煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術現狀與建議

馬云龍

（1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

煤礦用自救器是煤礦災害事故發生后礦工逃生使用的小型呼吸保護器。煤礦用呼吸器是礦山救護隊救援時佩戴的呼吸防護設備。煤礦用自救器按其工作原理可分為隔絕式化學氧自救器和隔絕式壓縮氧氣自救器?；瘜W氧自救器依靠藥罐中攜帶的化學生氧劑與人體呼出的二氧化碳及水汽反應生成氧氣供佩戴者呼吸；壓縮氧氣自救器依靠氣瓶中高壓儲存的醫用氧氣經減壓器后供佩戴者呼吸。隔絕式化學氧自救器和隔絕式壓縮氧氣自救器其呼吸系統內壓力始終大于外界大氣壓。為防止煤礦井下有毒有害氣體進入人體，應保持煤礦用自救器及呼吸器佩戴者的呼吸系統與外界環境隔絕。

我國煤礦用自救器及呼吸器安全標志檢驗時依據標準主要有MT 425—1995《隔絕式化學氧自救器》、GB 24502—2009《煤礦用化學氧自救器》、AQ 1054—2008《隔絕式壓縮氧氣自救器》、MT59—2008《隔絕式化學氧自救器、壓縮氧自救器、氧氣呼吸器防護性能檢驗裝置》、MT 867—2000《隔絕式正壓氧氣呼吸器》和GB 23394—2009《自給閉路式壓縮氧氣呼吸器》。2017 年11 月10 日煤監總煤裝2017〔125〕號關于發布強制性煤炭行業標準廢止和轉化結論的通知，將MT 425—1995 廢止，此后煤礦用化學氧自救器執行標準由MT 425—1995 煤炭行業標準變為GB 24502—2009 國家標準。

近年來，煤礦用自救器和呼吸器的安全事故時有發生，抽檢合格率也較低，給礦工和救護隊員的生命安全帶來了一定的隱患。同時隨著國家“一帶一路”戰略的發展，我國自救器和呼吸器逐漸對俄羅斯等國家出口，但在出口認證過程暴露出我國自救器及呼吸器檢測檢技術與國外存在差距的問題。因此，針對煤礦用自救器和呼吸器存在的問題，分析我國煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術現狀，對標與國外的差距，提出存在問題并給出合理建議，對提高煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術、指導生產廠家產品質量具有十分重要的意義。

1 煤礦用自救器及呼吸器現狀與問題

隔絕式化學氧自救器主要有30 min 型、45 min型和60 min 型；隔絕式壓縮氧氣自救器主要有30 min 型、45 min 型、60 min 型、100 min 型和120 min型。隔絕式化學氧自救器是通過氯酸鹽氧燭與超氧化鉀生氧劑發生化學反應生氧，發生化學反應后會產生很高的熱量，這些熱量與可燃物密封在一起容易著火。隔絕式化學氧自救器具有體積小、易于攜帶的特點受到礦工的青睞，但隔絕式化學氧自救器使用中發生過數次著火和爆炸事故[1]，使用不當時存在一定安全隱患。隔絕式壓縮氧氣自救器未有發生著火和爆炸事故，但在使用也存在封口結構可靠性不高、系統漏氣、減壓器性能不穩、壓力表指示不準確、二氧化碳吸收劑長期不更換等問題[2-3]。2020年底國家礦山安全監察局委托安標國家中心組成工作組分赴山西、內蒙古、湖南等地區的10 個煤礦，對煤礦用自救器開展專項監督抽檢工作。2021 年4 月27 日《中國煤炭報》通報抽檢結果為“9 批自救器中3 批合格，產品不合格率為66.7%”。不合格項主要包括額定防護時間不夠、氧氣瓶容積太小、儲氣囊容積偏小、吸氣中二氧化碳體積分數超標、定量供氧量不足等。

隔絕式正壓氧氣呼吸器主要有2 h 型和4 h型，具有性能穩定、呼吸舒適、使用時間長、佩戴使用簡便等特點，適用于高濃度有毒有害或缺氧環境中需長時間作業的場所。然而近年來呼吸器在使用中也出現了許多問題，甚至導致人員傷亡。2011 年7月，山東棗莊防備煤礦發生火災事故，3 名救護隊員的犧牲。反映出了煤礦用呼吸器的呼吸溫度高的問題。2016 年6 月，山東黃金集團焦家金礦救護隊訓練時煤礦用呼吸器著火事故，造成5 人燒傷，事后分析主要有高壓導管、密封件等零部件質量問題引起。2019 年10 月22 日彬長礦業大佛寺煤礦發生瓦斯窒息事故，氧氣呼吸器損壞導致4 名救護隊員遇難。

煤礦用自救器及呼吸器的諸多問題和安全事故暴露也對其檢測檢驗技術提出了新的要求，通過提高煤礦用自救器及呼吸器測檢驗技術可以有效幫助產品提高質量，減少事故發生。

2 煤礦用自救器檢測檢驗技術現狀

2.1 煤礦用自救器/呼吸器標準和技術及試驗指標

我國煤礦用化學氧自救器執行GB 24502—2009國家標準，煤礦用壓縮氧氣自救器執行行業標準AQ 1054—2008。國外煤礦用自救器標準主要有歐洲標準EN13794-2002《Respiratory protective Devices-Self-contained closed-circuit breathing apparatus for escape-Requirements, testing, marking》和美國國家職業安全與健康研究所批準的NIOSH 42 CFR 84。與國內標準不同的是國外標準中將化學氧自救器和壓縮氧氣自救器都執行同一個標準。

我國煤礦用呼吸器執行的是MT 867—2000 標準。歐洲執行EN145-1997《Respiratory protective devices-Self-contained closed-circuit breathing apparatus compressed oxygen or compressed oxygen-nitrogen type-Requirements, testing, marking》。美國執行NIOSH 42 CFR 84。

煤礦用自救器主要技術指標見如下[4-13]：

1）GB 23394-2009 標準。①適用范圍：壓縮氧氣呼吸器；②吸氣中氧氣體積分數：≥21%；③吸氣中二氧碳體積分數：≤1.5% 呼吸量50 L/min 時；④吸氣溫度：≤35 ℃試驗溫度（26±2）℃，≤40 ℃試驗溫度（40±2）℃；⑤呼吸氣阻力：0～600 Pa 呼吸量30 L/min，0～700 Pa 呼吸量50 L/min，0～1 000 Pa 呼吸量70 L/min；⑥定量供氧量：≥1.4 L/min。

2）GB 24502-2009 標準。①適用范圍：化學氧自救器；②吸氣中氧氣體積分數：≥21% 2 min 內，≥30% 其余防護時間；③吸氣中二氧碳體積分數：平均值≤1.5%，最大值≤3%；④吸氣溫度：≤60 ℃；⑤呼吸氣阻力：單個吸氣阻力和呼吸阻力≤1 200 Pa，吸氣阻力和呼吸阻力之和≤2 000 Pa；⑥定量供氧量：無要求。

3）EN145：1997 標準。①適用范圍：呼吸器；②吸氣中氧氣體積分數：≥21%；③吸氣中二氧碳體積分數：≤1.5% 呼吸量50 L/min 時，≤2% 待用時；④吸氣溫度：≤45 ℃；⑤呼吸氣阻力：0～700 Pa 呼吸量50 L/min，0～1 000 Pa 呼吸量75 L/min；⑥定量供氧量：≥1.2 L/min。

4）EN13794：2002 標準。①適用范圍：化學氧自救器、壓縮氧氣自救器；②吸氣中氧氣體積分數：≥17% 2 min 內，≥21% 其余防護時間；③吸氣中二氧碳體積分數：平均值≤1.5%，最大值≤3%；④吸氣溫度：≤50 ℃；⑤呼吸氣阻力：單個吸氣阻力和呼吸阻力≤1 300 Pa，吸氣阻力和呼吸阻力之和≤750 Pa；⑥定量供氧量：≥1.2 L/min。

5）NIOSH 42 CFR 84 標準。①適用范圍：化學氧自救器、壓縮氧氣自救器、呼吸器；②吸氣中氧氣體積分數：平均值≥19.5%，最小值≥15%；③吸氣中二氧碳體積分數：平均值≤1.5%，最大值≤4%；④吸氣溫度：平均值≤43 ℃，峰值≤50 ℃；⑤呼吸氣阻力：峰值呼吸壓力平均值≤1 860 Pa，峰值呼吸壓力范圍：-2 790～1 860 Pa；⑥定量供氧量：無要求。

6）AQ 1054—2008 標準。①適用范圍：壓縮氧氣自救器；②吸氣中氧氣體積分數：≥19% 1 min 內，≥25% 1～3 min，≥21% 3 min 后；③吸氣中二氧碳體積分數：≤2%；④吸氣溫度：≤50 ℃；⑤呼吸氣阻力：清潔罐通氣阻力≤200 Pa；⑥供氧量：1.2 L/min。

7）MT 425—1995 標準。①適用范圍：化學氧自救器；②吸氣中氧氣體積分數：≥21%；③吸氣中二氧碳體積分數：平均值≤1.5%，最大值≤3%；④吸氣溫度：≤55 ℃；⑤呼吸氣阻力：未經滾動沖擊試驗藥罐通氣阻力≤196 Pa，經滾動沖擊試驗后藥罐通氣阻力≤245 Pa；⑥定量供氧量：無要求。

8）MT 867—2000 標準。①適用范圍：氧氣呼吸器；②吸氣中氧氣體積分數：≥21%；③吸氣中二氧碳體積分數：≤1.0% 呼吸量30 L/min，≤1.5% 呼吸量50 L/min；④吸氣溫度：≤35 ℃試驗溫度（26±2）℃，≤42 ℃試驗溫度（40±2）℃；⑤呼吸氣阻力：呼氣阻力≤600 Pa 呼吸量30 L/min，呼氣阻力≤700 Pa 呼吸量50 L/min，吸氣阻力0～600 Pa 呼吸量30 L/min，吸氣阻力無要求，呼吸量50 L/min；⑥定量供氧量：≥1.4 L/min。

煤礦用自救器和呼吸器試驗條件參數見表1。

表1 煤礦用自救器和呼吸器試驗條件參數Table 1 Test condition parameters of self-rescue apparatus and breathing apparatus used in coal mine

2.2 國內外煤礦用自救器主要技術要求差異

在煤礦用自救器進行主要技術指標試驗時國內外標準規定的參數差異較大，即使是國內標準對壓縮氧氣自救器、化學氧自救器的呼吸量、呼吸頻率、耗氧量等方面等規定也有差異?；瘜W氧自救器的呼吸量、耗氧量和二氧化碳進入量明顯高于壓縮氧氣自救器的相應要求，那么相同額定防護時間的壓縮氧氣自救器和化學氧自救器，在相同使用條件下，化學氧自救器的防護時間要比壓縮氧氣自救器的防護時間長。國內外煤礦用自救器技術指標在大功量試驗、阻燃性試驗和佩戴性能試驗等方面也存在差異。

1）大功量要求。EN13794：2002 標準規定在常規功量35 L/min 和大功量70 L/min 條件下進行試驗，NIOSH 42 CFR 84 規定在按照65、44、25 L/min 的順序進行循環試驗；而GB 24502—2009 標準規定的呼吸量為30 L/min，AQ 1054—2008 標準規定的呼吸量為30 L/min。國外自救器規定了65 L/min 或70 L/min 的大功量試驗，而國內化學氧自救器和壓縮氧自救器都沒有規定大功量試驗的要求，且常規功率也小于國外要求[14]。

2）阻燃性要求。EN13794：2002 標準規定自救器正常使用時處于暴露部分應進行整機火焰適應性試驗，NIOSH 42 CFR 84 標準沒有阻燃性要求；GB 24502—2009 標準規定了化學氧自救器的在800 ℃的火焰上過火1 次，呼吸系統保持氣密性，AQ 1054—2008標準規定了壓縮氧自救器塑料外殼的材質應符合阻燃的要求。EN13794: 2002 標準要求的阻燃試驗更接近于驗證自救器實際使用的短時過火性能。

3）佩戴性能要求。EN13794：2002 標準規定真人在-5～-3 ℃的冷房內佩戴自救器并以6.5 km/h 穩定速度行走，試驗時應連續測定吸氣中O2與CO2體積分數等要求，NIOSH 42 CFR 84 標準規定了在（24±6）℃的條件下進行真人佩戴試驗，并規定了佩戴時的活動項目、順序和時間；GB 24502—2009 標準和AQ 1054—2008 標準沒有佩戴性能要求的有關規定。

2.3 國內外煤礦用呼吸器主要技術要求差異

國內外呼吸器主要技術指標主要體現在在大功量試驗、可燃性試驗和佩戴性能試驗、關鍵零部件試驗等技術要求方面存在差異。

1）大功量要求。EN145-1997 標準規定在呼吸量50 L/min 和75 L/min 條件下進行試驗，NIOSH 42 CFR 84 標準規定呼吸器在按照65、44、25 L/min 的順序進行循環試驗；GB 23394—2009 標準規定在呼吸量30、50、75 L/min 條件下進行試驗，MT 867—2000 規定室溫下30 L/min 和40 ℃環境下50 L/min條件下進行試驗。GB 23394—2009 標準雖然規定了大功量試驗但是安全標準檢驗時未執行。

2）可燃性要求。EN145-1997 標準規定了呼吸器按照3 類方法進行可燃性試驗，分別是六燃燒器靜態試驗、單燃燒器靜態試驗和單燃燒器動態試驗；GB 23394—2009 標準規定了采用單燃燒器動態試驗的要求。NIOSH 42 CFR 84 標準和MT 867—2000標準沒有規定可燃性有關試驗。

3）佩戴性能要求。GB 23394—2009 標準、MT 867—2000 標準和EN145-1997 標準規定的佩戴性能要求基本相同，都是提重物、行走、穿越矮洞等7個動作。NIOSH 42 CFR 84 標準規定了靜坐、彎腰前行、爬行等137 個動作。由于國內缺少佩戴性能實驗室，目前呼吸器安標型式檢驗時并未進行真人佩戴性能試驗。

4）抗溫性能要求。EN145-1997 標準規定的抗溫性能包括用采用呼氣機進行的-30～60 ℃的存貯試驗，-6 ℃的工作溫度試驗，同時要規定了23 ℃和-6℃下的真人佩戴的抗溫性能試驗；GB 23394—2009標準規定的抗溫性能參考了EN145-1997 標準的內容，但將-30～60 ℃修改為-20～60 ℃，MT 867—2000規定的抗溫性能僅要求采用呼氣機進行的-20～60℃的貯存試驗，不要求真人佩戴的抗溫性能試驗。

此外，EN145-1997 標準要求呼吸器的暴露部件，除了面罩和軟管外的表面電阻應小于109 Ω，呼氣器的面罩、軟管接頭應經歷20 min 的耐輻射熱試驗的要求；其他標準無相關要求。

2.4 煤礦用自救器及呼吸器試驗方法及裝置現狀

我國煤礦用自救器試驗方法和試驗設備除符合GB 24502—2009 標準、AQ 1054—2008 標準的有關規定外，還應符合MT 59—2008 標準的要求?？傮w來說我國煤礦用自救器試驗方法在呼吸阻力、呼吸溫度、呼吸參數控制等方面落后于歐洲和美國標準。主要儀器設備有：防護性能檢驗裝置、閥片氣密性試驗裝置、呼吸系統氣密性試驗裝置、外殼氣密性試驗裝置、生氧量測定裝置、自救器滾動沖擊試驗裝置和阻燃性能試驗裝置等。由于有關標準的標齡較長，規定的試驗方法或儀器儀表比較落后，使得試驗設備自動化程度普遍偏低與國外存在差距。比如，國內標準規定防護性能檢驗裝置中采用濕式氣體流量計來測量二氧化碳氣體進入量和耗氧量，而濕式氣體流量計為指針式度數、無輸出信號、體積大、不便于自動控制，而工業上廣泛采用的質量流量計具有精度高、穩定性好、便于自動控制、采集等優點卻因為不是標準規定的流量計不能被采用。國內防護性能檢驗裝置在大功量試驗和變工量試驗方面均不滿足國外標準要求。自救器防護性能檢驗裝置如圖1。

圖1 自救器防護性能檢驗裝置Fig. 1 Protective performance test device for self-rescue apparatus

煤礦用呼氣器試驗方法和試驗設備與煤礦用自救器類似，其防護性能檢驗裝置與自救器通用，此外還有呼吸器校驗儀。呼吸器校驗儀主要適用于對正壓式氧氣呼吸器進行定量供氧、低壓氣密、需求閥開啟壓力、排氣閥開啟壓力、減壓器中壓值進行檢驗。呼吸器校驗儀如圖2。

圖2 呼吸器校驗儀Fig. 2 Respirator calibrator

3 煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術存在問題

1）技術指標不統一、與國外不接軌。我國隔絕式化學氧自救器和隔絕式壓縮氧氣自救器的技術要求不統一給自救器的客觀評價帶來了困難。煤礦用自救器及呼吸器技術指標與國外不接軌，給自救器和呼氣器的出口帶來了一定的困難。

2）技術要求不完善。通過近年來自對自救器及呼吸器事故分析可知，引起事故的原因與氣瓶密封性、壓力表可靠性、減壓閥結構、呼吸導管質量、呼吸閥片壽命、塑料及橡膠件材質等關鍵零部件有關，且標準中對上述關鍵零部件的技術要求不完善或未做規定，存在一定安全隱患。

3）佩戴性能試驗未實施。國內自救器對佩戴性能未做規定，而國外自救器有佩戴性能的要求，雖然國內外呼吸器都規定了佩戴性能的要求，但是自救器和呼吸器均未進行佩戴性能的考察，而佩戴性能是對呼吸器和自救器使用呼吸器試驗的補充，是考察結構設計合理性、零部件可靠、佩戴的適應性和舒適性、揭示性能試驗不能測定的缺點的重要手段。

4）檢驗裝置落后。目前煤礦用自救器和呼吸器的檢驗裝置受有關標準要求所限制，仍然采用U 形管、玻璃水柱、濕式氣體流量計等依靠人工度數的儀器儀表，不能通過計算機讀取數據和控制參數。人工讀記數據工作量大，且難以同時記錄多個參數，無法保證檢驗的科學性、公正性和權威性。檢驗裝置參數控制和采集精度不高，試驗中呼吸器量及干球溫度控制會隨試驗進行而逐漸增大誤差。

5）定期維護時間與使用壽命不明確。隔絕式壓縮氧氣自救器和隔絕式正壓氧氣呼氣器中的二氧化碳吸收劑需要定期更換，壓力表也需要定期檢定，隔絕式化學氧自救器的生氧劑較長時間后也會失效，但是有關標準中對自救器和呼吸器的定期維護時間與使用壽命不明確，導致在用的自救器和呼吸器往往難以正常工作。

6）煤礦用戶側監督抽檢力度不夠。由近年來煤礦用自救器在煤礦用戶側的監督抽檢結果可知，煤礦現場使用的自救器合格率較低，主要原因是在煤礦用戶側監督抽檢力度不夠，使煤礦用自救器生產廠家銷往煤礦用戶的產品存在以次充好、假冒偽劣的現象。

4 煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術建議

1）整合有關標準、完善技術指標和試驗方法、與國外接軌、保持標準的先進性。整合隔絕式壓縮氧自救器和隔絕式化學氧自救器的標準為一個標準，統一技術要求和試驗方法，并與自救器的主要出口國所執行的歐洲標準保持一致，方便自救器的出口。修訂隔絕式正壓氧氣呼吸器的執行標準，結合近年來新型呼吸器應用的新材料和新技術、完善關鍵零部件技術要求、排除安全隱患。

2）建立自救器及呼吸器佩戴性能實驗室。佩戴性能是國外自救器和呼吸器必不可少的項目，是對產品的佩戴舒適性、技術指標、功能特性等進行的主觀評價，對檢查產品設計是否滿足佩戴者使用的基本需求十分重要，因此有關檢測機構應盡快建立自救器及呼吸器佩戴性能實驗室、并將其納入型式試驗項目，以提高自救器及呼吸器的適應性。

3）研發智能化檢驗設備，提高檢驗效率。針對自救器及呼氣器型式檢驗和出廠檢驗落后的現狀，研制指標滿足國內外標準要求、自動檢測、自動記錄、較少需要人工干預的檢驗設備，提高檢驗效率。

4）加強監督檢驗。加強在煤礦用戶側的抽樣監督檢驗，擴大監督范圍、提高監督頻次，對監督不合格的產品和生產企業嚴肅處理，確保在煤礦使用的自救器和呼氣器與安全標志備案資料的一致性和符合性。

5 結 語

論述了煤礦用自救器及呼吸器、試驗方法、試驗設備的現狀，對比分析了中國、歐洲和美國關于煤礦自救器及呼吸器的執行標準、主要技術指標，指出了我國煤礦用自救器及呼吸器檢測檢驗技術落后與國外的現狀，提出了存在的問題并給出了相應的建議。