一起有限空間作業(yè)安全生產(chǎn)事故的調(diào)查*

沈建云 張 昊 汪圣華 徐曉玲

1.浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院浙江省安全工程與技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.紹興出入境檢驗(yàn)檢疫局

1 事故基本情況

2016年5月17日15點(diǎn)左右，某污水管道施工作業(yè)中，在建的污水干管頂管接收井內(nèi)發(fā)生有限空間作業(yè)事故，造成1人中毒窒息，另有2人下井施救遇險(xiǎn)，事故造成1死2傷。

1.1 污水干管頂管接收井情況

頂管接收井采用4000mm×4000mm矩形沉井，沉井總高7117mm，采用鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，該井結(jié)構(gòu)為一個(gè)封閉的立方體，與外界連通的只有井頂部一個(gè)內(nèi)徑700mm的圓形井口，具體尺寸，如圖1。井內(nèi)空間高度為5767mm，與外部聯(lián)通的井口尺寸為內(nèi)徑700mm，高度2300mm，井壁距離井底部1800mm位置有內(nèi)徑1200mm的污水干管的進(jìn)水口和出水口。

1.2 事故過程

圖1 頂管接收井建筑結(jié)構(gòu)圖

該管網(wǎng)工程采用頂管施工，在結(jié)束接收井進(jìn)水口上游段管道的閉水試驗(yàn)后，施工人員采用汽油泵抽出用于閉水試驗(yàn)的外部河水，水泵開始作業(yè)前井 內(nèi)水深剛沒過干管頂，如圖2-a。待外部河水基本抽完后，施工人員B下井開始管道封堵的拆除工作，作業(yè)部位和水泵位置，如圖2-b，拆除工作進(jìn)行約10多分鐘后，井外施工人員A感覺井下施工人員B沒有反應(yīng)遂下井查看，發(fā)現(xiàn)施工人員B已經(jīng)臉朝下埋在水中，遂展開施救，同時(shí)施工人員A去喊施工人員C來幫忙施救，10分鐘后施工人員C趕到井口并下井幫忙施救。施工人員A在施工人員C的幫助下，將施工人員B用繩子綁好，拖出井外，送往醫(yī)院搶救。隨后施工人員C在自行上井的過程中發(fā)現(xiàn)井下的施工人員A出現(xiàn)癡呆現(xiàn)象，遂又下井將繩子綁住施工人員A，施工人員A拖出井外時(shí)已經(jīng)失去意識(shí)，送往醫(yī)院搶救，最后施工人員C自行上井，行動(dòng)自如，沒有明顯的身體不適現(xiàn)象。施救過程中井下的汽油泵已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。事故造成施工人員B死亡，施工人員A和C受傷。

圖2 事故前后接收井內(nèi)情況圖示

2 事故原因分析

事故發(fā)生后，傷員立即被送往當(dāng)?shù)蒯t(yī)院搶救，同時(shí)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門和專家立即展開事故調(diào)查，通過對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)查勘、對(duì)相關(guān)人員問詢以及醫(yī)院急救診斷報(bào)告。得知情況如下：整個(gè)管路為新建管路，閉水試驗(yàn)用水采用干凈河水，抽水作業(yè)后，理論上井下空間為比較安全的作業(yè)環(huán)境；閉水試驗(yàn)后打開接收井出水口管道封板作業(yè)是整個(gè)工程里一項(xiàng)常規(guī)作業(yè)，之前作業(yè)均無類似事故發(fā)生；醫(yī)院對(duì)傷者的體格檢查和輔助檢查（包括血常規(guī)檢測(cè)、生化檢測(cè)、心電圖檢測(cè)等），診斷結(jié)論其中幾項(xiàng)為：昏迷-有害氣體中毒；吸入性肺炎；二氧化碳分壓48.6，超過標(biāo)準(zhǔn)值。

事故調(diào)查組在對(duì)事故相關(guān)材料進(jìn)行系統(tǒng)分析后，做出兩種情況假設(shè)：首先根據(jù)診斷報(bào)告，傷者當(dāng)時(shí)有中毒、缺氧等情況，那么時(shí)隔幾天，井下空間是否還存在有毒有害氣體和相應(yīng)物質(zhì)的殘留，建議立即采取相應(yīng)快速檢測(cè)技術(shù)對(duì)井下空氣和相關(guān)殘留物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，以探尋相關(guān)物質(zhì)的存在，并確定種類和濃度值。其次，鑒于死者有高血壓病史和酒后作業(yè)情況，是否存在死者在有限空間作業(yè)時(shí)因缺氧而導(dǎo)致頭暈窒息死亡的可能性。

2.1 有害氣體成分分析

調(diào)查人員于事發(fā)后第三日到事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查、檢測(cè)分析。事故發(fā)生時(shí)接收井內(nèi)殘留有1m深左右閉水試驗(yàn)用水，因此考慮有毒有害氣體可能為井內(nèi)的水經(jīng)過微生物反應(yīng)釋放，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)資料，常見有甲烷、硫化氫、磷化氫、氨氣、一氧化碳及有機(jī)揮發(fā)物等[1-4]。同時(shí)井內(nèi)為有限空間，缺氧和二氧化碳都會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員窒息。調(diào)查人員在綜合考慮目標(biāo)物質(zhì)和時(shí)效性的前提下，選用了有針對(duì)性的便攜式檢測(cè)儀器對(duì)接收井內(nèi)氣體、物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果，見下表。

表 氣體檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)有毒氣體和缺氧窒息性氣體展開分析，以確定導(dǎo)致人員中毒、缺氧的氣體成分。

（1）H2S、PH3、NH3氣體：為城市排水管道中常見氣體，接收井內(nèi)未檢出這三種氣體。假設(shè)事故當(dāng)天有這些氣體存在，那么在這個(gè)通風(fēng)不良、相對(duì)封閉的有限空間內(nèi)，比空氣重的H2S、PH3很難排出，井內(nèi)應(yīng)有殘留。NH3具備明顯的刺激性氣味，容易被人察覺，但據(jù)當(dāng)事人口述資料，當(dāng)時(shí)并沒有明顯的刺激性氣味。另外，閉水試驗(yàn)用水為干凈的河水，短時(shí)間內(nèi)生物反應(yīng)產(chǎn)生這些氣體的可能性較小。綜上分析，可以明確排除事故是由上述氣體引起的中毒。

（2）CO氣體：為最常見的有毒氣體，大氣對(duì)流層中CO本底濃度約為0.1～2ppm。現(xiàn)場(chǎng)在井中檢測(cè)出CO濃度為241ppm，已經(jīng)明顯超出空氣中CO本底濃度，且達(dá)到了使人產(chǎn)生嚴(yán)重頭痛、眩暈等癥狀的濃度，因此本次事故初步懷疑為CO中毒引起人員頭痛、眩暈，使作業(yè)人員臥倒于井內(nèi)水中，導(dǎo)致窒息死亡。

（3）有機(jī)揮發(fā)物VOC：主要來源為汽車尾氣。這次檢測(cè)出VOC濃度為3.1ppm，雖然超過了職業(yè)接觸限值，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)存在職業(yè)危害，但不能立即讓人中毒死亡。因此判斷VOC是導(dǎo)致該事故的有毒氣體之一，但不是導(dǎo)致事故的主要物質(zhì)。

（4）O2：空氣中O2正常含量為19.5～23.5%，低于19.5%會(huì)導(dǎo)致人體缺氧窒息。從上表檢測(cè)結(jié)果看，O2處于正常范圍內(nèi)。由于接收井內(nèi)空間受限，工人在井下作業(yè)時(shí)會(huì)大量消耗氧氣，也有可能因氧氣供應(yīng)不足造成工人體力下降、眩暈。但檢測(cè)是在事故后第三天，因此無法確定事故當(dāng)天氧氣濃度是否達(dá)到對(duì)人體的傷害濃度。

（5）CO2：除了氧氣的消耗會(huì)導(dǎo)致人員缺氧窒息，大量CO2也會(huì)造成人員窒息。CO2檢測(cè)結(jié)果為814ppm，雖不會(huì)影響呼吸，但濃度已經(jīng)明顯超出空氣中正常含量，可以確定井內(nèi)存在CO2產(chǎn)生源，從而導(dǎo)致其濃度偏高。事故當(dāng)天濃度是否大于814ppm，是否達(dá)到讓人昏厥甚至死亡的濃度還需進(jìn)一步分析確認(rèn)。

（6）甲烷CH4：本身微毒，含量過高會(huì)引起氧含量降低，從而提高人員窒息風(fēng)險(xiǎn)。甲烷未檢測(cè)出，也沒有明顯的殘留，考慮到甲烷主要來源自污水微生物厭氧反應(yīng)，井內(nèi)殘留水為干凈水，其微生物反應(yīng)非常弱，事故當(dāng)天難以達(dá)到甲烷窒息濃度，因此可明確排除甲烷引起窒息的可能性。

2.2 有害氣體來源分析認(rèn)定

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和有害氣體成份分析，可明確排除H2S、PH3、NH3導(dǎo)致中毒和CH4導(dǎo)致窒息的可能性。但超出空氣中正常濃度范圍的CO、CO2和VOC還需做進(jìn)一步分析，很有可能是這次事故的元兇。需從事故發(fā)生時(shí)井內(nèi)狀態(tài)、施工工藝、作業(yè)工具等方面入手，找出氣體的來源，以確認(rèn)CO、CO2和VOC氣體是否在事故發(fā)生時(shí)達(dá)到致人中毒濃度以及是否存在O2的大量消耗。針對(duì)事故做進(jìn)一步推測(cè)，接收井內(nèi)這些氣體的可能來源還有管道瀝青涂料的揮發(fā)、來自道路行駛車輛的尾氣以及汽油機(jī)水泵。

（1）管道壁瀝青涂料中VOC揮發(fā)：管道在頂管施工前在內(nèi)壁采用環(huán)氧瀝青兩道進(jìn)行內(nèi)壁防腐處理，但是管道防腐處理工作在頂管之前就已完成，已經(jīng)暴露于空氣中有一定時(shí)間，在事故發(fā)生期間大量揮發(fā)VOC可能性非常小，即使有揮發(fā)，也難以達(dá)到致害濃度?？膳袛嗑畠?nèi)管道壁上瀝青涂料揮發(fā)不是VOC的主要來源。

（2）車輛尾氣分析：接收井位于道路中間綠化帶上，且井口高出道路水平位置20mm，加上該條道路位于城市新區(qū)，道路周圍空曠且通行車輛稀少，可判斷井內(nèi)高濃度的CO、CO2不是來自車輛尾氣。

（3）汽油機(jī)水泵分析：調(diào)查人員在井內(nèi)水下發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)使用的汽油機(jī)水泵，如圖3。事發(fā)當(dāng)天他們用了汽油機(jī)水泵，因水泵吸程不夠，所以將其安裝到井內(nèi)，汽油機(jī)在有限空間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作后會(huì)生產(chǎn)大量的CO、CO2和VOC氣體。由此可判斷有害氣體來源為汽油機(jī)水泵。

圖3 接收井內(nèi)使用的汽油機(jī)水泵

2.3 抽水設(shè)備理論排放和有毒氣體空間濃度推算

在確定有害氣體來源后，還需對(duì)事故當(dāng)天井內(nèi)有害氣體濃度開展計(jì)算分析，以進(jìn)一步確認(rèn)事故原因。

汽油機(jī)水泵采用汽油作燃料提供動(dòng)力，汽油C/H質(zhì)量比關(guān)系為m(C)/m(H) =18.1091d-6.8577（d為20℃時(shí)汽油密度）[5]，根據(jù)該式對(duì)C/H質(zhì)量比進(jìn)行計(jì)算。汽油密度為0.72～0.75g/cm3，可得C/H質(zhì)量比為6.18～6.72。根據(jù)C/H個(gè)數(shù)比關(guān)系n(C)/n(H)=1/2×m(C)/m(H)，可得汽油C/H個(gè)數(shù)比為1∶1.92～1∶1.79。本文為方便計(jì)算，C/H個(gè)數(shù)比取2，因此汽油化學(xué)式簡(jiǎn)化表示為CnH2n。2.3.1 事故前井內(nèi)O2質(zhì)量計(jì)算

事故前接收井內(nèi)殘余水剛好沒過管道頂部，因此事故時(shí)井內(nèi)空間體積V=4m×4m×(h7-h1)=4m×4m×[1.5m-(-2.967m+1.2m)]=52.3m3（接收井結(jié)構(gòu)及尺寸如圖1）。

O2在空氣中的含量為21%，因此接收井內(nèi)起始O2的量為11m3。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1mol氣體的體積為22.4L以及氣體狀態(tài)方程PV=m/M·RT，可以折算出mo2=[11×103×273/（273+26）÷22.4]×32=14348g

汽油機(jī)水泵所用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為H O N D A GX160，其油箱容積為3.6L。事故當(dāng)天，用了2箱油，共計(jì)7.2L。那么共燃燒的汽油質(zhì)量為m=7.2×1000×（0.72～0.75）=5184～5400g

在燃燒后尾氣成分含量計(jì)算中，為計(jì)算方便，對(duì)井內(nèi)外空氣因氣體濃度差異產(chǎn)生的擴(kuò)散不進(jìn)行考慮，僅考慮事故井內(nèi)空間維持恒壓。

2.3.2 燃燒反應(yīng)CO和CO2產(chǎn)量及O2消耗量計(jì)算

汽油燃燒反應(yīng)方程式如下：

汽油先與O2反應(yīng)產(chǎn)生CO，如果O2有多余，則CO繼續(xù)與多余O2反應(yīng)形成CO2。反應(yīng)結(jié)束后O2消耗完畢，經(jīng)計(jì)算得CO體積為5.2m3、CO2體積為3.6m3、水蒸氣體積為9.5m3。反應(yīng)前井內(nèi)氣體體積V前=52.3m3，反應(yīng)后井內(nèi)氣體體積V后=5.2+3.6+9.5+41.3=59.6m3。為了維持井內(nèi)恒壓，則必須向井外排放氣體7.3m3。此時(shí)井內(nèi)CO濃度可達(dá)8.7%，CO2濃度可達(dá)6.0%。

2.3.3 分析與討論

通過理論計(jì)算，在不考慮氣體濃度差異產(chǎn)生井內(nèi)外氣體之間擴(kuò)散的情況下，井內(nèi)空間由汽油機(jī)水泵作業(yè)釋放的尾氣CO可能達(dá)到的最高濃度為8.7%（8700ppm，約10875mg/m3），該濃度可在數(shù)分鐘內(nèi)致人死亡。CO2可能達(dá)到的最高濃度為6.0%（6000ppm，約11786ppm），井內(nèi)氧氣基本消耗完畢，可立即使人窒息。

實(shí)際上，由于井蓋處于打開狀態(tài)，不可避免會(huì)有一定新風(fēng)進(jìn)入，所以井內(nèi)尾氣濃度實(shí)際上要小于上述計(jì)算結(jié)果。但考慮接收井頂部的開口情況和燃燒反應(yīng)后氣體體積變大，導(dǎo)致井內(nèi)外氣體的交換存在一定困難，因此從井外補(bǔ)進(jìn)氧氣的量是有限的，考慮到殘留在水中的溶解氧量也較小，因此汽油機(jī)內(nèi)汽油在井內(nèi)應(yīng)以不完全燃燒為主，產(chǎn)生的尾氣以CO為主。當(dāng)然汽油包含其他成分，燃燒后的尾氣不僅是CO、CO2和水蒸氣，還會(huì)有大量的VOC存在。VOC也會(huì)讓人產(chǎn)生不適感，濃度過高會(huì)導(dǎo)致人員中毒。

2.4 小結(jié)

經(jīng)分析調(diào)查，導(dǎo)致這起事故的直接原因是頂管接收井內(nèi)使用汽油機(jī)水泵來抽水，汽油機(jī)在運(yùn)行中排放大量尾氣，主要為CO、CO2、VOC，同時(shí)消耗O2，這些有害氣體在井內(nèi)積聚，使井下施工人員在打開封板作業(yè)過程中，受這些氣體的綜合作用發(fā)生中毒、缺氧窒息死亡。由于2名施救人員不清楚井內(nèi)汽油機(jī)水泵尾氣的危害，在下井施救過程中受尾氣作用，造成一名重傷和一名輕傷。

3 結(jié)束語

該起事故調(diào)查思路為：通過醫(yī)院對(duì)死者、傷者的醫(yī)學(xué)診斷，初步明確了調(diào)查的重點(diǎn)和方向；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查后，運(yùn)用工業(yè)快速檢測(cè)技術(shù)對(duì)事發(fā)地氣體進(jìn)行采樣分析，分析了造成事故的有害氣體成分；通過對(duì)汽油機(jī)抽水設(shè)備的完整性檢查和絕緣性檢測(cè)，排除人員觸電可能性，并基本明確了有毒氣體的產(chǎn)生源；通過筆錄資料、當(dāng)事人詢問，還原事故發(fā)生時(shí)情景，明確汽油機(jī)抽水設(shè)備使用的事實(shí)和原因；通過查閱工程和設(shè)備資料，結(jié)合事故時(shí)接收井內(nèi)所處狀態(tài)、作業(yè)過程，對(duì)事故當(dāng)天井內(nèi)汽油機(jī)尾氣的理論排放和空間內(nèi)有毒有害氣體理論極限濃度進(jìn)行計(jì)算，印證事發(fā)時(shí)人員中毒、缺氧窒息情況的理論可能性，明確了事故原因。筆者希望通過該文的敘述能為今后開展類似事故調(diào)查提供一定的技術(shù)思路和建議。

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