。”王小军告诉记者。

负责研制救生舱的是510所低温分部，是“真空低温技术与物理”国防科技重点实验室的组成部分。他们40多年来专注于空间制冷技术，从低温流程、材料低温物性参数测试及低温特性研究开始，不断拓展，先后开发出辐射制冷器、斯特林制冷机、导弹温控装置等产品，擅长特种低温制冷装置的开发。其产品已成功应用于遥感卫星、巡航导弹、神舟飞船、发射场服务等领域，为我国航天事业发展作出了应有的贡献。在救生舱中项目组充分利用了航天和军工技术。比如科研人员利用导弹温控装置和飞船用隔热吸湿材料的技术基础，特别是近年来围绕空间站环控生保系统进行的微量有害气体去除，二氧化碳去除，冷凝水收集与处理等技术的研究基础，较好地攻克了密闭环境中生存所必须要解决的温度、湿度控制及空气净化等一系列关键技术。

从2008年开始科研人员就开始了救生舱的项目论证和研究，2010年5月底同用户单位完成了四台样机研制开发合同的签署，并就后续批量生产任务达成了备忘。开始在签订这个项目的研制开发合同后，510所负责该项目的科研人员还来不及兴奋，就开始投入到高强度的工作中。迅速组织了以制冷技术综合组为核心的多名科研骨干参与该项目的研发。合同要求签订后45天内交付第一台样机，之后再用45天完成其余三台样机的改进、完善和基本定型。时间非常紧迫，研制难度很大。面对这样艰巨的任务，项目组的成员立刻投入到废寝忘食的工作状态中。针对救生舱生命保障系统的功能要求和技术特点，通过开展国内外资料的收集和用户市场的调研，经过充分消化吸收，项目组很快提出了几种制冷流程和系统方案。通过对各种方案的深入分析、理论计算、原理性试验验证，最终选择以常温高压存储液态制冷剂为工质，采用多级节流制冷方式降温并实现空气循环的工作流程。在此基础上，项目组充分利用导弹温控装置和飞船用隔热吸湿材料的技术基础，特别是近年来围绕空间站环控生保系统进行的微量有害气体去除，二氧化碳去除，冷凝水收集与处理等技术的研究基础，较好地攻克了密闭环境中生存所必须要解决的温度、湿度控制及空气净化等一系列关键技术。

经过45天持续攻关，研制完成首台正式样机，并成功进行了试运行，之后又于规定时间内完成了四台样机和首台正式样机的研制与测试工作。经过用户单位鉴定，产品完全满

足技术要求。

填补国内项目诸多空白

据了解，目前我国许多煤矿都从国外进口救生舱，每台造价在400多万元，空间容量在6人左右。而510所的救生舱的研制成功，将销售价降到每台200多万元，但容量比国外进口的大了3倍，填补了国内项目的诸多空白。目前，510所研制的矿用救生舱及避难硐室生命保障系统已与全国20多家救生舱生产企业及煤矿企业建立了长期稳定的合作关系。已协助龙煤机械集团公司、西安博深煤矿安全科技有限公司、中平能化集团机械制造有限公司、长治清华机械厂、山西汾西机电公司、山东新煤机械公司、无锡军工智能电气股份有限公司、湘潭电机车厂有限公司等八家公司顺利取得国家安标认证，并有林州重机、杭州安泰尔、山东矿安、北京新立、湖州神泰等10多家企业顺利完成安标认证试验，所有采用510所产品的企业均一次性顺利通过认证。截至2012年5月，已先后为客户提供救生舱及硐室生命保障系统供给300余台，用于各地煤矿，各项指标及性能满足国家要求，为广大矿山井下作业人员的生命安全提供了有效保障。

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