礦難營救設施的設計與研究

張冉

隨著采礦業的發展礦難事故頻發，礦工的人身安全令人堪憂。礦難問題的出現給我國經濟發展和礦工安全帶來不良影響。因此，如何設計出科學安全的礦難營救設施已成為當代設計師面臨的重點及難點。

礦難事件頻發既造成巨大的經濟損失又造成人員傷亡，給原本幸福的家庭帶來災難，所以礦難問題引起了國家和社會各界的高度關注。在災難與悲劇面前如何保證被困人員的人身安全尤其重要，若礦難問題得不到遏制就會成為構建中國和諧社會和可持續發展道路上的絆腳石。因此，研究礦難營救系統成為本項工作的重點及難點。

礦難研究的背景

煤炭是我國主要能源之一并且占有非常重要的地位。我國煤炭產量居世界領先水平，隨著我國工業發展約65%以上的能源都來源于煤炭。在我國礦難事故頻發，據統計，我國每開采百萬噸煤礦礦工死亡人數為3.86，印度0.41，俄羅斯0.32，南非0.12，中國煤礦的死亡率居世界首位。礦工是采礦業發展的推助器，礦工的生命安全保障是社會關注的焦點，在我國礦工的人身安全一直處于讓人堪憂的地位。因此，礦難營救設施的設計在保障礦工安全營造礦藏開采方面起到非常重要的作用。

礦難發生分為主客觀因素

客觀因素

礦難主要由瓦斯爆炸、煤塵爆炸、礦井火災引起的。瓦斯爆炸形成原因是瓦斯與空氣接觸混合后位于礦井下的機械設備運作時產生摩擦使得被摩擦機械周圍的空間溫度升高，達到一定高溫后空氣與瓦斯混合氣體發生氧化并產生沖擊波導致礦井坍塌或人員傷亡。因此，瓦斯爆炸是所有安全隱患中高發事故，這一問題已不單是某個國家面臨的問題也是全球各國面臨的嚴峻難題。據研究表明，在礦井下最高事故率發生基本都體現在采挖工作環節方面，引起爆炸的原因是由于采挖工作時引起的電火花導致。

礦井水災：礦井水災的概率不是很高，這是由于礦井水災由于環境地理位置達到一定條件后誘發所致。當地下水灌滿整個礦井而地表水層、斷層、舊巷或是采空區積水崛到河流斷層時容易造成此類事故發生。河水突然灌入井巷這是引發礦井水災的直接原因。

主觀因素

監管不到位：管理人員對礦井內的環境監管不到位造成安全隱患。由于監管人員的疏忽沒有做好相應的監督造成礦井頂板掉落，監管人員未能及時查出頂板松動或不牢固的安全隱患使得頂板最終掉落導致人員傷亡。

礦工自身專業素質低：礦工既缺乏煤礦安全知識，又缺乏專業指導與統一管理經驗。礦井操作人員通過考試取得資格證，雖然掌握相關基本知識，但對煤礦安全缺乏全面培訓，對煤炭安全事故的原因也是一知半解。另外，采礦企業缺乏系統管理的法律法規，領導人責任心不強也是誘因之一。

腐敗問題：由于貪污腐敗導致偷工減料、設備損壞以及采用陳舊的技術手段進行施工等原因，也會造成不同程度煤炭事故發生。

施工人員心理問題：由于貪污腐敗現象引起的同工不同酬造成礦工情緒消極，采礦過程中沒有合理的安排造成礦工超負荷工作導致礦工心理素質和情緒變化造成施工人員操作中的失誤。

礦難營救設施設計

礦難的發生是由多種因素造成的，必須在事故發生以前做好相應的措施和準備才是減少礦難事故發生的根本。根據相關人員的走訪和調查：礦工在事故發生時基本處于工作面并與外界失去聯系，被困人員一小時或更短時間內由于各種連鎖事故反應，如溺水、中毒和缺氧等原因無法得到及時救援而死亡的現象約占礦難死亡比例的70～85%。因此，關鍵施救的半小時或一個小時決定了礦工的生命安危。因此，在這生死關頭之前所做的防護準備及自救互救措施就成為唯一的生存機會。

礦難自助工具研究設計

個體礦工防護小工具是為每個礦工人員配備的基本防護工具和急救防護工具。其中基本防護工具包括：頭部防護、呼吸面罩、耳塞、防護服、手部防護、腿部和腳步防護；急救防護工具包括：呼吸防護、過濾式防塵口罩（如圖1）、復式防塵口罩、過濾式自救器、隔離式自救器等。

頭部防護：礦燈是工作人員下井后必須攜帶的主要照明工具。這是因為礦井地下形式復雜，在事故發生時電源供應被切斷后礦燈的照明起到非常重要的作用。因此一定要保證礦燈制作的質量和礦燈電池的使用壽命（加圖2）。

安全帽是礦工工作人員最基本的頭部防護工具，主要預防頭部上方各種突發事故；眼睛是礦工自救互救最重要的部分，護目鏡作為礦工眼睛的重要保護工具。因此，護目鏡要注重材質的選擇和造型的設計；礦工在礦井下作業機械的噪音會損害耳膜影響礦工聽力，因此必須對耳朵進行防護；耳塞是防止噪音和隔絕噪音的重要工具；防護服主要起到隔離粉塵保溫以及防止靜電的作用；防護手套，主要是工作中操作各種工具防止手部受傷；腿部防護安全靴，主要防護腿部受傷以及保持腳步溫度防止在工作中滑倒起到隔絕潮濕的作用。

呼吸防護工具是用來防護粉塵避免吸入有毒氣體防止呼吸道感染的工具。呼吸防護工具主要有三類：一是自吸式口罩：這種擴口口罩的使用原理是通過人體的呼吸使空氣經過口罩的過濾后進入人體肺部，此自吸式口罩又分為簡易過濾口罩和換氣式口罩，它們都安裝了吸氣閥以及呼氣活瓣，這樣口罩既實用又方便佩戴。第二種是動力式口罩：它的原理是通過口罩中的微小風機起到凈化空氣粉塵，并將過濾的新鮮空氣通過頭盔或呼吸罩送入口罩內部的作用。第三類是壓風呼吸器：主要用于巖巷和其他巷道，它不僅可以防止粉塵進入呼吸道，而且能夠避免煙炮及其他有害氣體侵入身體，保證供給礦工在無氧環境中呼吸一定量的新鮮氧氣。

自救器包括：過濾式自救器（如圖3）和隔離式自救器（如圖4）。自救器是在發生礦難過程中最重要的自救互救設施，當發生瓦斯或煤塵爆炸、火災等一些列問題時自救器能夠供氧，屬于小型的防毒面具。自救器的工作原理是利用自救器中的藥品將空氣中有毒的一氧化碳進行轉化形成無毒的二氧化碳。隔離式自救器的工作原理是利用自救器的化學藥劑產生氧氣供氧并隔絕外界空氣。

礦難等待營救設施的設計

礦難營救設施是在發生礦難事故時礦工未能及時逃難而設立的臨時保障避難設施。它是救護、醫療、通信、補給一體的救助系統，具有一定的組合與移動功能，它具有移動性、組合性、并行性、封閉性等特點。移動性指的是利用電機車將某個組合單元進行牽引移動，將救助車或救助人員遷移入礦井；組合性指的是將這些功能進行配裝組合；并行性指的是在一定的范圍內實現救助資源的共享，方便外部對于內部環境情況的監控與調整，支持子系統的協調配合，實現各資源的優化配置；封閉性指的是在爆炸災害發生時及時有效的阻止外部有害氣體粉塵的進入。

生保移動組合應遵循以下原則：系統原則，體現整體與局部之間的關系，在設計時應遵循整體功能大于部分功能之和；高效適應原則，便于組合、裝配與維修并且要與特殊操作環境相適應，適應生產發展需求符合現有技術及生產條件；人性化、和諧性原則，易于礦工操作，滿足礦工需求，營造良好、安全、舒適的工作環境。

制定合理的用工管理制度，提高礦工自救能力及心理素質

為礦工制定科學合理的用工管理制度實行同工同酬，適當減少煤礦工人的工作量，減輕他們身體和心理壓力，避免他們在工作中因心理原因導致工作失誤，這是減少事故發生率的一個重要措施。建立健全礦工管理機制。監管人員依照法律法規對煤礦安全實行監察管理，對劃定特殊區域的煤礦安全實施情況進行重點檢查，對查處的違反煤礦安全行為提出現場處罰意見并參與煤礦建設的安全設計以及竣工驗收。煤礦安全檢查人員要隨時進入煤礦區進行檢查，調閱相關資料，參加煤礦安全生產會議，或向有關單位人員了解情況。在進行現場檢查時發現事故隱患有權要求停止作業或下達從危險區域撤出作業人員的命令告知煤礦安全機構予以處理；當發現煤礦現場瓦斯、粉塵或有害氣體濃度超標或者擅自開采時，有權責令停止；發現主管人員違章指揮工人或者強令進行違章、冒險作業的立即責令停止作業；發現煤礦使用的設施設備不符合國家安全標準的有權責令停止使用，需要查封或者扣押的及時匯報給安全監督部門進行依法處理。提高礦工安全意識要從以下幾個方面人手：

“預防為主，安全第一”。預防是指控制、防治，在煤炭事故前要主動控制防止事故發生；“統籌、管理、培訓”。對礦工進行安全知識的培訓，每個礦工都要堅持：培訓、考試、合格、持證、上崗的流程，這樣才能使礦難安全有一個可靠的保證。

目前礦難已成為世界性難題，對于礦難營救設施的研究不僅需要企業的努力而且更需要國家政府資金和政策支持，礦難設施的研究不僅是一個長期復雜的過程而且涉及范圍比較廣。所以設計師不僅要掌握人機工程學、美學、材料學等交叉學科還要與時俱進根據本國國情與自身特點設計出符合本國國情的礦難營救設施系統。