礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援實戰(zhàn)訓(xùn)練技術(shù)研究

王汝柱

礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援實戰(zhàn)訓(xùn)練技術(shù)研究

王汝柱

河北省唐山市國家礦山應(yīng)急救援開灤隊

礦山火災(zāi)或瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援實戰(zhàn)訓(xùn)練練技術(shù)的研究，闡述了項目提出的背景和研發(fā)技術(shù)路線，包括訓(xùn)練場地的功能確立、火災(zāi)事故和瓦斯爆炸事故的場景設(shè)置、訓(xùn)練內(nèi)容及程序等。特別是在訓(xùn)練內(nèi)容及程序上明確提出了具體技術(shù)方案。突出了訓(xùn)練的真實性、系統(tǒng)性和科學(xué)性。

火災(zāi)瓦斯爆炸；實戰(zhàn)訓(xùn)練；場景設(shè)置；訓(xùn)練；考核

作為一支專業(yè)的礦山應(yīng)急救援隊伍，為更好的履行職能，需要不斷增強(qiáng)應(yīng)急救援能力。當(dāng)前傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法存在訓(xùn)練項目與實際救災(zāi)脫節(jié)，訓(xùn)練效果不能滿足實際救災(zāi)需要等問題，從而造成救援人員缺乏現(xiàn)場救援經(jīng)驗和技能，很難保證在復(fù)雜礦山事故處理中做到有效施救和安全施救。2012年以來全國救護(hù)系統(tǒng)發(fā)生了多起救援人員自身傷亡事故，教訓(xùn)十分慘痛，分析原因多數(shù)是由于對事故現(xiàn)場危險因素辨識不清，缺乏現(xiàn)場救援經(jīng)驗和技能造成的。可見創(chuàng)新機(jī)制，開展真實火災(zāi)或瓦斯爆炸狀態(tài)下的救援技術(shù)訓(xùn)練，不斷提升救援人員的實戰(zhàn)能力非常的必要。

1 訓(xùn)練場地的功能確立

訓(xùn)練場地的功能建設(shè)，主要利用現(xiàn)有的地下演習(xí)巷道構(gòu)成采區(qū)系統(tǒng)，包括一個掘進(jìn)工作面和一個綜采工作面，巷道總長度約700m，包括大斷面拱形巷道、小斷面拱形巷道、正梯形巷道、斜梯形巷道、長方形斷面巷道、正方形斷面巷道等，布置高溫濃煙硐室、爆炸硐室、匍匐巷道、軌道運(yùn)輸巷道等。爆炸巷道可抗擊約500KPa爆炸威力的沖擊，如圖1。

1.1 設(shè)施設(shè)備組成

圖1 爆炸巷道工作面示意圖

（1）井下環(huán)境檢測系統(tǒng)。在全巷道實現(xiàn)，要求對所有實訓(xùn)巷道進(jìn)行風(fēng)速測定，對所有實訓(xùn)巷道進(jìn)行溫度測定、煙霧濃度（能見度）測定、對所有實訓(xùn)巷道進(jìn)行有毒有害氣體測定。

（2）全程音視頻指揮系統(tǒng)。實訓(xùn)巷道內(nèi)有人停留的工作地點安裝攝像頭，攝錄信息傳至井下救災(zāi)指揮部和井上調(diào)度室，指揮員對實訓(xùn)人員進(jìn)行全程音視頻指揮并保存音視頻資料。

（3）實訓(xùn)演練評價系統(tǒng)。在全巷道和調(diào)度室實現(xiàn)。

1.2 主要功能

（1）瓦斯爆炸事故救援訓(xùn)練功能。斷面9m2，巷道40m，鋼筋混凝土整體澆筑，內(nèi)襯鋼板，可抗擊約500KPa爆炸威力的沖擊；在進(jìn)風(fēng)口巷道內(nèi)實現(xiàn)。具有模擬爆炸現(xiàn)場，爆炸后的各種參數(shù)測定，兩個小隊同時進(jìn)入進(jìn)回風(fēng)偵察、救人，鋪設(shè)電纜、延接水管50~100m，安裝局部通風(fēng)機(jī)，排放有毒、有害等爆炸氣體，恢復(fù)巷道和修繕受爆炸波摧毀巷道等演練功能。

（2）瓦斯燃燒、火災(zāi)事故救援訓(xùn)練功能。采煤工作面和掘進(jìn)工作面各一個，在上隅角和迎頭設(shè)置燃燒點；具有工作面及相關(guān)巷道偵察、救人、直接滅火，高泡滅火，二氧化碳、氮氣等惰氣滅火，實現(xiàn)局部和區(qū)域反風(fēng)，掛風(fēng)障隔斷風(fēng)流，使用噴涂材料噴涂密閉火區(qū)，使用磚閉密閉火區(qū)，在密閉間充填新型封堵材料如羅克休、瑞米材料等進(jìn)行二次密閉和火災(zāi)熄滅過程中溫度和各種氣體變化情況監(jiān)測等演練功能。

2 火災(zāi)事故和瓦斯爆炸事故的場景設(shè)置

2.1 事故點設(shè)置

掘進(jìn)工作面：主要采用木材、油料和煤炭在工作面迎頭堆積，體積不少于2m3，然后用明火點燃，所產(chǎn)生的空氣溫度不低于80℃，濃煙可見度在1m以下，產(chǎn)生的一氧化碳濃度不低于2000ppm。其控制方法采用燃料的配合，以及用風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控。

綜采工作面：在工作面的上隅角，采用煤氣燃燒設(shè)置火災(zāi)事故，煤氣來源采用液化氣罐從安全地點通過輸氣管道輸送到工作面上隅角，然后在工作面上隅角煤壁處布置多孔噴氣裝置，訓(xùn)練前明火點燃模擬工作面上隅角瓦斯燃燒。所產(chǎn)生的空氣溫度不低于40℃，濃煙可見度在3m以下，產(chǎn)生的一氧化碳濃度不低于1500ppm。其控制方法采用供氣量和供風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控。

其他火災(zāi)地點可根據(jù)訓(xùn)練考核內(nèi)容臨時設(shè)置在進(jìn)風(fēng)大巷和回風(fēng)大巷，火源采用可移動的燃燒池，主要目的是產(chǎn)生濃煙和一氧化碳濃度，因燃燒池的燃料是有限的，濃煙和一氧化碳濃度的大小和濃度無需控制。

瓦斯爆炸：瓦斯爆炸地點設(shè)在進(jìn)風(fēng)大巷和回風(fēng)大巷之間，為了確保瓦斯爆炸的可控性，首先采用了瓦斯煤塵爆炸裝置，在訓(xùn)練時注入沼氣、氫氣或一氧化碳?xì)怏w，人為調(diào)控濃度，該裝置能夠控制爆炸的威力，實現(xiàn)遠(yuǎn)程電子起爆，爆炸后產(chǎn)生的沖擊波可造成局部的破壞，實現(xiàn)瓦斯爆炸后局部的場景設(shè)置。

2.2 危害情況和危險因素設(shè)置

主要根據(jù)訓(xùn)練項目的要求，礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸事故發(fā)生在不同地點和不同程度時，所造成人員傷亡、設(shè)施設(shè)備損害，以及產(chǎn)生有毒有害氣體和存在二次爆炸危險的設(shè)置。該項設(shè)置的目的是表述火災(zāi)和瓦斯爆炸事故的危害和影響范圍。其中對人員的傷害主要采用模擬人和真人相結(jié)合的辦法設(shè)置傷情，通風(fēng)設(shè)施和其他設(shè)備均采用實物場景，比如風(fēng)門被摧毀、風(fēng)筒被折斷或燃燒、巷道支架被推到等。有毒有害氣體和存在二次爆炸危險的設(shè)置，主要采取火災(zāi)生成的CO、CO2、C2H2、C2H4等自然設(shè)置，但為了貼近實際在可控的巷道內(nèi)認(rèn)為釋放沼氣，在空氣中形成一定的可控濃度來設(shè)置二次爆炸危險的環(huán)境。

3 訓(xùn)練內(nèi)容及程序

火災(zāi)、瓦斯爆炸事故的訓(xùn)練內(nèi)容包括，聞警出動、救援準(zhǔn)備、建立井下基地、災(zāi)區(qū)偵查、災(zāi)區(qū)狀態(tài)分析判斷、火災(zāi)和瓦斯爆炸事故處理，以及排除污染氣體、恢復(fù)通風(fēng)等內(nèi)容，其結(jié)構(gòu)，如圖2。3.1 聞警出動

圖2 火災(zāi)、瓦斯爆炸事故訓(xùn)練結(jié)構(gòu)圖

各級救援單位在接到上一級救援指揮部門的事故通之后，救護(hù)隊值班人員立即啟動《救援行動預(yù)案》，參加訓(xùn)練的中隊、小隊和各級指揮員按照預(yù)案出動，并在規(guī)定時間內(nèi)到達(dá)指定地點。

3.2 救援準(zhǔn)備

3.2.1 救援資源配置

（1）熟知事故的性質(zhì)所需配備的救援裝備項目和數(shù)量，在攜帶裝備時，除按規(guī)程規(guī)定攜帶最低裝備外，還要根據(jù)事故的具體情況準(zhǔn)備和立即攜帶必要的特殊裝備。

（2）熟知事故的性質(zhì)所需配備的人員數(shù)量，在出動時，除按現(xiàn)有值班人員出動外，還要根據(jù)事故的具體情況準(zhǔn)備和立即召請必要的專業(yè)隊伍和專家型人員。

（3）根據(jù)事故的緊急情況，進(jìn)行裝備的調(diào)試檢驗和救援人員的組織安排及責(zé)任調(diào)整。

3.2.2 信息收集

（1）選擇信息暢通的地點，盡可能多的收集事故相關(guān)信息，在整個救援過程中都要有專職技術(shù)人員堅守崗位，保持信息的全面性和連續(xù)性。

（2）收集信息種類按照信息本身的性質(zhì)可分為數(shù)字信息、圖片信息和文本信息；按照信息的用途可分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息；按照信息的作用可分為直接影響信息和間接影響信息。

（3）善于進(jìn)行信息的分析篩選，根據(jù)事故的救援進(jìn)程，隨時將必要的信息傳遞給指揮部和救援小隊，為科學(xué)制定救援方案提供技術(shù)支撐，同時指導(dǎo)小隊制定和完善救援行動計劃，更重要是保證救援小隊的安全。3.2.3 制定救援行動計劃

救護(hù)隊接到指揮部的救災(zāi)方案后，結(jié)合本隊技術(shù)人員提供的信息，現(xiàn)場指揮員要立即了解、分析方案的目的、現(xiàn)場情況、相鄰區(qū)域情況等，并結(jié)合自身的裝備水平、人員數(shù)量、人員素質(zhì)，安排技術(shù)人員制定行動計劃。

3.3 災(zāi)區(qū)救援行動

3.3.1 井下基地的建立

《礦山救護(hù)規(guī)程》規(guī)定，救護(hù)小隊在進(jìn)入災(zāi)區(qū)偵察時，應(yīng)在靠近災(zāi)區(qū)、通風(fēng)良好、運(yùn)輸方便、不易受爆炸直接沖擊的安全地點設(shè)置救災(zāi)基地。為符合《規(guī)程》的要求，在實際救災(zāi)現(xiàn)場我們既要考慮靠近火區(qū)與偵察小隊聯(lián)系方便、援助及時，又要考慮安全、保證待機(jī)小隊的戰(zhàn)斗力，如果只憑單一的通風(fēng)系統(tǒng)圖確定是不夠的，還要根據(jù)繪制的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行分析，明確災(zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)后再確定基地的位置。設(shè)置基地的原則是救護(hù)基地應(yīng)設(shè)在火災(zāi)所在的閉合風(fēng)路以外的風(fēng)路中。

3.3.2 災(zāi)區(qū)偵查

小隊在進(jìn)入事故礦井或進(jìn)入災(zāi)區(qū)前，要首先對災(zāi)區(qū)進(jìn)行初步分析，通過分析在保證偵查小隊基本安全的情況下，確定偵查路線，按照美國“2+1”的偵查技術(shù)行進(jìn)，內(nèi)容要全面，在圖上標(biāo)明氣體情況、頂板情況、積水情況、通風(fēng)設(shè)施被破壞情況、溫度、風(fēng)量、巷道表征、遇險遇難人員的表征位置、時間等。必要和條件允許時繪制現(xiàn)場素描圖。通過以上信息的收集隨時對未探查的區(qū)域進(jìn)行災(zāi)區(qū)狀態(tài)分析。

3.3.3 災(zāi)區(qū)狀態(tài)分析

（1）小隊進(jìn)入事故礦井或進(jìn)入災(zāi)區(qū)前的分析，包括礦井總風(fēng)量和靜壓值的分析，來判斷事故對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的破壞情況，從而確定進(jìn)入礦井或災(zāi)區(qū)的最佳安全入口；礦井總回風(fēng)或災(zāi)區(qū)回風(fēng)的氣體成分分析。特別是災(zāi)區(qū)內(nèi)的標(biāo)志性氣體分析，來判斷瓦斯爆炸事故井下或災(zāi)區(qū)內(nèi)火源存在的可能性，如果災(zāi)區(qū)存在爆炸危險，必須采取措施后在進(jìn)入。措施包括通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整排除瓦斯或注入惰性氣體抑爆災(zāi)區(qū)。

（2）災(zāi)情危險情況和發(fā)展情況分析，主要是小隊對災(zāi)區(qū)初步探查以后，存在的火源沒能通過直接滅火方法撲滅，在對災(zāi)區(qū)采取措施前的觀察期間或采取措施以后，為了掌握災(zāi)情危險情況和發(fā)展情況，可采取曲線法進(jìn)行分析和爆炸三角形分析法，如圖3、4。

通過曲線圖判斷，在同一取樣點某個時刻一氧化碳濃度急劇升高，而后又急劇下降，說明災(zāi)區(qū)內(nèi)發(fā)生了較大變化，災(zāi)情不穩(wěn)定，面對該情況就要分析發(fā)燃燒或爆炸生的各種可能性和發(fā)展趨勢。

圖3 一氧化碳?xì)怏w變化曲線

圖4 爆炸三角形分析

在封閉火區(qū)過程中，由于切斷了向火區(qū)的供風(fēng)，火區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛葘⒅饾u增加，如果沒有惰氣混入，那么甲烷濃度與氧深度所決定的工況點落入爆炸區(qū)內(nèi)時，遇火便會發(fā)生瓦斯爆炸。惰氣的混入意味著氧氣濃度的不斷下降，當(dāng)氧濃度降至極限值（即失爆氧濃度）12%（惰氣為氮氣）時，爆炸上、下限重合在一點（5.4%、12%）。

用不同的惰性氣體（N2，CO2）惰化甲烷－空氣混合氣體時，爆炸地點失爆氧濃度是不同的。與氮氣相比，二氧化碳的惰化效果良好，因為CO2的失爆氧濃度比N2高2.5%~3%。因此，用CO2作為惰化氣時，其用量要比N2節(jié)省10%以上。采用CO2作為惰性氣體時，只要保證氧濃度降低到14.6%以下，就可以使密閉區(qū)失去爆炸危險。設(shè)不發(fā)生爆炸的條件是，氧氣濃度下降到14.6%以下和沼氣濃度保持在6%以下，則

CO2惰性氣體的濃度=1-14.6%/[（1-6%）×20%] =23%

可見，采用CO2作為惰性氣體時，其濃度達(dá)到23%時就可以使密閉區(qū)失去爆炸危險；采用N2作為惰性氣體時，通過計算可知，當(dāng)N2濃度達(dá)到52.4%時，使密閉區(qū)失去爆炸危險。

3.4 現(xiàn)場處置

根據(jù)災(zāi)區(qū)分析結(jié)果，可采取直接滅火、快速封閉火區(qū)、注入惰性氣體抑爆火區(qū)后永久封閉、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)等。以上處置項目的操作要按照一般技術(shù)操作規(guī)程進(jìn)行。

4 訓(xùn)練考核

考核規(guī)范主要主要依據(jù)《礦山救護(hù)規(guī)程》制定考核規(guī)范。主要包括聞警出動、救援資源配置、信息收集、制定救援行動計劃、建立井下基地、災(zāi)區(qū)偵查、災(zāi)區(qū)狀態(tài)分析、現(xiàn)場處置程序和技術(shù)操作等九項內(nèi)容。