煤矿矿山应急救援技术装备
一、概述
二、《规程》关于救援装备的规定
三、防护装备
四、抢险救灾技术装备
（一）通讯装备
（二）检测装备
（三）灭火阻爆装备（惰气、CO2发生器）
一、概述
矿山救护技术装备是指矿山救护队在处理灾害事故时使用的仪器和装备的总称。按照处理井下事故分类有：处理井下水、火、瓦斯、煤尘和顶板事故的装备；按照救护队管理层次分类有：个人装备、小队装备、中队装备和大队装备；按照使用功能分类有：个人防护装备、抢救遇险人员装备、救灾通讯装备、环境参数检测装备、灭火装备、破拆、支护装备等方面的救护装备；按照使用场所分类有：地面、井下、高空和水下装备。
1949年解放后，我国建立了矿山救护队，队伍建制和装备都引进和借鉴了前苏联的经验。1994年以来，国家开始引进了世界各国先进的救援装备。2003年国家矿山救援指挥中心成立后，整合全国的矿山救护资源，建立了14个国家级矿山救援基地。目前，国家投入了大量的资金为国家级救援基地配备了先进的救援装备。但目前还有很多矿山救护队仍然在使用着落后的救护装备，从事着艰苦的抢险救灾工作。
二、《矿山救援规程》关于应急救援装备的规定装备的规定
1.1 救护队应配备以下装备和器材：
a）个人防护装备。
b）处理各类矿山灾害事故的专用装备与器材。
c）气体检测分析仪器，温度、风量检测仪表。
d）通信器材及信息采集与处理设备。
e）医疗急救器材。
f）交通运输工具。
g）训练器材等。
1.2 救护队使用的装备、器材、防护用品和安全检测仪器，必须符合国家标准、行业标准和矿山安全有关规定。纳入矿用产品安全标志管理目录的产品，应取得矿用产品安全标志，严禁使用国家明令禁止和淘汰的产品。
1.3 救护队应根据技术和装备水平的提高不断更新装备，并及时对其维护和保养，以确保矿山救护设备和器材始终处于良好状态。各级矿山救护队、兼职矿山救护队及救护队指战员的基本装备配备标准，见表4、表5、表6、表7和表8。
1.4 救护队值班车上基本配备装备和进入灾区侦察时所携带的基本配备装备，必须符合表9、表10的规定。矿山救护小队进入灾区抢救时必须携带的技术装备，由矿山救护大队或中队根据本区情况、事故性质做出规定。
1.5 救护队应有下列设施：电话接警值班室、夜间值班休息室、办公室、学习室、会议室、娱乐室、装备室、修理室、氧气充填室、化验室、战备器材库、汽车库、演习训练设施、体能训练设施、运动场地、单身宿舍、浴室、食堂、仓库等。
1.6 兼职矿山救护队应有下列建筑设施：电话接警值班室、夜间值班休息室、办公室、学习室、装备室、修理室、氧气充填室、战备器材库等。
表2 矿山救护中队基本装备配备标准
表6（续）
表6 矿山救护队值班车上基本装备配备标准
第一节信息化在矿山应急救援中的应用
提高矿山应急救援水平，避免事故的进一步扩大，是矿山应急救援的一项重要工作。随着科学技术的发展，计算机及网络技术逐渐应用于矿山应急救援管理事业中，但仍处于起步阶段，仍停留在现有的管理方法和管理方式中，因此，应实施矿山应急救援管理信息化，为提高和促进应急救援的管理水平及提高整体救援素质提供技术支持。
目前，应急救援管理信息系统已经逐渐开始应用于应急救援的日常管理。它对于提高应急救援管理水平、提高日常的工作质量和工作效率，提高整体的决策水平起到了重要的参考和指导作用。由于资料有限，本节只简单介绍应急救援信息化有关知识，涉及管理信息系统、救灾决策指挥、专业培训和仿真模拟训练等内容。
一、应急救援管理信息系统
应急救援管理信息系统主要功能包括：日常信息进行录入、修改、编辑；信息查询；信息统计；网上办公。
利用应急救援管理信息系统，可以帮助救护队管理人员开展以下工作：对救护人员结构进行分析，为人员调整提供参考；及时掌握学习训练情况，为改进学习训练提供参考；对事故进行统计分析，为事故预防及事故处理提供参考；自动形成救护档案，为事故处理的人员调配提供参考；自动生成工作日志，为工作计划的制定和工作总结提供参考；进行应急救援装备的统计分析，为装备的配备及更新提供参考。
建立应急救援管理信息系统，要考虑系统的实际情况、与现有的其它系统及将来可能有的其它系统之间交互的方便性，技术的成熟与否以及建设及维护成本等因素，并实现以下特点：
1、通俗性。充分分析矿山行业特点和人员素质状况等，做到系统易学易用，人机交互界面良好。用户使用灵活方便。
2、实用性。现场专业人员与计算机专业人员紧密协作，系统功能贴近企业的业务需求，随时为各类人员提供各种信息，有效地帮助各类人员提高管理质量和工作效率。
3、安全性。整个系统从网络通讯安全（物理安全性）、软件系统安全及用户访问安全等各个层次提供完整的系统安全方案，从而确保整个系统安全可靠的运行。
4、可扩展性。系统宜采用模块化的设计，以便今后的功能扩展。
二、智能化抢险救灾决策
多年以来，重大灾害事故抢救依靠的是指挥者个人的专业技术素质、处理事故的经验以及对井下情况的熟悉程度。事故发生后，指挥者依据每年一度编制的《矿井灾害预防和处理计划》和矿井有关工程图纸，以及事故现场侦察得来的各种信息，分析判断做出决定。这种处理事故的方法属于经验型的，成功与否在很大程度上取决于指挥者判断的准确性和抢险救灾所需材料设备的充足程度，以及救护队的行动是否正确。有时由于重大灾害事故的突发性，往往使指挥者不能冷静沉着地分析问题、救护队违章作业或救灾材料的供应不足，造成救灾工作被动，以致贻误战机，使事故扩大。特别是有的矿井在事故发生后，指挥者急于救人抢险，不管客观条件允许与否，做出一些脱离实际的错误决策，结果使伤亡人数增多，事故扩大。
20世纪60年代初期兴起了一门新的学科一专家系统。它的应用产生了巨大的经济和社会效益，经过30多年来的发展，国内外不少学科与部门已经建立了各自的专家系统。在矿山应急救援中，专家系统也得到应用，其指导思想是运用专家知识库辅助救灾决策。由于矿山应急救援的复杂性，专家系统在矿山应急救援中所发挥的实际作用需要进一步研究。
20世纪70至80年代，随着电子计算机技术的发展和遥测监控技术与仪表的实际应用，以及人们对矿山重大灾害发生、发展规律认识的加深，使矿山应急救援从单纯的经验型分析向定量分析阶段迈出了可喜的一步。计算机风流状态模拟技术在事故处理中得到应用。人们常说“通风救护不分家”，在这里得到充分体现。本部分试图通过火灾救灾决策过程如何实现智能化来介绍智能化抢险救灾决策。
1、智能化火灾救灾决策分析
矿井火灾生成的高温及有害气体是造成井下人员遇难的最主要原因。发生事故后，指挥员能够作出正确的决策是非常关键。人决策的正确性不仅与他的智力、经验、勤奋等因素有关，也与处理的物理系统和信息量以及复杂程度有关。人脑信息处理能力是有限的，所以，救护指战员在矿井火灾时期，即使熟练的救灾专家也难以正确估计全矿井通风系统的风速和风量变化速率，即风量的动态变化。发生火灾后调节烟流通行路线，减少火灾造成的生命财产损失、控制风流状态是矿井救火的最主要任务之一。控风目的不是对风网所有分支进行控风，而是重点保护井下人员的主要撤退路线以及救灾人员的救灾、灭火通行路线。利用计算机真实模拟矿井灾害和在火灾时期矿井的风流和烟气流动，并实时采取一些救灾措施，把救灾效果逼真地反映出来，结合实时监控，进行矿井风网解算，进而实施火灾抢险救灾模拟，对抢险救灾决策和事后事故分析是科学的，也是可行的。
2、智能化火灾救灾决策系统
该系统由三部分组成：矿井通风网络解算和火灾运动模拟系统、矿井监测和实时数据传输接收系统、三维图形计算机仿真和通风数据动画显示系统。三者紧密结合，构成了一个完整的大系统。
三、智能化模拟训练
1、矿山救护模拟实战训练简介
矿山救护是一种特殊类型的救护，其工作地点具有空间狭窄、气候环境恶劣（温度高、湿度高、有毒气体浓度高、能见度低）等特点。要求矿山救护队员要具有较强的适应能力，能够在各种恶劣的救护环境下高效工作。因此，《矿山安全规程》、《矿山救护规程》明确要求矿山救护队要定期开展高温浓烟训练。
世界各个主要产煤国家都十分重视矿山救护队的正规化和系统化训练，我国也不例外，但是与发达国家相比我国的救护水平和训练手段还比较落后，1978年平顶山矿山集团公司从西德引进一套70年代先进水平的“模拟训练监控系统”，使我国的矿山救护训练有了大的进步。但它存在设备功能单一、不逼真、容积小，自动化程度低的缺陷，只能在地面训练，与井下灾害发生时的实际环境相差较远。
目前，国内矿山救护队由于条件所限，绝大部分无法开展高温浓烟训练，由于没有建立高温浓烟训练系统，只能在低技术层次进行演习训练。高温演习时，一般需要提前一天在巷道中用煤炭生火，用铁风筒散热，产生的训练环境温度不确定，带有很大的随机性，有时大大超过《矿山救护规程》规定要求。烟雾的产生是靠往碳火上加机油或加锯末面实现，产生的烟雾中含有大量的有毒有害气体，训练过程很不安全。虽然每次演习都投入大量的人力、物力和财力，但因为与实际灾害环境相差较远，训练效果不明显，安全性能差，不能适应现代矿山救护科学、高效、安全的要求。目前，随着国家应急救援体系的建立，矿山救护越来越受到重视，救护队员体能的科学训练是救护队战斗力的重要标志，是提高救护队整体素质的重要内容，因此，完全模拟真实环境和动态、连续监控训练过程是现代化救护发展的重要环节和必然趋势。
2、智能化救护模拟训练系统应具备的功能
（1）能够模拟多种恶劣救护环境条件组合的多功能智能化训练，能够产生高温烟流和有毒有害气体实战训练环境，并能够对其实施智能化调控。
（2）配备实时训练监控系统，实现训练全过程的可视化及影像资料的自动储存。
（3）提供不同灾害环境下人体运动体能变化规律研究的实现方式。
3、矿井灾害环境对训练系统的要求
人与环境是一个相互联系，密不可分的系统。当外界环境因素发生变化时，必然影响人的生理和心理状态，从而引起机体反应并通过自组织化，使机体内环境的平衡发生位移，这种位移在一定范围以内是可逆的，但是，如果环境因素影响过度，而且作用时间过长，机体内平衡调节系统受到不同程度损害，人体功能相应降低，操作的准确性下降，失误率增加，从而诱发事故。
救护队员就是在井下受到火灾、瓦斯或煤尘爆炸、井下突水或较大的冒顶事故威胁以及作业地点不能进行正常呼吸等非常危险的情况下进行工作的。井下环境因素直接或间接的影响救护队员的生理和心理状态，影响他们的行为可靠性，恶劣的矿山环境不仅仅妨碍救护队员的救护工作，而且是他们自身安全潜在的危险因素。必须通过科学的、符合人体生理规律的训练来提高身体素质、技术素质，强化心理素质，增强耐受力。
人体（指救护队员）在进行训练的过程中，其生理参数的变化将根据环境条件、训练工作量和自身的心理因素变化而发生变化。影响人体在不同条件下训练耐受力的因素很多，根据矿山救护训练的特点，从客观因素来看，影响救护队员救护的环境因素主要有温度、湿度、烟雾、有害气体和工作量等。只要明确这些因素对人体的相关影响，就能预测复杂环境对救护的影响程度，以便依据现代医学理论、劳动科学理论确定安全高效的训练方案。一般情况下人体训练的安全生理指标如下：（1）人在高温条件下工作时间30分钟时，就会出现生理分化反应，即人体反应迟钝、智力下降、水分缺失等现象，因此高温训练时间不应超过30min。
（2）依据可耐时间与可耐温度关系，当环境温度为38℃时，在高温区暴露50分钟，人体就有可能出现热虚脱现象，当环境温度达到45℃时，26分钟就会出现热虚脱现象，而达到53℃时，15分钟就会出现热虚脱现象，人体暴露的极限高温为60℃。
（3）当环境温度低于人体体表温度时，作业人员汗液蒸发调节时人体体表温度的增幅在1℃之内，当环境温度高于人的体表温度时，连续工作时间的增长都会引起人体体表温度增加，当增幅超过2℃时，会给训练人员带来不利影响，应通过测试体表温度作为确定运动量的参考依据。
（4）脉搏达到120次/分的运动负荷为训练的临界线，120~140次/分运动负荷是训练的有效价值区，140~180次/分是心血管功能的有效加强区，而脉搏高压180次/分，心脏活动反而降低，因此训练强度的合理脉搏范围应在130~160次/分。
（5）强化日常技能训练提高作业熟练程度，进行经常性的高温训练以提高习服能力，可以提高高温作业环境中的作业工效。开展浓烟、有毒有害气体环境的训练，可以提高人体对环境变化的心理承受能力。
（6）在高温作业时，要合理安排休息，及时补充水分，采取降温措施，防止人员出现身体不良反应，进行高温、常温环境的交叉训练，训练效果更佳。
4、智能化模拟训练系统设计思想
依据理论分析，本系统设计的技术指标是，环境温度在12~60℃之间可调节控制；由于演习巷道在地下，湿度保持在80%左右，与矿山井下接近；无毒生烟技术控制能见度；可产生有毒有害气体，并调控浓度，通过信息技术实现地面动态监控和井上下互动。系统分为三大部分，第一部分是救护环境模拟与控制；第二部分是训练实况与环境数据动态监控；第三部分是训练实况全过程在线记录与离线观摩教学，见图12-1。
图12-1 多功能智能化训练系统示意图
第二节矿山救护队员个体防护装备
所谓个体防护装备，就是在危险的环境条件下使用的个人自身安全保护的装备。矿山救护队是处理矿井五大灾害的专业性队伍，所从事的是在急、难、险、重等危险环境下的救护工作。矿山救护队员的个体防护装备主要是指参加抢险救灾工作时佩戴的氧气呼吸器。本节主要介绍内容氧气呼吸器的发展简史、现状与发展趋势；呼吸仓式和储气囊式正压氧气呼吸器原理、使用和安全注意事项。
一、氧气呼吸器的发展简史、现状与发展趋势
（一）氧气呼吸器的发展简史
氧气呼吸器是矿山救护人员必不可少的基本救护装备，它保证矿山救护人员免遭外界有毒有害气体的侵害、维持正常的呼吸循环、在灾区中执行抢险救护工作，从某种意义上说，氧气呼吸器就是救护工作人员的生命。
世界上发明氧气呼吸器最早的国家是比利时。远在一百五十多年前（1854年），比利时耶秋大学的生理学家秀恩教授首创了世界上第一台氧气呼吸器。此后，各国已相继开始研究制造各式各样的氧气呼吸器，并不断更新换代，从原理、结构、性能等各个方面予以革新和改进，使氧气呼
吸器在生理参数，战术性能，结构参数等方面日趋完善，逐渐形成标准化，系列化。
1928年苏联首次自行设计试制成第一台国产氧气呼吸器P-12型，从四十年代开始致力于缩小呼吸器的尺寸．减轻重量和提高呼吸器的工作性能，取得了很大进步，研究设计生产了第二代氧气呼吸器P-27型。1979年全苏矿山救护科学研究所成功设计了P-30型氧气呼吸器，并在1980年由顿涅茨矿山救护仪器厂生产并开始装备到苏联各矿山救护队。P-30型呼吸器重量减轻到11公斤，使用时间为4小时。它保持了P-27型的优点，并进一步改进了外壳结构；改善了清净罐的空气动力特性，降低了呼吸阻力；对冷却器也做了改进；为了保证救护队员在灾区工作的安全，配置了面罩。因此，P-30氧气呼吸器被认为是目前世界上最优秀的负压氧气呼吸器之一。
1977年后MSA公司根据美国联邦法的要求，开始研制正压系统的呼吸器。这是近年来世界上对呼吸器发展上进行的一项重大的革新尝试。德国、英国和日本也都在进行着这个方面的探索和试验，并把这一原理开始移植到自救器方面上来。
我国的矿山救护仪器研制事业起步较晚，但有着较快的发展。1953年试制成功国产的AHG-4型和AHG-2型氧气呼吸器(仿前苏联P-27)，1986年试制成功AHY6型氧气呼吸器(仿前苏联P-30)。1997年以来，我国的抚顺安全仪器厂、虹安、神瑞等厂家生产了仿美国的呼吸仓式正压呼吸器；河南方圆公司、抚顺新科公司、抚顺煤科院、重庆煤科院等厂家生产了仿德国的储气囊式正压呼吸器。目前我国生产的正压呼吸器还处于发展进步阶段。
（二）氧气呼吸器的现状与发展趋势
目前世界各国矿山救护队使用的氧气呼吸器，以大气压力为基准划分，有负压氧气呼吸器和正压氧气呼吸器两大类。其中负压氧气呼吸器按使用用途分类为：救护工作型、抢救型和逃生型三种。按储气容器划分，有呼吸仓式和气囊式呼吸器两大类。以“氧源”划分，基本为“压缩氧”呼吸器、“液态氧”呼吸器和“化学氧”呼吸器三种类型，从使用的规格型号与数量上比较，“压缩氧”呼吸器占绝对的多数，现在我国救护队员使用的“压缩氧”呼吸器（氧源是使用储存在高压器瓶内的压缩氧气）压力有150MPa、200MPa、及300 MPa三种（多数采用200 MPa压力的气瓶）。为了缩小呼吸器的体积和重量，压缩氧气瓶开始向耐高压及轻质合金材料方向发展。
在有毒有害气体环境中，为了安全、可靠、舒适地佩戴氧气呼吸器工作，改进呼吸器结构，使呼吸器能更好地适应救护工作中人体生理要求，是当前氧气呼吸器发展中的一个总趋势。概括说来，主要是改善呼吸气体的成分、温度、湿度，呼吸流量与呼吸阻力，提高呼吸保护系数即各种安全种植性能，改进呼吸仪器结构及操作，使用性能。
在整个氧气呼吸器系统中，供氧系统乃是它的核心部分，它要保证人体所需要的足够的供氧量，保证佩戴者有效的保护时间。在压缩氧呼吸器的高压氧气系统中，目前已出现了各种预充氧装置、缺氧报警装置、泄漏闭塞装置、安全阀门等一些新的结构。氧气呼吸器的高压系统，除为佩戴者提供氧源之外，还执行着氧气供给分配的功能。目前多数压缩氧呼吸器的供氧分配方式都是定量供氧、自动供氧及手动供氧三种。定量供氧量由过去的1.1-1.3升/分钟已逐渐改变为1.4-1.6升/分钟及其以上的大定量流量。减压器的定量供氧方式。过去的无补偿正作用式（顺流式）减压器，
现已经被补偿正作用式、反作用式和膜盒调节式的减压器所取代。高压系统的氧气自动补给装置也是一个重要部件。目前的自动补给装置的改进都倾向于提高灵敏度、增加补给量。
为了提高二氧化碳吸收剂效率，进一步降低二氧化碳含量及呼吸阻力，与气体流向相垂直的清净罐的截面积较大，罐体结构和吸收剂也都有改进。目前除常用的氢氧化钙吸收剂和氢氧化钠吸收剂外，美国正在研究氢氧化锂吸收剂，它的吸收率比氢氧化钙吸收剂高1.43倍，并且在降温条件下使用比前二种效果都好。在国外还有研究在清净罐中添加硅胶、沸石等材料，以吸收水分和降低吸入空气的温度。
为了改善呼吸生理条件要求，呼吸器的改进还侧重于降低吸气的温度，增设降温装置。当工作需要时，降温盒装入干冰（即固体二氧化碳）或者磷酸氢二钠洁晶盐作为冷却剂（它们的特点是可以重复使用）。德国的BG4型正压呼吸器则采用普通的冰水作为冷却剂。呼吸器加装冷却剂后吸入空气温度下降，在重劳动或高温环境作业可有助于吸收人体潜热，减轻疲劳和改善呼吸器舒适性能。目前提高呼吸器密封可靠性仍然是各国呼吸器发展改进的一个重要课题，面罩的形状、材质、密封结构等也不断的进行变化。
氧气呼吸器是在环境变化复杂的事故情况下使用的。因此，如何使佩戴人员更好的了解周围环境情况，彼此联系、操作方便，这一系列的具体要求也正在改进提高。如目前推广采用大视野全面罩、防雾镜片、通话膜片、快速接头、快速背带扣等等都在力求完善与提高之中。
当今矿山救护队的呼吸装置的发展主要还是集中在以工作型压缩氧呼吸器为主导的方向上。同时不断的完善呼吸器的技术标准及检验规程，提
高呼吸器的系列化、标准化、通用化水平，相应的发展适应特种战术要求的液氧呼吸器、化学氧呼吸器、空气呼吸器等品种，以满足日益复杂的救护工作所面临的艰巨任务，确保救护人员的自身健康安全，顺利的应付各种灾变事故，有效的完成各项抢险救灾任务。
二、正压氧气呼吸器
所谓正压氧气呼吸器，就是依靠其减压供气特性使佩用者在呼吸时，其呼吸系统内的气体压力始终处于大于外界工作空间大气压力的氧气呼吸器。目前，国内外矿山救护队使用的正压氧气呼吸器有呼吸仓式和气囊式两大类。
（一）呼吸仓式正压氧呼吸器
所谓呼吸仓式正压氧呼吸器，是指在其呼吸系统中的储气容器为刚性体的正压氧呼吸器。国内使用的呼吸仓式正压氧气呼吸器的型号及技术参数见表12-1。
表12-1 呼吸仓式正压氧气呼吸器技术参数
表12-1中的BIOPAK240型正压氧气呼吸器是20世纪90年代我国从美国引进并推广使用的正压氧气呼吸器，其它品牌是国内生产厂家研究、借鉴BIOPAK240型正压氧气呼吸器的基础上制造的。下面以BIOPAK240
型正压氧气呼吸器为例介绍呼吸仓式正压氧气呼吸器。
1、呼吸仓式正压氧气呼吸器整机工作原理
（1）BIOPAK240型正压氧气呼吸器结构如图12-2所示。
图12-2 BIOPAK240正压氧气呼吸器机构及工作原理示意图
1—面罩；2—吸气阀；3—呼气阀；4—呼气软管；5—呼吸仓；6—清净罐；7—定量供氧装置；8—自动补给阀；9—手动补给阀；10—警报器；11—减压器；12—氧气瓶；13—气瓶压力表；14—气瓶开关；15—肩挂压力表；16—排气阀；17—加载弹簧；18—膜片；19—连接软管；20—冷却芯；21冷却罐；22—吸气软管
（2）工作原理：打开氧气瓶，高压氧气通过减压器将20692.03kPa 的氧气压力减压至1843.650kPa，减压后氧气通过供氧管流入流量限制器（定量孔），并以一定流量进入呼吸仓，通过吸收剂盒，再由呼吸腔的边缘进入下呼吸仓，通过连接管流入冷却罐，被冷却后的气体通过吸气软管进入面罩。呼气时，气体通过呼气软管进入呼吸仓，与定量孔供给的氧气混合后经过清净罐除去CO2后，再由呼吸腔边缘进入下呼吸仓，形成封闭式的循环系统。
2、呼吸仓式正压氧气呼吸器适用条件
（1）无氧、缺氧及任何有毒气、烟气、蒸汽等污染的环境中。
（2）温度－20℃～+60℃、相对湿度0～100％、大气压力70～