非煤礦山天井掘進(jìn)中高處墜落事故風(fēng)險(xiǎn)分析及解決措施

周 旭(陜西有色金屬控股集團(tuán)有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075)

1 前言

非煤礦山需要施工大量的天井、豎井、溜井工程，用于連接礦房上下兩個(gè)水平(階段)，具有人員通行、通風(fēng)、提升下放設(shè)備和材料、勘探礦體、放礦等功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)非煤礦山工程中，天井工程量約占礦山總工程量的15%，占采切工程量的30%以上，是形成回采礦塊必不可少的工程。

2 天井的功能和施工方法

目前我國(guó)非煤礦山天井掘進(jìn)施工可分為井內(nèi)施工方法和井外施工方法。井內(nèi)施工方法有普通法、吊罐法和爬罐法；井外施工方法有深孔爆破法和鉆進(jìn)法。普通法因需要工人進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)高、成井質(zhì)量差；吊罐法正得到推廣應(yīng)用；而爬罐法、深孔爆破法和鉆進(jìn)法相對(duì)應(yīng)用還較少?，F(xiàn)將天井的五種掘進(jìn)方法安全性簡(jiǎn)述如下。

1)普通法

一般由人工自下而上掘進(jìn)，對(duì)操作工人技術(shù)水平要求較低，不受巖石條件、傾角和天井規(guī)格的限制，但極易發(fā)生高處墜落、中毒窒息、物體打擊事故。

2)吊罐法

以吊罐代替普通法的鑿巖作業(yè)平臺(tái)，改善通風(fēng)條件并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，但在中等硬度以下的破碎圍巖、傾角小于65°、高長(zhǎng)天井施工中，安全風(fēng)險(xiǎn)顯著增加或難以應(yīng)用。

3)爬罐法

利用爬罐自身的驅(qū)動(dòng)裝置沿天井幫壁鋪設(shè)導(dǎo)軌升降，爬罐做為鑿巖作業(yè)平臺(tái)，可適應(yīng)掘進(jìn)傾角較小、盲天井等多種復(fù)雜條件的天井。爬罐法設(shè)備投資大，機(jī)械化程度、設(shè)備維護(hù)要求較為苛刻，在鋪設(shè)爬罐導(dǎo)軌、壓縮空氣壓力不穩(wěn)定及高長(zhǎng)天井施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

4)深孔爆破法

利用深孔鉆機(jī)鉆鑿天井全高平行深孔，分段爆破形成所需要的天井，工人不進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，但鉆孔質(zhì)量和爆破技術(shù)要求高，在高長(zhǎng)天井中因鉆孔設(shè)備限制和炮孔偏斜率難以控制而難以應(yīng)用，存在深孔爆破作業(yè)易發(fā)的爆炸、拒爆、懸頂?shù)劝踩L(fēng)險(xiǎn)。

5)鉆進(jìn)法

利用特制的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆天井全深導(dǎo)向孔，通過(guò)鉆頭往復(fù)回轉(zhuǎn)擴(kuò)大至圓形天井全斷面，工人不進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，是一種真正使天井掘進(jìn)工作全面機(jī)械化的新方法。但鉆進(jìn)法設(shè)備投資高、維修費(fèi)用大、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率低，天井人員和設(shè)備通行能力低于矩形規(guī)格的天井，在中硬以上的巖石條件、直徑大于2m、高長(zhǎng)天井掘進(jìn)中，安全風(fēng)險(xiǎn)顯著增加或難以應(yīng)用。

3 非煤礦山天井施工及管理現(xiàn)狀

我國(guó)非煤礦山多為傾斜或急傾斜礦體，礦體厚度變化系數(shù)較大，因此各非煤礦山天井規(guī)格及傾角靈活多變，給天井掘進(jìn)的“機(jī)械化換人”帶來(lái)困難。礦山機(jī)械化水平近些年雖得到長(zhǎng)足發(fā)展，但天井掘進(jìn)施工機(jī)械化裝備水平仍舊較為處于較低水平，一線工人及管理人員安全技術(shù)水平還有待提高，給非煤礦山安全生產(chǎn)管理帶來(lái)諸多困難。

最后，基于區(qū)塊鏈的去中心化安全基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)嫶髷?shù)量的IoT設(shè)備進(jìn)行安全審計(jì)與驗(yàn)證。區(qū)塊鏈可以作為去中心化的安全基礎(chǔ)設(shè)施為新型IoT技術(shù)的發(fā)展提供真實(shí)可信的安全保障，基于區(qū)塊鏈的IoT技術(shù)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，保證只有少數(shù)設(shè)備發(fā)生故障或被惡意控制時(shí)依然保持健壯性。去中心化的安全基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)?shù)以億計(jì)的IoT設(shè)備進(jìn)行安全驗(yàn)證與審計(jì)，有利于增強(qiáng)IoT系統(tǒng)抵御攻擊的能力，提升生態(tài)安全性。

根據(jù)近年來(lái)非煤礦山發(fā)生的事故類型分析，非煤礦山傷亡事故主要集中在物體打擊、冒頂片幫、高處墜落、坍塌、機(jī)械傷害、重度窒息等類型，高處墜落事故的致死率占據(jù)前三位，危險(xiǎn)性極大。

雖然傳統(tǒng)的普通法天井掘進(jìn)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，但是由于其施工要求簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，在不適宜采用其他掘進(jìn)方法的天井和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、需要支護(hù)、工程傾角變化大的天井掘進(jìn)中，仍普遍應(yīng)用并還將長(zhǎng)期存在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通法占天井掘進(jìn)方法總量的80%以上。天井在掘進(jìn)施工及后期生產(chǎn)應(yīng)用中，由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)和裝備，容易出現(xiàn)執(zhí)行技術(shù)規(guī)范不嚴(yán)、疏于監(jiān)督檢查等現(xiàn)象，突出表現(xiàn)為施工中不設(shè)置梯子間和溜渣間、不架設(shè)安全棚和操作臺(tái)、爆破后自然通風(fēng)或依靠壓縮空氣代替局部通風(fēng)、梯子和平臺(tái)搭設(shè)不規(guī)范等問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)生天井高處墜落(墜井)、炮煙中毒、物體打擊等事故。

非煤礦山的天井高度通常大于30m，按照高處作業(yè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬于特級(jí)高處作業(yè)。天井井筒內(nèi)一旦發(fā)生墜落事故，人體以初速度為零的自由落體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，跌落事故發(fā)生0.6s時(shí)，身體所受的沖擊力約10.7kN，下墜距離約1.83m，墜落速度達(dá)到21.4km/h。通常人的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間為0.8s，因此在高速墜落和強(qiáng)大作用力下，該墜落過(guò)程在接觸承接面(地面或平臺(tái))前無(wú)法終止，沖擊力將對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害。

4 非煤礦山天井防墜技術(shù)及措施

1)選擇適合的天井掘進(jìn)方法

根據(jù)圍巖條件、天井規(guī)格等條件，盡可能采用吊罐法、爬罐法、深孔爆破法或鉆進(jìn)法，減少或杜絕工人進(jìn)入井筒內(nèi)進(jìn)行掘進(jìn)施工。普通法在傳統(tǒng)觀點(diǎn)看來(lái)技術(shù)要求簡(jiǎn)單且工程費(fèi)用較低，但是安全風(fēng)險(xiǎn)屬于所有天井掘進(jìn)方法最高的一類，掘進(jìn)效率極低，成井質(zhì)量差，綜合對(duì)比安全效益和工效價(jià)值屬于較低的天井掘進(jìn)方法，從安全管理和功效價(jià)值角度選擇，屬于首選淘汰的施工方法。

2)在天井中安設(shè)差速防墜器

正常使用時(shí)，鋼絲繩處半緊張狀態(tài)將隨人體自由伸縮，使用者不受牽掛、拖拽影響。若發(fā)生人員失足墜落，一般情況下安全繩拉出速度大于0.6m/s、沖擊力小于300kN時(shí)，防墜器內(nèi)鎖止系統(tǒng)即自動(dòng)鎖止，鎖止行程約小于2m，墜落過(guò)程因此終止，對(duì)失足人員毫無(wú)傷害。

3)增加個(gè)人安全防護(hù)便攜裝備

(1)雙背帶式安全帶：工人隨身佩戴，背后帶安全卡扣，可隨時(shí)與安全繩、防墜器等裝置連接。目前礦山大多采用單腰帶式背帶，僅能做為佩戴礦燈、自救器腰帶使用，抗沖擊能力不足，且該類型安全背帶與安全繩、防墜器連接不便，影響天井內(nèi)攀爬或者施工，建議礦山使用雙背帶式安全背帶替換單腰帶式背帶。

(2)便攜式安全繩：為每位天井中作業(yè)的工人配備兩端均有安全卡扣的便攜式安全繩，繩長(zhǎng)一般控制在2m之內(nèi)，由工人隨身攜帶以便于及時(shí)在穩(wěn)固部位的高處連接懸掛，可靈活便利地構(gòu)建個(gè)人防墜保護(hù)系統(tǒng)。一般在井筒內(nèi)相對(duì)固定范圍內(nèi)作業(yè)時(shí)使用，因其靈活性較好、行程短且易于固定和攜帶，可在鑿巖、搭設(shè)平臺(tái)、修整搭接梯子、清理梯子間浮石等移動(dòng)半徑較小的范圍內(nèi)使用。

4)設(shè)置天井聯(lián)絡(luò)方式

天井上口、下口和井筒內(nèi)因條件限制，一般難以敷設(shè)必要的人員聯(lián)絡(luò)設(shè)施，上下作業(yè)人員通訊聯(lián)絡(luò)不暢，尤其是在天井掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的噪音導(dǎo)致天井各部位之間人員聯(lián)系困難，人員被迫采取強(qiáng)行攀爬或者關(guān)閉風(fēng)水管及斷電的方式來(lái)進(jìn)行相關(guān)活動(dòng)或發(fā)出提示信號(hào)，存在施工機(jī)具突然失去能量墜落、鑿巖機(jī)氣腿瞬間收縮拖拽墜落、浮石及器具掉落砸傷人員而導(dǎo)致的墜落事故發(fā)生。

在天井掘進(jìn)施工期間，可以采用設(shè)獨(dú)立照明線路、隨掘進(jìn)面單獨(dú)敷設(shè)專用壓縮空氣管道做為聯(lián)絡(luò)方式，通過(guò)啟、閉照明和專設(shè)壓縮空氣管進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò)，能夠較好地消除天井掘進(jìn)期間因缺乏聯(lián)絡(luò)方式而導(dǎo)致的墜落事故發(fā)生。

5)吊運(yùn)和背運(yùn)措施消除井筒內(nèi)運(yùn)送工具材料風(fēng)險(xiǎn)

天井掘進(jìn)施工和人員通行中，常會(huì)發(fā)生作業(yè)人員違章手持物品攀爬的情況，甚至存在人工背運(yùn)重量較大的機(jī)具和器材攀爬的現(xiàn)象，手腳交替期間易導(dǎo)致失手、失足而墜落。礦山因沒(méi)有建立相應(yīng)的管理制度，未采取有效的解決措施，導(dǎo)致高處墜落風(fēng)險(xiǎn)和隱患難以根除。

杜絕手拿物品攀爬天井的行為(即必須確?！笆肿闩c梯子至少三點(diǎn)接觸”)，從措施上可采取將梯子、風(fēng)水管、鉆機(jī)、釬桿等大件物品使用作業(yè)繩吊運(yùn)方式，小件工具器材(釬頭、鉗子扳手)和爆破器材采用專用背包人工背運(yùn)方式，降低人員攀爬和機(jī)具材料運(yùn)送中的墜落風(fēng)險(xiǎn)。

6)加強(qiáng)天井內(nèi)平臺(tái)、梯子等附屬設(shè)施的管理

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GB 16423—2006，天井內(nèi)梯子傾角不得大于80°，上下兩個(gè)梯子平臺(tái)的垂直高度不大于8m，梯子上端高出平臺(tái)1m，梯子下端距井壁不小于0.6m，梯子寬度不小于0.4m，梯子蹬間距離不小大于0.3m，掘進(jìn)高度超過(guò)7m的天井時(shí)應(yīng)裝備梯子間和溜渣間，梯子間和溜渣間用隔板隔開(kāi)。梯子與井壁巖層面平行且距離保持0.2～0.3m[1]。

大部分非煤礦山在天井掘進(jìn)施工期間，未搭設(shè)梯子間和溜渣間，人行梯通過(guò)在井壁打錨桿進(jìn)行綁扎懸掛，梯子與井壁間被爆碴掩埋間隙過(guò)小而未清理或者調(diào)整，未按照規(guī)定高度搭設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)墊板未鋪密實(shí)或固定不牢，以上違反安全規(guī)程的行為都是導(dǎo)致高處墜落的根源。非煤礦山企業(yè)要加強(qiáng)天井內(nèi)平臺(tái)、梯子等附屬設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格遵守安全技術(shù)規(guī)程，對(duì)天井防墜安全管理提供較好的技術(shù)支持，是降低天井墜落事故發(fā)生的有力保障[2]。

5 結(jié)論

(1)天井鉆機(jī)、吊罐法等設(shè)備或工藝，是非煤礦山天井掘進(jìn)過(guò)程中減少和杜絕高處墜落事故的有效方法，將逐步成為天井掘進(jìn)的主流方法。

(2)確保天井施工的技術(shù)參數(shù)，加大技術(shù)管理，可以大大降低天井安全事故。

(3)加強(qiáng)操作人員安全防護(hù)裝備的配置和應(yīng)用水平，將防墜器做為天井作業(yè)的常規(guī)個(gè)人防護(hù)裝備，能有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)。