非煤礦山天井掘進中高處墜落事故風險分析及解決措施

周 旭(陜西有色金屬控股集團有限責任公司， 陜西 西安 710075)

1 前言

非煤礦山需要施工大量的天井、豎井、溜井工程，用于連接礦房上下兩個水平(階段)，具有人員通行、通風、提升下放設備和材料、勘探礦體、放礦等功能。據統計非煤礦山工程中，天井工程量約占礦山總工程量的15%，占采切工程量的30%以上，是形成回采礦塊必不可少的工程。

2 天井的功能和施工方法

目前我國非煤礦山天井掘進施工可分為井內施工方法和井外施工方法。井內施工方法有普通法、吊罐法和爬罐法；井外施工方法有深孔爆破法和鉆進法。普通法因需要工人進入井筒內作業，安全風險高、成井質量差；吊罐法正得到推廣應用；而爬罐法、深孔爆破法和鉆進法相對應用還較少。現將天井的五種掘進方法安全性簡述如下。

1)普通法

一般由人工自下而上掘進，對操作工人技術水平要求較低，不受巖石條件、傾角和天井規格的限制，但極易發生高處墜落、中毒窒息、物體打擊事故。

2)吊罐法

以吊罐代替普通法的鑿巖作業平臺，改善通風條件并降低勞動強度，但在中等硬度以下的破碎圍巖、傾角小于65°、高長天井施工中，安全風險顯著增加或難以應用。

3)爬罐法

利用爬罐自身的驅動裝置沿天井幫壁鋪設導軌升降，爬罐做為鑿巖作業平臺，可適應掘進傾角較小、盲天井等多種復雜條件的天井。爬罐法設備投資大，機械化程度、設備維護要求較為苛刻，在鋪設爬罐導軌、壓縮空氣壓力不穩定及高長天井施工時安全風險較高。

4)深孔爆破法

利用深孔鉆機鉆鑿天井全高平行深孔，分段爆破形成所需要的天井，工人不進入井筒內作業，但鉆孔質量和爆破技術要求高，在高長天井中因鉆孔設備限制和炮孔偏斜率難以控制而難以應用，存在深孔爆破作業易發的爆炸、拒爆、懸頂等安全風險。

5)鉆進法

利用特制的回轉鉆機鉆天井全深導向孔，通過鉆頭往復回轉擴大至圓形天井全斷面，工人不進入井筒內作業，是一種真正使天井掘進工作全面機械化的新方法。但鉆進法設備投資高、維修費用大、設備運轉效率低，天井人員和設備通行能力低于矩形規格的天井，在中硬以上的巖石條件、直徑大于2m、高長天井掘進中，安全風險顯著增加或難以應用。

3 非煤礦山天井施工及管理現狀

我國非煤礦山多為傾斜或急傾斜礦體，礦體厚度變化系數較大，因此各非煤礦山天井規格及傾角靈活多變，給天井掘進的“機械化換人”帶來困難。礦山機械化水平近些年雖得到長足發展，但天井掘進施工機械化裝備水平仍舊較為處于較低水平，一線工人及管理人員安全技術水平還有待提高，給非煤礦山安全生產管理帶來諸多困難。

最后，基于區塊鏈的去中心化安全基礎設施能夠對龐大數量的IoT設備進行安全審計與驗證。區塊鏈可以作為去中心化的安全基礎設施為新型IoT技術的發展提供真實可信的安全保障，基于區塊鏈的IoT技術具有較強的容錯性，保證只有少數設備發生故障或被惡意控制時依然保持健壯性。去中心化的安全基礎設施能夠對數以億計的IoT設備進行安全驗證與審計，有利于增強IoT系統抵御攻擊的能力，提升生態安全性。

根據近年來非煤礦山發生的事故類型分析，非煤礦山傷亡事故主要集中在物體打擊、冒頂片幫、高處墜落、坍塌、機械傷害、重度窒息等類型，高處墜落事故的致死率占據前三位，危險性極大。

雖然傳統的普通法天井掘進存在較大安全風險，但是由于其施工要求簡單、適應性強、成本低的特點，在不適宜采用其他掘進方法的天井和地質構造復雜、需要支護、工程傾角變化大的天井掘進中，仍普遍應用并還將長期存在。據統計，普通法占天井掘進方法總量的80%以上。天井在掘進施工及后期生產應用中，由于缺乏相應的技術和裝備，容易出現執行技術規范不嚴、疏于監督檢查等現象，突出表現為施工中不設置梯子間和溜渣間、不架設安全棚和操作臺、爆破后自然通風或依靠壓縮空氣代替局部通風、梯子和平臺搭設不規范等問題，進而發生天井高處墜落(墜井)、炮煙中毒、物體打擊等事故。

非煤礦山的天井高度通常大于30m，按照高處作業分級標準屬于特級高處作業。天井井筒內一旦發生墜落事故，人體以初速度為零的自由落體做勻加速直線運動，跌落事故發生0.6s時，身體所受的沖擊力約10.7kN，下墜距離約1.83m，墜落速度達到21.4km/h。通常人的應急反應時間為0.8s，因此在高速墜落和強大作用力下，該墜落過程在接觸承接面(地面或平臺)前無法終止，沖擊力將對人體造成嚴重傷害。

4 非煤礦山天井防墜技術及措施

1)選擇適合的天井掘進方法

根據圍巖條件、天井規格等條件，盡可能采用吊罐法、爬罐法、深孔爆破法或鉆進法，減少或杜絕工人進入井筒內進行掘進施工。普通法在傳統觀點看來技術要求簡單且工程費用較低，但是安全風險屬于所有天井掘進方法最高的一類，掘進效率極低，成井質量差，綜合對比安全效益和工效價值屬于較低的天井掘進方法，從安全管理和功效價值角度選擇，屬于首選淘汰的施工方法。

2)在天井中安設差速防墜器

正常使用時，鋼絲繩處半緊張狀態將隨人體自由伸縮，使用者不受牽掛、拖拽影響。若發生人員失足墜落，一般情況下安全繩拉出速度大于0.6m/s、沖擊力小于300kN時，防墜器內鎖止系統即自動鎖止，鎖止行程約小于2m，墜落過程因此終止，對失足人員毫無傷害。

3)增加個人安全防護便攜裝備

(1)雙背帶式安全帶：工人隨身佩戴，背后帶安全卡扣，可隨時與安全繩、防墜器等裝置連接。目前礦山大多采用單腰帶式背帶，僅能做為佩戴礦燈、自救器腰帶使用，抗沖擊能力不足，且該類型安全背帶與安全繩、防墜器連接不便，影響天井內攀爬或者施工，建議礦山使用雙背帶式安全背帶替換單腰帶式背帶。

(2)便攜式安全繩：為每位天井中作業的工人配備兩端均有安全卡扣的便攜式安全繩，繩長一般控制在2m之內，由工人隨身攜帶以便于及時在穩固部位的高處連接懸掛，可靈活便利地構建個人防墜保護系統。一般在井筒內相對固定范圍內作業時使用，因其靈活性較好、行程短且易于固定和攜帶，可在鑿巖、搭設平臺、修整搭接梯子、清理梯子間浮石等移動半徑較小的范圍內使用。

4)設置天井聯絡方式

天井上口、下口和井筒內因條件限制，一般難以敷設必要的人員聯絡設施，上下作業人員通訊聯絡不暢，尤其是在天井掘進過程中產生的噪音導致天井各部位之間人員聯系困難，人員被迫采取強行攀爬或者關閉風水管及斷電的方式來進行相關活動或發出提示信號，存在施工機具突然失去能量墜落、鑿巖機氣腿瞬間收縮拖拽墜落、浮石及器具掉落砸傷人員而導致的墜落事故發生。

在天井掘進施工期間，可以采用設獨立照明線路、隨掘進面單獨敷設專用壓縮空氣管道做為聯絡方式，通過啟、閉照明和專設壓縮空氣管進行信號聯絡，能夠較好地消除天井掘進期間因缺乏聯絡方式而導致的墜落事故發生。

5)吊運和背運措施消除井筒內運送工具材料風險

天井掘進施工和人員通行中，常會發生作業人員違章手持物品攀爬的情況，甚至存在人工背運重量較大的機具和器材攀爬的現象，手腳交替期間易導致失手、失足而墜落。礦山因沒有建立相應的管理制度，未采取有效的解決措施，導致高處墜落風險和隱患難以根除。

杜絕手拿物品攀爬天井的行為(即必須確保“手足與梯子至少三點接觸”)，從措施上可采取將梯子、風水管、鉆機、釬桿等大件物品使用作業繩吊運方式，小件工具器材(釬頭、鉗子扳手)和爆破器材采用專用背包人工背運方式，降低人員攀爬和機具材料運送中的墜落風險。

6)加強天井內平臺、梯子等附屬設施的管理

根據《金屬非金屬礦山安全規程》GB 16423—2006，天井內梯子傾角不得大于80°，上下兩個梯子平臺的垂直高度不大于8m，梯子上端高出平臺1m，梯子下端距井壁不小于0.6m，梯子寬度不小于0.4m，梯子蹬間距離不小大于0.3m，掘進高度超過7m的天井時應裝備梯子間和溜渣間，梯子間和溜渣間用隔板隔開。梯子與井壁巖層面平行且距離保持0.2～0.3m[1]。

大部分非煤礦山在天井掘進施工期間，未搭設梯子間和溜渣間，人行梯通過在井壁打錨桿進行綁扎懸掛，梯子與井壁間被爆碴掩埋間隙過小而未清理或者調整，未按照規定高度搭設平臺，平臺墊板未鋪密實或固定不牢，以上違反安全規程的行為都是導致高處墜落的根源。非煤礦山企業要加強天井內平臺、梯子等附屬設施的現場管理，嚴格遵守安全技術規程，對天井防墜安全管理提供較好的技術支持，是降低天井墜落事故發生的有力保障[2]。

5 結論

(1)天井鉆機、吊罐法等設備或工藝，是非煤礦山天井掘進過程中減少和杜絕高處墜落事故的有效方法，將逐步成為天井掘進的主流方法。

(2)確保天井施工的技術參數，加大技術管理，可以大大降低天井安全事故。

(3)加強操作人員安全防護裝備的配置和應用水平，將防墜器做為天井作業的常規個人防護裝備，能有效降低安全風險。