王汝柱

礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援實(shí)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(duì)

礦山火災(zāi)或瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練練技術(shù)的研究，闡述了項(xiàng)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(shí)性、系統(tǒng)性和科學(xué)性。

火災(zāi)瓦斯爆炸；實(shí)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(duì)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(xiàng)目與實(shí)際救災(zāi)脫節(jié)，訓(xùn)練效果不能滿足實(shí)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(yàn)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(xiǎn)因素辨識不清，缺乏現(xiàn)場救援經(jīng)驗(yàn)和技能造成的?？梢妱?chuàng)新機(jī)制，開展真實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)，要求對所有實(shí)訓(xùn)巷道進(jìn)行風(fēng)速測定，對所有實(shí)訓(xùn)巷道進(jìn)行溫度測定、煙霧濃度（能見度）測定、對所有實(shí)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(shí)訓(xùn)巷道內(nèi)有人停留的工作地點(diǎn)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(shí)訓(xùn)人員進(jìn)行全程音視頻指揮并保存音視頻資料。

（3）實(shí)訓(xùn)演練評價(jià)系統(tǒng)。在全巷道和調(diào)度室實(shí)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(shí)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(duì)同時(shí)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(diǎn)；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?dú)獾榷铓鉁缁?，?shí)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)可根據(jù)訓(xùn)練考核內(nèi)容臨時(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)瓦斯爆炸后局部的場景設(shè)置。

2.2 危害情況和危險(xiǎn)因素設(shè)置

主要根據(jù)訓(xùn)練項(xiàng)目的要求，礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸事故發(fā)生在不同地點(diǎn)和不同程度時(shí)，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(xiǎn)的設(shè)置。該項(xiàng)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(shí)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(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)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(duì)值班人員立即啟動《救援行動預(yù)案》，參加訓(xùn)練的中隊(duì)、小隊(duì)和各級指揮員按照預(yù)案出動，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定地點(diǎn)。

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(xiàng)目和數(shù)量，在攜帶裝備時(shí)，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(shí)，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(duì)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(yàn)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(diǎn)，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(jiān)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(shí)將必要的信息傳遞給指揮部和救援小隊(duì)，為科學(xué)制定救援方案提供技術(shù)支撐，同時(shí)指導(dǎo)小隊(duì)制定和完善救援行動計(jì)劃，更重要是保證救援小隊(duì)的安全。3.2.3 制定救援行動計(jì)劃

救護(hù)隊(duì)接到指揮部的救災(zāi)方案后，結(jié)合本隊(duì)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(jì)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(duì)在進(jìn)入災(zāi)區(qū)偵察時(shí)，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(diǎn)設(shè)置救災(zāi)基地。為符合《規(guī)程》的要求，在實(shí)際救災(zāi)現(xiàn)場我們既要考慮靠近火區(qū)與偵察小隊(duì)聯(lián)系方便、援助及時(shí)，又要考慮安全、保證待機(jī)小隊(duì)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(duì)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(duì)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(xiǎn)遇難人員的表征位置、時(shí)間等。必要和條件允許時(shí)繪制現(xiàn)場素描圖。通過以上信息的收集隨時(shí)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(duì)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?yàn)?zāi)區(qū)的最佳安全入口；礦井總回風(fēng)或?yàn)?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?yàn)?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(xiǎn)，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(xiǎn)情況和發(fā)展情況分析，主要是小隊(duì)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(xiǎn)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(diǎn)某個時(shí)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(diǎn)落入爆炸區(qū)內(nèi)時(shí)，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?dú)猓r(shí)，爆炸上、下限重合在一點(diǎn)（5.4%、12%）。

用不同的惰性氣體（N2，CO2）惰化甲烷－空氣混合氣體時(shí)，爆炸地點(diǎn)失爆氧濃度是不同的。與氮?dú)庀啾?，二氧化碳的惰化效果良好，因?yàn)镃O2的失爆氧濃度比N2高2.5%~3%。因此，用CO2作為惰化氣時(shí)，其用量要比N2節(jié)省10%以上。采用CO2作為惰性氣體時(shí)，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(xiǎn)。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(shí)，其濃度達(dá)到23%時(shí)就可以使密閉區(qū)失去爆炸危險(xiǎn)；采用N2作為惰性氣體時(shí)，通過計(jì)算可知，當(dāng)N2濃度達(dá)到52.4%時(shí)，使密閉區(qū)失去爆炸危險(xiǎn)。

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(xiàng)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(jì)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(xiàng)內(nèi)容。