災(zāi)區(qū)內(nèi)互換正壓氧氣呼吸器氧氣瓶的技術(shù)分析

嚴(yán)志強(qiáng)，袁 林

(華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司礦山救護(hù)大隊(duì)，甘肅 平?jīng)?744100)

0 引言

氧氣呼吸器是礦山救護(hù)隊(duì)員在有毒、缺氧的環(huán)境條件下，從事?lián)岆U(xiǎn)救災(zāi)或安全技術(shù)服務(wù)時(shí)，為保護(hù)其生命安全所佩用的一種個(gè)人防護(hù)裝備，是礦山救護(hù)隊(duì)員的第二生命。因此救護(hù)指戰(zhàn)員氧氣呼吸器有效工作時(shí)間的長(zhǎng)短直接關(guān)系到救援人員的生命安全和搶險(xiǎn)救災(zāi)工作的成敗。

《煤礦安全規(guī)程》[1]第709條規(guī)定：“所有指戰(zhàn)員進(jìn)入災(zāi)區(qū)前必須檢查氧氣呼吸器，氧氣壓力不得低于18 MPa，使用過(guò)程中氧氣呼吸器的壓力不得低于5 MPa。發(fā)現(xiàn)有指戰(zhàn)員身體不適或者氧氣呼吸器發(fā)生故障難以排除時(shí)，全小隊(duì)必須立即撤出”。在搶險(xiǎn)救災(zāi)實(shí)踐中，由于復(fù)雜災(zāi)區(qū)環(huán)境下，救援人員的工作強(qiáng)度增大，佩戴呼吸器者的呼吸強(qiáng)度和頻率相對(duì)增強(qiáng)，對(duì)氧氣的需求量也隨之增加，造成呼吸器氧氣壓力快速下降，有效工作時(shí)間大大縮短。隨著各礦井開(kāi)采深度的不斷延伸，幾乎大部分氧氣消耗在往返災(zāi)區(qū)的路途上，從而進(jìn)一步縮短了呼吸器的救災(zāi)工作時(shí)間；另外，當(dāng)救災(zāi)路線被堵，救災(zāi)人員難以在第一時(shí)間內(nèi)返回安全地點(diǎn)時(shí)，需要持續(xù)不斷的供氧來(lái)維持救災(zāi)人員的呼吸。因此，災(zāi)區(qū)內(nèi)互換正壓氧氣呼吸器氧氣瓶，在爭(zhēng)取最佳救援時(shí)機(jī)、延長(zhǎng)救災(zāi)工作時(shí)間、確保救災(zāi)人員的生命安全方面都有極其重要的意義。

1 正壓氧氣呼吸器的工作原理

正壓氧氣呼吸器主要分為氣囊式和呼吸艙式兩大類(lèi)，二者工作原理相同，即呼吸氣路均為閉路循環(huán)系統(tǒng)。所謂閉路循環(huán)系統(tǒng)是指呼出的氣體與定量孔所供新鮮氧氣混合后進(jìn)入清凈罐(混合可降低呼出氣體中CO2的濃度，使之吸收更充分)，由CO2吸收劑Ca(OH)2在清凈罐內(nèi)將CO2吸收后，進(jìn)入呼吸艙，供使用者進(jìn)行連續(xù)的吸氣、呼氣，整個(gè)過(guò)程與外界大氣完全隔絕，可使呼吸氣體循環(huán)使用。

當(dāng)氣瓶開(kāi)關(guān)被打開(kāi)時(shí)，氧氣經(jīng)減壓連續(xù)供給呼吸艙，當(dāng)使用者吸氣時(shí)，呼吸氣體從呼吸艙流入冷卻罐，氣體在冷卻罐里被冷卻，然后通過(guò)吸氣軟管進(jìn)入面罩。當(dāng)使用者呼氣時(shí)，氣體經(jīng)過(guò)呼氣軟管，再通過(guò)清凈罐吸收呼出氣體中的CO2，然后進(jìn)入呼吸艙，完成一次循環(huán)。

當(dāng)人們從事重體力勞動(dòng)時(shí)，呼吸量較大，流量不能滿(mǎn)足呼吸要求時(shí)，呼吸艙內(nèi)氣體壓強(qiáng)不斷降低，正壓彈簧推動(dòng)膜片，開(kāi)啟自動(dòng)補(bǔ)給閥補(bǔ)充氧氣；當(dāng)人們從事輕體力勞動(dòng)時(shí)，呼吸量較小，定量供給的氧氣用不完，呼吸艙內(nèi)氣體壓強(qiáng)不斷升高，推動(dòng)膜片開(kāi)啟排氣閥，排出多余氣體。正壓彈簧、自動(dòng)補(bǔ)給閥和排氣閥的共同運(yùn)作，使整個(gè)呼吸過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)氣體壓強(qiáng)總保持一定范圍的正壓值[2]。

2 正壓氧氣呼吸器供氧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和用途

2.1 供氧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

正壓氧氣呼吸器供氧由氧氣瓶、減壓器、手動(dòng)補(bǔ)給閥、自動(dòng)補(bǔ)給閥、定量孔組成。供氧系統(tǒng)的各個(gè)零部件是通過(guò)高壓管路連接起來(lái)的[2]。

2.2 供氧系統(tǒng)各部件的用途

1)氧氣瓶：由瓶體(鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞)、瓶閥、壓力表三部分組成。它是呼吸器唯一的供氧源，由碳纖維復(fù)合材料制成，額定工作壓力20 MPa，容積為2.7 L或2.6 L，貯氧量為540 L或520 L。

2)減壓器：作用就是將氧氣瓶?jī)?nèi)的高壓氧氣減為中壓，并連續(xù)不斷地供給呼吸艙氧氣。

3)定量孔：提供1.4～1.8 L/min的流量，在流量為1.6L/min時(shí)，供給的氧氣為人們“休息”時(shí)的需氧量的4～6倍。

4)手動(dòng)補(bǔ)給閥：手動(dòng)補(bǔ)給閥按鈕用于應(yīng)急情況下使用，當(dāng)供氧系統(tǒng)發(fā)生故障或使用者感到呼吸氣體不足時(shí)，可以按手動(dòng)補(bǔ)給閥按鈕，使氧氣不經(jīng)過(guò)定量孔和自動(dòng)補(bǔ)給閥直接流入呼吸艙內(nèi)。

5)自動(dòng)補(bǔ)給閥：當(dāng)使用者進(jìn)行重體力勞動(dòng)，代謝氧需求量超過(guò)1.8L/min時(shí)，呼吸艙供氧不足，膜片被推到呼吸艙頂部，開(kāi)啟自補(bǔ)閥進(jìn)行快速補(bǔ)氧。如果定量孔出了故障，自動(dòng)補(bǔ)給還是一個(gè)“支援者”。

3 正壓氧氣呼吸器備用氧氣瓶互換環(huán)境分析和前提條件

3.1 正壓氧氣呼吸器備用氧氣瓶互換環(huán)境分析

1)大氣環(huán)境。因正壓呼吸器本身就是用于無(wú)氧、缺氧及有毒有害氣體，或是有毒氣、煙霧、蒸汽污染的大氣環(huán)境中工作時(shí)救災(zāi)人員的個(gè)人防護(hù)，并且在卸掉原有的氧氣瓶后呼吸系統(tǒng)內(nèi)對(duì)于外界而言始終處于正壓狀態(tài)，在正壓的作用下外界空氣不能進(jìn)入呼吸器及人體的呼吸系統(tǒng)，所以在互換氧氣瓶時(shí)對(duì)外界氣體成分沒(méi)有具體的要求。

2)溫度范圍。正壓呼吸器必須在規(guī)定溫度范圍內(nèi)使用。溫度太低，容易造成呼吸器內(nèi)塑料橡膠制品的“硬化”，密封圈會(huì)失去彈性，影響呼吸器的氣密性；溫度太高，會(huì)加速呼吸器內(nèi)塑料橡膠制品的“老化”，影響呼吸器的使用壽命。因此在更換呼吸器氧氣瓶時(shí)溫度也必須在-10℃～40℃。

3)相對(duì)濕度。正壓氧氣呼吸器可以在0%～100%的相對(duì)濕度下正常工作，呼吸器更換氧氣瓶可以在極其干燥的環(huán)境中操作，如果需要，短時(shí)間浸沒(méi)到水中也可完成更換。

4)大氣壓力。正壓呼吸器在70～125 kPa的大氣壓力下可正常工作，因此，更換氧氣瓶的操作時(shí)大氣壓力也應(yīng)在此范圍內(nèi)。

5)其他外界條件。一是更換時(shí)要有足夠的空間，便于操作；二是在災(zāi)區(qū)更換時(shí)要注意巷道頂板及來(lái)壓情況，防止撞擊氧氣呼吸器及氧氣瓶，造成儀器和人身傷害；三是更換時(shí)要距火區(qū)20 m之外，遠(yuǎn)離油脂存放點(diǎn)，防止發(fā)生燃燒或爆炸。

3.2 正壓氧氣呼吸器備用氧氣瓶互換前提條件

1)更換前必須保證被更換呼吸器整機(jī)氣密性完好，呼吸循環(huán)系統(tǒng)工作正常。更換呼吸器前，更換操作者要詳細(xì)檢查被更換的呼吸器，通過(guò)詢(xún)問(wèn)被更換者對(duì)呼吸器的了解情況和傾聽(tīng)被更換呼吸器的聲音判別呼吸器整機(jī)是否氣密，呼吸循環(huán)系統(tǒng)是否完好。如果在靜止站立狀態(tài)下呼吸器自動(dòng)補(bǔ)給閥開(kāi)啟過(guò)于頻繁(間隔時(shí)間低于1 min)或聽(tīng)到有“嘶嘶”的聲音，則認(rèn)為該呼吸器整機(jī)不氣密，呼吸器循環(huán)系統(tǒng)漏氣，就必須更換呼吸器或采取其他措施進(jìn)行救助。

2)更換前必須保證備用氧氣瓶壓力在18 MPa以上且完好。更換操作者觀看氧氣瓶壓力表，確定氧氣壓力是否正常，隨后迅速開(kāi)關(guān)一次氧氣瓶閥門(mén)，確定瓶閥和供氧接口是否暢通和完好。

3)上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿(mǎn)足方可進(jìn)行更換氧氣瓶操作。

4 正壓氧氣呼吸器氧氣瓶互換的實(shí)驗(yàn)和安全性分析

基于對(duì)正壓氧氣呼吸器工作原理和供氧系統(tǒng)的研究，并通過(guò)實(shí)踐操作，可以得出以下結(jié)論。

1)在關(guān)閉氧氣瓶后，短時(shí)間內(nèi)減壓膛室壓力為1.9 MPa(190個(gè)大氣壓力量對(duì)比)，而外界壓力遠(yuǎn)小于其膛室壓力值，因此外界氣體不能進(jìn)入減壓器至呼吸循環(huán)系統(tǒng)。

2)在按下手動(dòng)補(bǔ)給閥使呼吸倉(cāng)內(nèi)充滿(mǎn)氧氣后(排氣閥開(kāi)啟)，關(guān)閉氧氣瓶并將其卸下， 1 min內(nèi)呼吸倉(cāng)及呼吸循環(huán)系統(tǒng)仍處于正壓狀態(tài)，所以外界氣體也不能進(jìn)入呼吸循環(huán)系統(tǒng)。

3)雖然關(guān)閉氧氣瓶后，在加載彈簧的作用下會(huì)使呼吸艙容積減小，但由于呼吸器呼吸循環(huán)系統(tǒng)屬閉路循環(huán)系統(tǒng)，所以也不會(huì)造成氧氣外泄。

4)我國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT867-2000《隔絕式正壓氧氣呼吸器》規(guī)定，正壓氧氣呼吸器的呼吸艙或氣囊的有效容積應(yīng)不小于5 L。而在實(shí)際應(yīng)用中，額定工作時(shí)間不小于4 h的正壓氧氣呼吸器呼吸艙或氣囊有效容積均大于5 L，例如進(jìn)口BG4型正壓氧氣呼吸器的氣囊有效容積就達(dá)到了5.5 L。

5)正常成年男子在不同活動(dòng)強(qiáng)度下，其所需的氧氣量有所不同(見(jiàn)表1)。以佩戴一個(gè)呼吸艙有效容積為5.0 L正壓氧氣呼吸器進(jìn)行強(qiáng)體力勞動(dòng)的狀態(tài)下為例，假設(shè)其氧耗量為2.7 L/min，在按下手動(dòng)補(bǔ)給，使呼吸艙(氣囊)充滿(mǎn)氧氣，關(guān)閉氧氣瓶，可供佩戴者正常呼吸的時(shí)間為：

5.0 L÷2.7 L/min=1.85 min=111.6 s

表1 佩戴者在不同強(qiáng)度體力負(fù)荷下所需的氧氣量[2]

根據(jù)多次互換實(shí)驗(yàn)，在按動(dòng)手動(dòng)補(bǔ)給使呼吸艙充滿(mǎn)氧氣后，關(guān)閉、卸下氧氣瓶，再更換備用氧氣瓶，最快時(shí)間為28 s，最慢時(shí)間為37 s，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 地面環(huán)境條件下 (O2：20%、CH4：0、CO：0 mg/L、T：18℃)

表3 模擬巷道高溫巷環(huán)境條件下 (O2：9%、CH4：0.4%、CO：400 mg/L、T：36℃)

5 正壓氧氣呼吸器備用氧氣瓶互換操作程序

5.1 更換前的檢查工作

1)檢查更換環(huán)境是否正常(由更換操作者完成)。①更換地點(diǎn)前后20 m范圍內(nèi)空氣溫必須在-10℃～40℃。②更換地點(diǎn)必須有可以正常操作的足夠空間。③更換地點(diǎn)前后20 m范圍內(nèi)支護(hù)完好，無(wú)片幫、冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)。④更換地點(diǎn)前后20 m范圍內(nèi)無(wú)明火、無(wú)油脂等可燃物體存放。

2)檢查被更換呼吸器和備用氧氣瓶的完好狀況(由被更換者和更換操作者共同完成)。①檢查被更換的呼吸器整體是否氣密，呼吸循環(huán)系統(tǒng)工作是否正常，否則不得更換。②檢查備用氧氣瓶壓力是否在18 MPa以上，氣瓶閥門(mén)和供養(yǎng)接口是否暢通，否則不得進(jìn)行更換操作。

5.2 兩者的配合

更換前，被更換者必須停止一切工作，保持呼吸均勻，積極主動(dòng)的與更換操作者配合。

5.3 更換步驟

1)更換操作者迅速拿出備用氧氣瓶，被更換者迅速背向更換操作人員蹲下或跪下。

2)更換操作人員迅速打開(kāi)需要更換者的呼吸器上殼體下部扣鎖，并卸下上殼體。

3)更換操作人員按下需要更換者的呼吸器手動(dòng)補(bǔ)給閥，直至排氣閥打開(kāi)，使呼吸倉(cāng)內(nèi)充滿(mǎn)足夠的氧氣。

4)更換者迅速關(guān)閉需要更換的氧氣瓶瓶閥。

5)更換者再次按下被更換者呼吸器的手動(dòng)補(bǔ)給閥，使被更換氧氣瓶瓶閥與高壓管路之間卸壓。

6)更換者一只手迅速轉(zhuǎn)動(dòng)需要更換呼吸器固定氧氣瓶的“T”型螺釘，一只手迅速撕開(kāi)氧氣瓶固定帶。

7)當(dāng)“T”型螺釘絲扣下端松到與氧氣瓶固定座對(duì)齊，氧氣瓶固定帶完全被打開(kāi)后，兩手迅速卸下氧氣瓶。

8)更換者迅速將卸下的氧氣瓶放在一邊，將完好的氧氣瓶充氧接口對(duì)準(zhǔn)氧氣瓶固定座上的供養(yǎng)接口并輕輕推入，一只手扶住氧氣瓶，一只手迅速旋動(dòng)“T”型螺釘并快速上緊。

9)“T”型螺釘上緊后迅速打開(kāi)瓶閥，同時(shí)按下手動(dòng)補(bǔ)給閥門(mén)，直至排氣閥打開(kāi)，使呼吸倉(cāng)內(nèi)供養(yǎng)正常。

10)更換操作者將更換好的氧氣瓶固定帶拉緊并固定好，迅速安裝好呼吸器上殼體，并扣好扣鼻。

5.4 更換結(jié)束

更換結(jié)束后，更換操作者必須詳細(xì)檢查更換后的呼吸器工作狀況，觀察被更換呼吸器的氧氣瓶壓力表和肩掛壓力表，兩者壓力顯示值相同或相似說(shuō)明更換成功，否則必須立即更換呼吸器或采取其他措施進(jìn)行處理。

5.5 更換時(shí)的注意事項(xiàng)

1)在災(zāi)區(qū)更換氧氣瓶必須在撤離路線被堵且氧氣瓶壓力不足，不能安全撤離災(zāi)區(qū)時(shí)更換，否則不得操作。

2)更換前必須詳細(xì)檢查備用氧氣瓶的壓力和完好狀況，當(dāng)氧氣壓力不足或接口不完好時(shí)嚴(yán)禁更換。

3)被更換氧氣瓶者必須保持心態(tài)平靜，呼吸均勻，維系最低限度的供氧要求。

4)更換操作者保持良好的心理素質(zhì)，嚴(yán)防在拆卸和安裝上殼體、氧氣瓶時(shí)造成相關(guān)部件的人為損壞。

5)在松動(dòng)“T”型螺釘時(shí)松到氧氣瓶能自如地卸下和安裝為止，不可全部卸掉或掉落丟失，以免浪費(fèi)時(shí)間。

6)安裝備用氧氣瓶時(shí)動(dòng)作要輕、要快，等氧氣瓶的充氧接頭和呼吸器的供養(yǎng)接頭完全對(duì)準(zhǔn)后推入，否則極有可能造成抗靜電密封圈掉落或破裂，致使更換失敗。

7)氧氣瓶安裝到位后要迅速按下手動(dòng)補(bǔ)給閥，爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)供給被更換者的氧氣需要。

8)更換結(jié)束后要及時(shí)觀察氧氣壓力及其變化情況，若氧氣壓力不足或迅速下降時(shí)，要及時(shí)更換呼吸器或采取其他必要措施救助。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和研究表明，只要按照災(zāi)區(qū)內(nèi)互換正壓氧氣呼吸器氧氣瓶操作程序操作，且待換正壓氧氣呼吸器本身完好，能夠在40 s內(nèi)完成互換氧氣瓶的操作，其技術(shù)上是可行的，也是安全的。在災(zāi)區(qū)距離長(zhǎng)、救援任務(wù)緊的情況下，能在災(zāi)區(qū)內(nèi)互換正壓氧氣呼吸器氧氣瓶，可以最大限度地延長(zhǎng)救援時(shí)間，確保救援人員安全，提高應(yīng)急救援效率。