煤礦救援用便攜式氣釘槍的分析與應(yīng)用

句世偉

（山西省朔州市應(yīng)急救援隊(duì)， 山西 朔州 036002）

引言

礦山救護(hù)隊(duì)是處理礦山災(zāi)害的專業(yè)隊(duì)伍，工作任務(wù)繁重、危險(xiǎn)系數(shù)極高。礦山救護(hù)隊(duì)遇有風(fēng)障、木板密閉墻等木質(zhì)設(shè)施時(shí)，主要依靠銅頂斧手工操作，建造過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力且工作效率低，有時(shí)會(huì)因建造設(shè)施質(zhì)量差、災(zāi)區(qū)停留時(shí)間較長(zhǎng)等問題，導(dǎo)致隊(duì)員自身傷亡。特別是火區(qū)燃燒過程中放出大量熱量使得燃燒產(chǎn)物具有較高的溫度進(jìn)而產(chǎn)生浮力作用的危險(xiǎn)環(huán)境，必須根據(jù)指揮部的命令在必要的地點(diǎn)建造風(fēng)障、木板密閉墻等設(shè)施，以減少高溫氣體或煙霧對(duì)救援人員的傷害。救護(hù)隊(duì)救援裝備管理創(chuàng)新，一方面是把本單位的裝備作為一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行管理，調(diào)動(dòng)各種積極因素，合理利用管理資源，提高裝備管理的質(zhì)量與效益；另一方面是把裝備管理與救護(hù)隊(duì)現(xiàn)有救援裝備全面聯(lián)系起來，通過科學(xué)高效的裝備管理，提高救護(hù)隊(duì)整體水平，最終提升保障力和戰(zhàn)斗力[1]。

礦用便攜式氣釘槍設(shè)計(jì)的目的一方面是解決礦山救護(hù)隊(duì)員在災(zāi)區(qū)內(nèi)建造木板密閉時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的弊端，加快密閉速度，縮短礦山救護(hù)隊(duì)員在災(zāi)區(qū)的工作時(shí)間，降低礦山救護(hù)隊(duì)員在災(zāi)區(qū)的危險(xiǎn)性；另一方面，此種設(shè)備可用于礦井所有木質(zhì)設(shè)施的釘制工作，操作簡(jiǎn)單，使用方便，工作效率較高，替代了原有的釘錘操作，大大提高了操作的安全系數(shù)。人和裝備是戰(zhàn)斗力的主體與客體，改善礦山救護(hù)手段、使用智能應(yīng)急救援裝備可極大地提高救援隊(duì)伍戰(zhàn)斗力，也是建設(shè)現(xiàn)代化礦山救護(hù)隊(duì)的主攻方向。建造木質(zhì)設(shè)施時(shí)間緊迫，木板密閉墻構(gòu)筑越早、越快，隊(duì)員安全性越大。因此，一個(gè)安全、快速、高效的木質(zhì)設(shè)施建造設(shè)備就顯得尤為重要。

1 礦用便攜式氣釘槍技術(shù)分析

1.1 工作原理

礦用便攜式氣釘槍工作原理為使用滑動(dòng)活塞來驅(qū)動(dòng)一個(gè)長(zhǎng)的刀片，當(dāng)活塞頭部的氣壓大于其底部的氣壓時(shí)，活塞被向下推動(dòng)；當(dāng)活塞底部的氣壓大于其頂部的氣壓時(shí)，活塞保持不動(dòng)，觸發(fā)裝置通過引導(dǎo)壓縮空氣的流動(dòng)來改變平衡狀態(tài)。當(dāng)扳動(dòng)礦用便攜式氣釘槍扳機(jī)時(shí)，觸發(fā)閥關(guān)閉，并打開一個(gè)通道與空氣相通。當(dāng)觸發(fā)閥就位時(shí)，壓縮空氣不能流到閥門活塞上邊的空間，導(dǎo)致閥塞下部比上部氣壓更大，閥塞上升，此時(shí)壓縮空氣可以流到活塞的頂部，壓縮空氣使活塞和刀片向下運(yùn)動(dòng)，并將射釘射出槍膛。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣通過一系列的孔把活塞筒中的空氣推到回氣艙中，隨著越來越多的空氣流進(jìn)槍膛，氣壓不斷升高。當(dāng)釋放礦井便攜式氣釘槍扳機(jī)的時(shí)候，壓縮空氣使閥塞返回原位，并阻止空氣流到活塞的頭部，由于沒有向下的氣壓，回氣艙中的壓縮空氣將活塞頭部頂起來，活塞頭部上方的空氣從射釘槍中排到大氣中。

1.2 配套設(shè)施

便攜式氣釘槍安全工作壓力為0.4～0.7 MPa，經(jīng)過技術(shù)改造可將裝有18 MPa 壓力的空氣瓶通過減壓器連接到一個(gè)可以承受5 MPa 的儲(chǔ)氣裝置，并使儲(chǔ)氣裝置內(nèi)的壓力始終保持在0.4～0.7 MPa 之間，儲(chǔ)氣裝置設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)換頭，能同時(shí)連接多把便攜式氣釘槍，當(dāng)儲(chǔ)氣裝置壓力達(dá)到5 MPa 以上時(shí)，多余的氣體經(jīng)儲(chǔ)氣裝置的安全閥排出，確保使用安全[2-3]。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)途徑

便攜式氣釘槍主要根據(jù)氣動(dòng)原理，就是以壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞和信號(hào)傳遞。氣動(dòng)是利用撞擊作用或轉(zhuǎn)動(dòng)作用產(chǎn)生的空氣壓力使其運(yùn)動(dòng)或做功，氣動(dòng)就是以壓縮空氣為動(dòng)力源，帶動(dòng)機(jī)械完成伸縮或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。因?yàn)槭抢每諝饩哂袎嚎s性的特點(diǎn)，吸入空氣壓縮儲(chǔ)存，空氣便像彈簧一樣具有了彈力，然后用控制元件控制其方向，帶動(dòng)執(zhí)行元件旋轉(zhuǎn)與伸縮。

便攜式氣釘槍是利用壓縮空氣沖擊氣槍釘子使其發(fā)揮作用，其關(guān)鍵技術(shù)是：

1）金屬撞擊部分的井下防爆技術(shù)：若釘子材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，在井下工作過程中可能會(huì)因?yàn)樽矒舢a(chǎn)生電火花造成危險(xiǎn)，或者釘子材料磨損過快造成更換周期快，從而增加裝備成本和維護(hù)保養(yǎng)負(fù)擔(dān)。

2）氣源穩(wěn)定技術(shù)：閥門活塞與活塞頭連接部分或塑料管由于密封不良可能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，而儲(chǔ)氣罐減壓閥也可能導(dǎo)致氣源不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。

3）解決礦用便攜式氣釘槍技術(shù)方法：根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更換氣槍的釘子材料，將金屬撞擊部分更換為銅質(zhì)材料或包銅。外殼可設(shè)計(jì)成鋁制材料，降低氣槍自身重量，同時(shí)也可解決井下防爆問題。便攜式氣釘槍氣源儲(chǔ)存裝置的設(shè)計(jì)，利用減壓器將外部不穩(wěn)定氣源注入儲(chǔ)存裝置，保證氣源的穩(wěn)定性。

1.4 特點(diǎn)

1）便攜式氣釘槍與日常手工釘錘操作相比提升了工作效率，在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)建造風(fēng)障、板墻等木質(zhì)設(shè)施時(shí)效率更高、質(zhì)量更好，縮短了救援人員在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)停留時(shí)間，提升了安全系數(shù)。

2）為確保便攜式氣釘槍的安全指數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)便攜式氣釘槍嘴加裝了彈性鎖定裝置，確保了便攜式氣釘槍嘴在對(duì)準(zhǔn)物體按壓時(shí)才能正常工作；并對(duì)氣釘槍使用的釘子進(jìn)行了改進(jìn)，利用銅制釘子解決了在煤礦井下使用的防爆問題。

3）氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。壓力等級(jí)低、相對(duì)液壓系統(tǒng)安全些。而且工作介質(zhì)是取之不盡的空氣，沒有成本，排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境。

4）利用空氣的壓縮性可貯存能量。在短時(shí)間釋放能量以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在一定條件下可使氣動(dòng)裝置有自保能力。

5）全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用。但使用壽命受氣源潔凈度和使用頻率的影響較大。

2 便攜式氣釘槍的應(yīng)用

2.1 地面使用效果

經(jīng)多次測(cè)試，使用礦用便攜式氣釘槍建造4 m2的木板密閉墻時(shí)，6 名隊(duì)員配合可以在5 min 之內(nèi)完成建造，并且質(zhì)量合格；2 L 的空氣瓶充滿18 MPa 空氣，可以完成三道4 m2木板密閉墻的密閉操作，相比傳統(tǒng)的釘錘操作，氣釘槍不會(huì)出現(xiàn)彎釘，減少了重復(fù)補(bǔ)釘，建造的木板密閉墻質(zhì)量更好，速度更快，工作效率更高，建造板墻時(shí)間縮短了60%以上[4-5]。具體操作數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 便攜式氣釘槍實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 井下使用效果

建造井下的風(fēng)門、臨時(shí)木板密閉墻、調(diào)節(jié)風(fēng)窗及其他木質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)施時(shí)，正常情況下在災(zāi)區(qū)內(nèi)建造一道18 m2的木板密閉墻需要40 min，但使用該設(shè)備后建造一道18 m2的木板僅需要18 min。利用礦用便攜式氣釘槍時(shí)，能夠提高建造效率，比傳統(tǒng)施工方法節(jié)約60%以上的時(shí)間，提升了井下工作人員的工作效率。

2.3 存在的問題

經(jīng)過多次實(shí)踐應(yīng)用，礦用便攜式氣釘槍在煤礦井下操作時(shí)也存在著一些實(shí)際問題，影響救援速度，具體如下：防爆問題解決成本較高，氣釘槍外觀材料設(shè)計(jì)不合理，銅質(zhì)釘子雖然滿足井下防爆標(biāo)準(zhǔn)，但是造價(jià)過高，增加成本。便攜式氣釘槍需煤礦防爆標(biāo)志，煤礦防爆標(biāo)志難以申請(qǐng)。在對(duì)礦井較大斷面進(jìn)行封閉時(shí)氣槍只有一個(gè)，其他人員還是得用傳統(tǒng)手工斧建造木質(zhì)設(shè)施，出現(xiàn)工具不夠用現(xiàn)象。儲(chǔ)氣瓶體積較大，而且重量偏大，對(duì)于救援人員攜帶下井工作很不方便，甚至影響救援速度，耽誤救援時(shí)機(jī)。

2.4 解決措施

1）聯(lián)系廠家制作防爆型釘子，材料盡量選擇性價(jià)比高的，減少使用成本。同時(shí)氣釘槍外觀設(shè)計(jì)要合理，外殼可設(shè)計(jì)成鋁制材料，降低氣槍自身重量，在對(duì)井下木質(zhì)結(jié)構(gòu)施工中，符合防爆要求。

2）與具備資質(zhì)的廠家聯(lián)合對(duì)便攜式氣釘槍進(jìn)行改進(jìn)，塑料管及活塞接頭連接部分密封嚴(yán)。申請(qǐng)煤礦專用防爆標(biāo)志。

3）在儲(chǔ)氣瓶出氣口加裝氣槍連接頭，調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣瓶壓力，使儲(chǔ)氣壓力能夠至少供應(yīng)兩把便攜式氣槍使用，進(jìn)一步提升工作效率。

4）縮小儲(chǔ)氣瓶體積，利用高壓脈沖裝置中的現(xiàn)有空氣瓶作為儲(chǔ)存瓶，并設(shè)計(jì)背負(fù)式或手提式裝置，降低便攜式氣釘槍裝置的質(zhì)量和體積，更適用于現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境，進(jìn)一步發(fā)揮實(shí)戰(zhàn)功能。

5）通過精密車削，控制活塞接頭形狀和位置度以及活塞的溝槽直徑和圓度。塑料管選用防爆、防潮、耐高溫、耐腐蝕的材料。

2.5 推廣應(yīng)用情況

該設(shè)計(jì)在多家礦山救護(hù)隊(duì)模擬巷道經(jīng)過了多次試驗(yàn)和改進(jìn)，總體實(shí)驗(yàn)效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，鑒于目前國(guó)內(nèi)外沒有此種設(shè)備，且裝備研發(fā)成功后發(fā)展前景較好，研究成果將在全國(guó)各礦山救護(hù)隊(duì)及煤礦行業(yè)推廣使用。

3 結(jié)論

1）先進(jìn)的應(yīng)急救援裝備能有效提高應(yīng)急救援能力，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。便攜式氣釘槍操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、動(dòng)作迅速，使用過程中氣釘槍可由單人獨(dú)立操作，省時(shí)省力，能夠提升救援人員在災(zāi)區(qū)內(nèi)工作的安全系數(shù)。

2）煤礦發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故時(shí)，若產(chǎn)生大量有毒有害氣體和高溫現(xiàn)象，快速建造木板密閉墻或風(fēng)障等設(shè)施是保護(hù)救援人員、降低事故損失的重要條件，使用便攜式氣釘槍可大大提高木質(zhì)設(shè)施的建造效率。

3）便攜式氣釘槍的設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的實(shí)用性，能夠最大限度地減少救援人員在災(zāi)區(qū)的時(shí)間，確保救援人員安全，具有易維護(hù)、速度快等優(yōu)勢(shì)。因此，便攜式氣釘槍在煤礦事故應(yīng)急搶險(xiǎn)救援工作中發(fā)揮了重要作用。