矿井火灾、瓦斯爆炸事故应急救援实战训练技术研究

2015-08-07王汝柱

安全 2015年12期

王汝柱

王汝柱

河北省唐山市国家矿山应急救援开滦队

矿山火灾或瓦斯爆炸事故应急救援实战训练练技术的研究，阐述了项目提出的背景和研发技术路线，包括训练场地的功能确立、火灾事故和瓦斯爆炸事故的场景设置、训练内容及程序等。特别是在训练内容及程序上明确提出了具体技术方案。突出了训练的真实性、系统性和科学性。

火灾瓦斯爆炸；实战训练；场景设置；训练；考核

作为一支专业的矿山应急救援队伍，为更好的履行职能，需要不断增强应急救援能力。当前传统的训练方法存在训练项目与实际救灾脱节，训练效果不能满足实际救灾需要等问题，从而造成救援人员缺乏现场救援经验和技能，很难保证在复杂矿山事故处理中做到有效施救和安全施救。2012年以来全国救护系统发生了多起救援人员自身伤亡事故，教训十分惨痛，分析原因多数是由于对事故现场危险因素辨识不清，缺乏现场救援经验和技能造成的。可见创新机制，开展真实火灾或瓦斯爆炸状态下的救援技术训练，不断提升救援人员的实战能力非常的必要。

1 训练场地的功能确立

训练场地的功能建设，主要利用现有的地下演习巷道构成采区系统，包括一个掘进工作面和一个综采工作面，巷道总长度约700m，包括大断面拱形巷道、小断面拱形巷道、正梯形巷道、斜梯形巷道、长方形断面巷道、正方形断面巷道等，布置高温浓烟硐室、爆炸硐室、匍匐巷道、轨道运输巷道等。爆炸巷道可抗击约500KPa爆炸威力的冲击，如图1。

1.1 设施设备组成

图1 爆炸巷道工作面示意图

（1）井下环境检测系统。在全巷道实现，要求对所有实训巷道进行风速测定，对所有实训巷道进行温度测定、烟雾浓度（能见度）测定、对所有实训巷道进行有毒有害气体测定。

（2）全程音视频指挥系统。实训巷道内有人停留的工作地点安装摄像头，摄录信息传至井下救灾指挥部和井上调度室，指挥员对实训人员进行全程音视频指挥并保存音视频资料。

（3）实训演练评价系统。在全巷道和调度室实现。

1.2 主要功能

（1）瓦斯爆炸事故救援训练功能。断面9m2，巷道40m，钢筋混凝土整体浇筑，内衬钢板，可抗击约500KPa爆炸威力的冲击；在进风口巷道内实现。具有模拟爆炸现场，爆炸后的各种参数测定，两个小队同时进入进回风侦察、救人，铺设电缆、延接水管50~100m，安装局部通风机，排放有毒、有害等爆炸气体，恢复巷道和修缮受爆炸波摧毁巷道等演练功能。

（2）瓦斯燃烧、火灾事故救援训练功能。采煤工作面和掘进工作面各一个，在上隅角和迎头设置燃烧点；具有工作面及相关巷道侦察、救人、直接灭火，高泡灭火，二氧化碳、氮气等惰气灭火，实现局部和区域反风，挂风障隔断风流，使用喷涂材料喷涂密闭火区，使用砖闭密闭火区，在密闭间充填新型封堵材料如罗克休、瑞米材料等进行二次密闭和火灾熄灭过程中温度和各种气体变化情况监测等演练功能。

2 火灾事故和瓦斯爆炸事故的场景设置

2.1 事故点设置

掘进工作面：主要采用木材、油料和煤炭在工作面迎头堆积，体积不少于2m3，然后用明火点燃，所产生的空气温度不低于80℃，浓烟可见度在1m以下，产生的一氧化碳浓度不低于2000ppm。其控制方法采用燃料的配合，以及用风量进行调控。

综采工作面：在工作面的上隅角，采用煤气燃烧设置火灾事故，煤气来源采用液化气罐从安全地点通过输气管道输送到工作面上隅角，然后在工作面上隅角煤壁处布置多孔喷气装置，训练前明火点燃模拟工作面上隅角瓦斯燃烧。所产生的空气温度不低于40℃，浓烟可见度在3m以下，产生的一氧化碳浓度不低于1500ppm。其控制方法采用供气量和供风量进行调控。

其他火灾地点可根据训练考核内容临时设置在进风大巷和回风大巷，火源采用可移动的燃烧池，主要目的是产生浓烟和一氧化碳浓度，因燃烧池的燃料是有限的，浓烟和一氧化碳浓度的大小和浓度无需控制。

瓦斯爆炸：瓦斯爆炸地点设在进风大巷和回风大巷之间，为了确保瓦斯爆炸的可控性，首先采用了瓦斯煤尘爆炸装置，在训练时注入沼气、氢气或一氧化碳气体，人为调控浓度，该装置能够控制爆炸的威力，实现远程电子起爆，爆炸后产生的冲击波可造成局部的破坏，实现瓦斯爆炸后局部的场景设置。

2.2 危害情况和危险因素设置

主要根据训练项目的要求，矿井火灾和瓦斯爆炸事故发生在不同地点和不同程度时，所造成人员伤亡、设施设备损害，以及产生有毒有害气体和存在二次爆炸危险的设置。该项设置的目的是表述火灾和瓦斯爆炸事故的危害和影响范围。其中对人员的伤害主要采用模拟人和真人相结合的办法设置伤情，通风设施和其他设备均采用实物场景，比如风门被摧毁、风筒被折断或燃烧、巷道支架被推到等。有毒有害气体和存在二次爆炸危险的设置，主要采取火灾生成的CO、CO2、C2H2、C2H4等自然设置，但为了贴近实际在可控的巷道内认为释放沼气，在空气中形成一定的可控浓度来设置二次爆炸危险的环境。

3 训练内容及程序

火灾、瓦斯爆炸事故的训练内容包括，闻警出动、救援准备、建立井下基地、灾区侦查、灾区状态分析判断、火灾和瓦斯爆炸事故处理，以及排除污染气体、恢复通风等内容，其结构，如图2。3.1 闻警出动

图2 火灾、瓦斯爆炸事故训练结构图

各级救援单位在接到上一级救援指挥部门的事故通之后，救护队值班人员立即启动《救援行动预案》，参加训练的中队、小队和各级指挥员按照预案出动，并在规定时间内到达指定地点。

3.2 救援准备

3.2.1 救援资源配置

（1）熟知事故的性质所需配备的救援装备项目和数量，在携带装备时，除按规程规定携带最低装备外，还要根据事故的具体情况准备和立即携带必要的特殊装备。

（2）熟知事故的性质所需配备的人员数量，在出动时，除按现有值班人员出动外，还要根据事故的具体情况准备和立即召请必要的专业队伍和专家型人员。

（3）根据事故的紧急情况，进行装备的调试检验和救援人员的组织安排及责任调整。

3.2.2 信息收集

（1）选择信息畅通的地点，尽可能多的收集事故相关信息，在整个救援过程中都要有专职技术人员坚守岗位，保持信息的全面性和连续性。

（2）收集信息种类按照信息本身的性质可分为数字信息、图片信息和文本信息；按照信息的用途可分为静态信息和动态信息；按照信息的作用可分为直接影响信息和间接影响信息。

（3）善于进行信息的分析筛选，根据事故的救援进程，随时将必要的信息传递给指挥部和救援小队，为科学制定救援方案提供技术支撑，同时指导小队制定和完善救援行动计划，更重要是保证救援小队的安全。3.2.3 制定救援行动计划

救护队接到指挥部的救灾方案后，结合本队技术人员提供的信息，现场指挥员要立即了解、分析方案的目的、现场情况、相邻区域情况等，并结合自身的装备水平、人员数量、人员素质，安排技术人员制定行动计划。

3.3 灾区救援行动

3.3.1 井下基地的建立

《矿山救护规程》规定，救护小队在进入灾区侦察时，应在靠近灾区、通风良好、运输方便、不易受爆炸直接冲击的安全地点设置救灾基地。为符合《规程》的要求，在实际救灾现场我们既要考虑靠近火区与侦察小队联系方便、援助及时，又要考虑安全、保证待机小队的战斗力，如果只凭单一的通风系统图确定是不够的，还要根据绘制的通风网络图进行分析，明确灾区网络的性质后再确定基地的位置。设置基地的原则是救护基地应设在火灾所在的闭合风路以外的风路中。

3.3.2 灾区侦查

小队在进入事故矿井或进入灾区前，要首先对灾区进行初步分析，通过分析在保证侦查小队基本安全的情况下，确定侦查路线，按照美国“2+1”的侦查技术行进，内容要全面，在图上标明气体情况、顶板情况、积水情况、通风设施被破坏情况、温度、风量、巷道表征、遇险遇难人员的表征位置、时间等。必要和条件允许时绘制现场素描图。通过以上信息的收集随时对未探查的区域进行灾区状态分析。

3.3.3 灾区状态分析

（1）小队进入事故矿井或进入灾区前的分析，包括矿井总风量和静压值的分析，来判断事故对矿井通风系统的破坏情况，从而确定进入矿井或灾区的最佳安全入口；矿井总回风或灾区回风的气体成分分析。特别是灾区内的标志性气体分析，来判断瓦斯爆炸事故井下或灾区内火源存在的可能性，如果灾区存在爆炸危险，必须采取措施后在进入。措施包括通风系统调整排除瓦斯或注入惰性气体抑爆灾区。

（2）灾情危险情况和发展情况分析，主要是小队对灾区初步探查以后，存在的火源没能通过直接灭火方法扑灭，在对灾区采取措施前的观察期间或采取措施以后，为了掌握灾情危险情况和发展情况，可采取曲线法进行分析和爆炸三角形分析法，如图3、4。

通过曲线图判断，在同一取样点某个时刻一氧化碳浓度急剧升高，而后又急剧下降，说明灾区内发生了较大变化，灾情不稳定，面对该情况就要分析发燃烧或爆炸生的各种可能性和发展趋势。

图3 一氧化碳气体变化曲线

图4 爆炸三角形分析

在封闭火区过程中，由于切断了向火区的供风，火区内的瓦斯浓度将逐渐增加，如果没有惰气混入，那么甲烷浓度与氧深度所决定的工况点落入爆炸区内时，遇火便会发生瓦斯爆炸。惰气的混入意味着氧气浓度的不断下降，当氧浓度降至极限值（即失爆氧浓度）12%（惰气为氮气）时，爆炸上、下限重合在一点（5.4%、12%）。

用不同的惰性气体（N2，CO2）惰化甲烷－空气混合气体时，爆炸地点失爆氧浓度是不同的。与氮气相比，二氧化碳的惰化效果良好，因为CO2的失爆氧浓度比N2高2.5%~3%。因此，用CO2作为惰化气时，其用量要比N2节省10%以上。采用CO2作为惰性气体时，只要保证氧浓度降低到14.6%以下，就可以使密闭区失去爆炸危险。设不发生爆炸的条件是，氧气浓度下降到14.6%以下和沼气浓度保持在6%以下，则

CO2惰性气体的浓度=1-14.6%/[（1-6%）×20%] =23%

可见，采用CO2作为惰性气体时，其浓度达到23%时就可以使密闭区失去爆炸危险；采用N2作为惰性气体时，通过计算可知，当N2浓度达到52.4%时，使密闭区失去爆炸危险。

3.4 现场处置

根据灾区分析结果，可采取直接灭火、快速封闭火区、注入惰性气体抑爆火区后永久封闭、调整通风系统等。以上处置项目的操作要按照一般技术操作规程进行。