礦難營救設(shè)施的設(shè)計(jì)與研究

張冉

隨著采礦業(yè)的發(fā)展礦難事故頻發(fā)，礦工的人身安全令人堪憂。礦難問題的出現(xiàn)給我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和礦工安全帶來不良影響。因此，如何設(shè)計(jì)出科學(xué)安全的礦難營救設(shè)施已成為當(dāng)代設(shè)計(jì)師面臨的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

礦難事件頻發(fā)既造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失又造成人員傷亡，給原本幸福的家庭帶來災(zāi)難，所以礦難問題引起了國家和社會(huì)各界的高度關(guān)注。在災(zāi)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(huì)成為構(gòu)建中國和諧社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展道路上的絆腳石。因此，研究礦難營救系統(tǒng)成為本項(xiàng)工作的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

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(chǎn)量居世界領(lǐng)先水平，隨著我國工業(yè)發(fā)展約65%以上的能源都來源于煤炭。在我國礦難事故頻發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每開采百萬噸煤礦礦工死亡人數(shù)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(yè)發(fā)展的推助器，礦工的生命安全保障是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，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(shè)施的設(shè)計(jì)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(fā)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(zāi)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(jī)械設(shè)備運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生摩擦使得被摩擦機(jī)械周圍的空間溫度升高，達(dá)到一定高溫后空氣與瓦斯混合氣體發(fā)生氧化并產(chǎn)生沖擊波導(dǎo)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(fā)事故，這一問題已不單是某個(gè)國家面臨的問題也是全球各國面臨的嚴(yán)峻難題。據(jù)研究表明，在礦井下最高事故率發(fā)生基本都體現(xiàn)在采挖工作環(huán)節(jié)方面，引起爆炸的原因是由于采挖工作時(shí)引起的電火花導(dǎo)致。

礦井水災(zāi)：礦井水災(zāi)的概率不是很高，這是由于礦井水災(zāi)由于環(huán)境地理位置達(dá)到一定條件后誘發(fā)所致。當(dāng)?shù)叵滤酀M整個(gè)礦井而地表水層、斷層、舊巷或是采空區(qū)積水崛到河流斷層時(shí)容易造成此類事故發(fā)生。河水突然灌入井巷這是引發(fā)礦井水災(zāi)的直接原因。

主觀因素

監(jiān)管不到位：管理人員對(duì)礦井內(nèi)的環(huán)境監(jiān)管不到位造成安全隱患。由于監(jiān)管人員的疏忽沒有做好相應(yīng)的監(jiān)督造成礦井頂板掉落，監(jiān)管人員未能及時(shí)查出頂板松動(dòng)或不牢固的安全隱患使得頂板最終掉落導(dǎo)致人員傷亡。

礦工自身專業(yè)素質(zhì)低：礦工既缺乏煤礦安全知識(shí)，又缺乏專業(yè)指導(dǎo)與統(tǒng)一管理經(jīng)驗(yàn)。礦井操作人員通過考試取得資格證，雖然掌握相關(guān)基本知識(shí)，但對(duì)煤礦安全缺乏全面培訓(xùn)，對(duì)煤炭安全事故的原因也是一知半解。另外，采礦企業(yè)缺乏系統(tǒng)管理的法律法規(guī)，領(lǐng)導(dǎo)人責(zé)任心不強(qiáng)也是誘因之一。

腐敗問題：由于貪污腐敗導(dǎo)致偷工減料、設(shè)備損壞以及采用陳舊的技術(shù)手段進(jìn)行施工等原因，也會(huì)造成不同程度煤炭事故發(fā)生。

施工人員心理問題：由于貪污腐敗現(xiàn)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(fù)荷工作導(dǎo)致礦工心理素質(zhì)和情緒變化造成施工人員操作中的失誤。

礦難營救設(shè)施設(shè)計(jì)

礦難的發(fā)生是由多種因素造成的，必須在事故發(fā)生以前做好相應(yīng)的措施和準(zhǔn)備才是減少礦難事故發(fā)生的根本。根據(jù)相關(guān)人員的走訪和調(diào)查：礦工在事故發(fā)生時(shí)基本處于工作面并與外界失去聯(lián)系，被困人員一小時(shí)或更短時(shí)間內(nèi)由于各種連鎖事故反應(yīng)，如溺水、中毒和缺氧等原因無法得到及時(shí)救援而死亡的現(xiàn)象約占礦難死亡比例的70～85%。因此，關(guān)鍵施救的半小時(shí)或一個(gè)小時(shí)決定了礦工的生命安危。因此，在這生死關(guān)頭之前所做的防護(hù)準(zhǔn)備及自救互救措施就成為唯一的生存機(jī)會(huì)。

礦難自助工具研究設(shè)計(jì)

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

頭部防護(hù)：礦燈是工作人員下井后必須攜帶的主要照明工具。這是因?yàn)榈V井地下形式復(fù)雜，在事故發(fā)生時(shí)電源供應(yīng)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(zhì)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(hù)工具，主要預(yù)防頭部上方各種突發(fā)事故；眼睛是礦工自救互救最重要的部分，護(hù)目鏡作為礦工眼睛的重要保護(hù)工具。因此，護(hù)目鏡要注重材質(zhì)的選擇和造型的設(shè)計(jì)；礦工在礦井下作業(yè)機(jī)械的噪音會(huì)損害耳膜影響礦工聽力，因此必須對(duì)耳朵進(jìn)行防護(hù)；耳塞是防止噪音和隔絕噪音的重要工具；防護(hù)服主要起到隔離粉塵保溫以及防止靜電的作用；防護(hù)手套，主要是工作中操作各種工具防止手部受傷；腿部防護(hù)安全靴，主要防護(hù)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(hù)工具是用來防護(hù)粉塵避免吸入有毒氣體防止呼吸道感染的工具。呼吸防護(hù)工具主要有三類：一是自吸式口罩：這種擴(kuò)口口罩的使用原理是通過人體的呼吸使空氣經(jīng)過口罩的過濾后進(jìn)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(shí)用又方便佩戴。第二種是動(dòng)力式口罩：它的原理是通過口罩中的微小風(fēng)機(jī)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(nèi)部的作用。第三類是壓風(fēng)呼吸器：主要用于巖巷和其他巷道，它不僅可以防止粉塵進(jìn)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(huán)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(fā)生礦難過程中最重要的自救互救設(shè)施，當(dāng)發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸、火災(zāi)等一些列問題時(shí)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(jìn)行轉(zhuǎn)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(xué)藥劑產(chǎn)生氧氣供氧并隔絕外界空氣。

礦難等待營救設(shè)施的設(shè)計(jì)

礦難營救設(shè)施是在發(fā)生礦難事故時(shí)礦工未能及時(shí)逃難而設(shè)立的臨時(shí)保障避難設(shè)施。它是救護(hù)、醫(yī)療、通信、補(bǔ)給一體的救助系統(tǒng)，具有一定的組合與移動(dòng)功能，它具有移動(dòng)性、組合性、并行性、封閉性等特點(diǎn)。移動(dòng)性指的是利用電機(jī)車將某個(gè)組合單元進(jìn)行牽引移動(dòng)，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(jìn)行配裝組合；并行性指的是在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)救助資源的共享，方便外部對(duì)于內(nèi)部環(huán)境情況的監(jiān)控與調(diào)整，支持子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)各資源的優(yōu)化配置；封閉性指的是在爆炸災(zāi)害發(fā)生時(shí)及時(shí)有效的阻止外部有害氣體粉塵的進(jìn)入。

生保移動(dòng)組合應(yīng)遵循以下原則：系統(tǒng)原則，體現(xiàn)整體與局部之間的關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循整體功能大于部分功能之和；高效適應(yīng)原則，便于組合、裝配與維修并且要與特殊操作環(huán)境相適應(yīng)，適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展需求符合現(xiàn)有技術(shù)及生產(chǎn)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(huán)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(zhì)

為礦工制定科學(xué)合理的用工管理制度實(shí)行同工同酬，適當(dāng)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?cè)诠ぷ髦幸蛐睦碓驅(qū)е鹿ぷ魇д`，這是減少事故發(fā)生率的一個(gè)重要措施。建立健全礦工管理機(jī)制。監(jiān)管人員依照法律法規(guī)對(duì)煤礦安全實(shí)行監(jiān)察管理，對(duì)劃定特殊區(qū)域的煤礦安全實(shí)施情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查，對(duì)查處的違反煤礦安全行為提出現(xiàn)場處罰意見并參與煤礦建設(shè)的安全設(shè)計(jì)以及竣工驗(yàn)收。煤礦安全檢查人員要隨時(shí)進(jìn)入煤礦區(qū)進(jìn)行檢查，調(diào)閱相關(guān)資料，參加煤礦安全生產(chǎn)會(huì)議，或向有關(guān)單位人員了解情況。在進(jìn)行現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患有權(quán)要求停止作業(yè)或下達(dá)從危險(xiǎn)區(qū)域撤出作業(yè)人員的命令告知煤礦安全機(jī)構(gòu)予以處理；當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤礦現(xiàn)場瓦斯、粉塵或有害氣體濃度超標(biāo)或者擅自開采時(shí)，有權(quán)責(zé)令停止；發(fā)現(xiàn)主管人員違章指揮工人或者強(qiáng)令進(jìn)行違章、冒險(xiǎn)作業(yè)的立即責(zé)令停止作業(yè)；發(fā)現(xiàn)煤礦使用的設(shè)施設(shè)備不符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的有權(quán)責(zé)令停止使用，需要查封或者扣押的及時(shí)匯報(bào)給安全監(jiān)督部門進(jìn)行依法處理。提高礦工安全意識(shí)要從以下幾個(gè)方面人手：

“預(yù)防為主，安全第一”。預(yù)防是指控制、防治，在煤炭事故前要主動(dòng)控制防止事故發(fā)生；“統(tǒng)籌、管理、培訓(xùn)”。對(duì)礦工進(jìn)行安全知識(shí)的培訓(xùn)，每個(gè)礦工都要堅(jiān)持：培訓(xùn)、考試、合格、持證、上崗的流程，這樣才能使礦難安全有一個(gè)可靠的保證。

目前礦難已成為世界性難題，對(duì)于礦難營救設(shè)施的研究不僅需要企業(yè)的努力而且更需要國家政府資金和政策支持，礦難設(shè)施的研究不僅是一個(gè)長期復(fù)雜的過程而且涉及范圍比較廣。所以設(shè)計(jì)師不僅要掌握人機(jī)工程學(xué)、美學(xué)、材料學(xué)等交叉學(xué)科還要與時(shí)俱進(jìn)根據(jù)本國國情與自身特點(diǎn)設(shè)計(jì)出符合本國國情的礦難營救設(shè)施系統(tǒng)。