非煤矿山天井掘进中高处坠落事故风险分析及解决措施

2019-01-13陕西有色金属控股集团有限责任公司陕西西安710075

中国矿山工程 2019年6期

周旭(陕西有色金属控股集团有限责任公司，陕西西安 710075)

1 前言

非煤矿山需要施工大量的天井、竖井、溜井工程，用于连接矿房上下两个水平(阶段)，具有人员通行、通风、提升下放设备和材料、勘探矿体、放矿等功能。据统计非煤矿山工程中，天井工程量约占矿山总工程量的15%，占采切工程量的30%以上，是形成回采矿块必不可少的工程。

2 天井的功能和施工方法

目前我国非煤矿山天井掘进施工可分为井内施工方法和井外施工方法。井内施工方法有普通法、吊罐法和爬罐法；井外施工方法有深孔爆破法和钻进法。普通法因需要工人进入井筒内作业，安全风险高、成井质量差；吊罐法正得到推广应用；而爬罐法、深孔爆破法和钻进法相对应用还较少。现将天井的五种掘进方法安全性简述如下。

1)普通法

一般由人工自下而上掘进，对操作工人技术水平要求较低，不受岩石条件、倾角和天井规格的限制，但极易发生高处坠落、中毒窒息、物体打击事故。

2)吊罐法

以吊罐代替普通法的凿岩作业平台，改善通风条件并降低劳动强度，但在中等硬度以下的破碎围岩、倾角小于65°、高长天井施工中，安全风险显著增加或难以应用。

3)爬罐法

利用爬罐自身的驱动装置沿天井帮壁铺设导轨升降，爬罐做为凿岩作业平台，可适应掘进倾角较小、盲天井等多种复杂条件的天井。爬罐法设备投资大，机械化程度、设备维护要求较为苛刻，在铺设爬罐导轨、压缩空气压力不稳定及高长天井施工时安全风险较高。

4)深孔爆破法

利用深孔钻机钻凿天井全高平行深孔，分段爆破形成所需要的天井，工人不进入井筒内作业，但钻孔质量和爆破技术要求高，在高长天井中因钻孔设备限制和炮孔偏斜率难以控制而难以应用，存在深孔爆破作业易发的爆炸、拒爆、悬顶等安全风险。

5)钻进法

利用特制的回转钻机钻天井全深导向孔，通过钻头往复回转扩大至圆形天井全断面，工人不进入井筒内作业，是一种真正使天井掘进工作全面机械化的新方法。但钻进法设备投资高、维修费用大、设备运转效率低，天井人员和设备通行能力低于矩形规格的天井，在中硬以上的岩石条件、直径大于2m、高长天井掘进中，安全风险显著增加或难以应用。

3 非煤矿山天井施工及管理现状

我国非煤矿山多为倾斜或急倾斜矿体，矿体厚度变化系数较大，因此各非煤矿山天井规格及倾角灵活多变，给天井掘进的“机械化换人”带来困难。矿山机械化水平近些年虽得到长足发展，但天井掘进施工机械化装备水平仍旧较为处于较低水平，一线工人及管理人员安全技术水平还有待提高，给非煤矿山安全生产管理带来诸多困难。

最后，基于区块链的去中心化安全基础设施能够对庞大数量的IoT设备进行安全审计与验证。区块链可以作为去中心化的安全基础设施为新型IoT技术的发展提供真实可信的安全保障，基于区块链的IoT技术具有较强的容错性，保证只有少数设备发生故障或被恶意控制时依然保持健壮性。去中心化的安全基础设施能够对数以亿计的IoT设备进行安全验证与审计，有利于增强IoT系统抵御攻击的能力，提升生态安全性。

根据近年来非煤矿山发生的事故类型分析，非煤矿山伤亡事故主要集中在物体打击、冒顶片帮、高处坠落、坍塌、机械伤害、重度窒息等类型，高处坠落事故的致死率占据前三位，危险性极大。

虽然传统的普通法天井掘进存在较大安全风险，但是由于其施工要求简单、适应性强、成本低的特点，在不适宜采用其他掘进方法的天井和地质构造复杂、需要支护、工程倾角变化大的天井掘进中，仍普遍应用并还将长期存在。据统计，普通法占天井掘进方法总量的80%以上。天井在掘进施工及后期生产应用中，由于缺乏相应的技术和装备，容易出现执行技术规范不严、疏于监督检查等现象，突出表现为施工中不设置梯子间和溜渣间、不架设安全棚和操作台、爆破后自然通风或依靠压缩空气代替局部通风、梯子和平台搭设不规范等问题，进而发生天井高处坠落(坠井)、炮烟中毒、物体打击等事故。

非煤矿山的天井高度通常大于30m，按照高处作业分级标准属于特级高处作业。天井井筒内一旦发生坠落事故，人体以初速度为零的自由落体做匀加速直线运动，跌落事故发生0.6s时，身体所受的冲击力约10.7kN，下坠距离约1.83m，坠落速度达到21.4km/h。通常人的应急反应时间为0.8s，因此在高速坠落和强大作用力下，该坠落过程在接触承接面(地面或平台)前无法终止，冲击力将对人体造成严重伤害。

4 非煤矿山天井防坠技术及措施

1)选择适合的天井掘进方法

根据围岩条件、天井规格等条件，尽可能采用吊罐法、爬罐法、深孔爆破法或钻进法，减少或杜绝工人进入井筒内进行掘进施工。普通法在传统观点看来技术要求简单且工程费用较低，但是安全风险属于所有天井掘进方法最高的一类，掘进效率极低，成井质量差，综合对比安全效益和工效价值属于较低的天井掘进方法，从安全管理和功效价值角度选择，属于首选淘汰的施工方法。

2)在天井中安设差速防坠器

正常使用时，钢丝绳处半紧张状态将随人体自由伸缩，使用者不受牵挂、拖拽影响。若发生人员失足坠落，一般情况下安全绳拉出速度大于0.6m/s、冲击力小于300kN时，防坠器内锁止系统即自动锁止，锁止行程约小于2m，坠落过程因此终止，对失足人员毫无伤害。

3)增加个人安全防护便携装备

(1)双背带式安全带：工人随身佩戴，背后带安全卡扣，可随时与安全绳、防坠器等装置连接。目前矿山大多采用单腰带式背带，仅能做为佩戴矿灯、自救器腰带使用，抗冲击能力不足，且该类型安全背带与安全绳、防坠器连接不便，影响天井内攀爬或者施工，建议矿山使用双背带式安全背带替换单腰带式背带。

(2)便携式安全绳：为每位天井中作业的工人配备两端均有安全卡扣的便携式安全绳，绳长一般控制在2m之内，由工人随身携带以便于及时在稳固部位的高处连接悬挂，可灵活便利地构建个人防坠保护系统。一般在井筒内相对固定范围内作业时使用，因其灵活性较好、行程短且易于固定和携带，可在凿岩、搭设平台、修整搭接梯子、清理梯子间浮石等移动半径较小的范围内使用。

4)设置天井联络方式

天井上口、下口和井筒内因条件限制，一般难以敷设必要的人员联络设施，上下作业人员通讯联络不畅，尤其是在天井掘进过程中产生的噪音导致天井各部位之间人员联系困难，人员被迫采取强行攀爬或者关闭风水管及断电的方式来进行相关活动或发出提示信号，存在施工机具突然失去能量坠落、凿岩机气腿瞬间收缩拖拽坠落、浮石及器具掉落砸伤人员而导致的坠落事故发生。

在天井掘进施工期间，可以采用设独立照明线路、随掘进面单独敷设专用压缩空气管道做为联络方式，通过启、闭照明和专设压缩空气管进行信号联络，能够较好地消除天井掘进期间因缺乏联络方式而导致的坠落事故发生。

5)吊运和背运措施消除井筒内运送工具材料风险

天井掘进施工和人员通行中，常会发生作业人员违章手持物品攀爬的情况，甚至存在人工背运重量较大的机具和器材攀爬的现象，手脚交替期间易导致失手、失足而坠落。矿山因没有建立相应的管理制度，未采取有效的解决措施，导致高处坠落风险和隐患难以根除。

杜绝手拿物品攀爬天井的行为(即必须确保“手足与梯子至少三点接触”)，从措施上可采取将梯子、风水管、钻机、钎杆等大件物品使用作业绳吊运方式，小件工具器材(钎头、钳子扳手)和爆破器材采用专用背包人工背运方式，降低人员攀爬和机具材料运送中的坠落风险。

6)加强天井内平台、梯子等附属设施的管理

根据《金属非金属矿山安全规程》GB 16423—2006，天井内梯子倾角不得大于80°，上下两个梯子平台的垂直高度不大于8m，梯子上端高出平台1m，梯子下端距井壁不小于0.6m，梯子宽度不小于0.4m，梯子蹬间距离不小大于0.3m，掘进高度超过7m的天井时应装备梯子间和溜渣间，梯子间和溜渣间用隔板隔开。梯子与井壁岩层面平行且距离保持0.2～0.3m[1]。

大部分非煤矿山在天井掘进施工期间，未搭设梯子间和溜渣间，人行梯通过在井壁打锚杆进行绑扎悬挂，梯子与井壁间被爆碴掩埋间隙过小而未清理或者调整，未按照规定高度搭设平台，平台垫板未铺密实或固定不牢，以上违反安全规程的行为都是导致高处坠落的根源。非煤矿山企业要加强天井内平台、梯子等附属设施的现场管理，严格遵守安全技术规程，对天井防坠安全管理提供较好的技术支持，是降低天井坠落事故发生的有力保障[2]。