盧建偉

（湖南煤礦安全裝備有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

0.引言

在火災(zāi)、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等嚴(yán)重事故發(fā)生時(shí)，自救設(shè)備能夠發(fā)揮關(guān)鍵性作用，不少礦區(qū)要求井下作業(yè)人員為避免因危險(xiǎn)氣體中毒、缺氧死亡而設(shè)置的便攜式人體呼吸安全保護(hù)器[1]。目前，煤礦采用的自救裝置主要分為化學(xué)氧氣自救裝置和壓縮氧氣自救裝置。自救器可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)為使用者的呼吸和供氧提供一定的保護(hù)時(shí)間，隔離周?chē)h(huán)境內(nèi)的有害氣體，避免其進(jìn)入呼吸道內(nèi)。若自救器出現(xiàn)問(wèn)題，或無(wú)法正常工作，將無(wú)法發(fā)揮保障作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)救援，本文主要分析自救器問(wèn)題。

1.化學(xué)自救器概述

本實(shí)用新型具有體積小、攜帶方便、不受外界因素影響的特點(diǎn)，自救器中的顆粒逐漸轉(zhuǎn)化為藥片，增加了產(chǎn)生空氣的能量，從而減少了空氣粉塵對(duì)人體的影響。同時(shí)，還對(duì)氣囊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)，以減少對(duì)人體皮膚的影響。通過(guò)多項(xiàng)科技改進(jìn)，最新產(chǎn)品OSR生化自救器采用了新生的片狀鉀超氧脫氧劑，提高了原有脫氧劑的硬度，從而有效降低了生化自救器在礦區(qū)人員佩戴過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵含量[2]。而且料斗采用往復(fù)式氣路結(jié)構(gòu)，有效擴(kuò)大了藥物劑型的使用面積，降低了空氣阻力，減小了罐體體積，從而有效降低了整體承重。隔氧自救器維護(hù)量較小，只需定期檢查密封條、外包裝和氣密性即可。

2.呼吸參數(shù)對(duì)化學(xué)氧自救器生氧參數(shù)的影響

本文選擇的化學(xué)樣自救器為45min自救器，其特點(diǎn)：符合國(guó)家規(guī)定的救護(hù)隊(duì)員救護(hù)產(chǎn)品、礦工救護(hù)產(chǎn)品使用要求，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理，性能較高，使用方便。一般要求人員在CO、CH4或多種有毒、有害氣體、缺氧環(huán)境內(nèi)應(yīng)用，屬于一種隔絕式的自救器，且可實(shí)現(xiàn)循環(huán)多次使用。型號(hào)包括：ZYX15、ZYX30、ZYX45、ZYX60、ZYX120礦用壓縮氧自救器，隔絕式壓縮氧自救器，化學(xué)氧自救器，正壓氧氣呼吸器，負(fù)壓氧氣呼吸器，自動(dòng)蘇生器，自救器校驗(yàn)儀等救生用儀器。

其詳細(xì)參數(shù)：45min自救器型號(hào)：ZYX45；供氧方式：定量供氧gt；1.2L/min；防護(hù)時(shí)間：使用時(shí)間為45min（中等勞動(dòng)強(qiáng)度）；手動(dòng)補(bǔ)給供氧gt；60L/min；自動(dòng)補(bǔ)給供氧gt；60L/min；45min自救器尺寸：227mm×177mm×96mm；45min自救器氧氣瓶容積：0.38L；額定壓力：200kg；自動(dòng)排氣壓力：150Pa～300Pa；儲(chǔ)氣量gt；76L；CO2吸收劑應(yīng)裝量ge；530g；安全閥門(mén)啟壓力le；1MPa；45min自救器重量（包括CO2吸收劑及氧氣）：2.1kg。

2.1 不同社會(huì)活動(dòng)強(qiáng)度和工作量下身體循環(huán)的基本參數(shù)

為了探索人體呼吸參數(shù)在各種工作活動(dòng)下的變化，XX礦業(yè)集團(tuán)和沈陽(yáng)研究院采用德國(guó)DRAGER公司的人體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，借鑒其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，測(cè)量了井下工人在各種工作負(fù)荷下的基本生理參數(shù)，見(jiàn)表1、表2。

表1 不同活動(dòng)度下生理呼吸參數(shù)

表2 不同做功量下生理呼吸參數(shù)

根據(jù)表1和表2中的預(yù)壓縮值，假設(shè)工作量為W(kg·m/min)，通氣量為Q(L/min)，CO2呼出量為C，通過(guò)分析與Origin軟件系統(tǒng)擬合的數(shù)據(jù)模型，得出設(shè)計(jì)期間的工作量、通氣量與CO2呼出量的關(guān)系，如圖1～圖3所示。

圖1 呼吸量與CO2呼出量的關(guān)系

圖2 做功量與呼吸量的關(guān)系

（1）工作功率與自然吸入、人工吸入和總呼出CO2呈線性上升趨勢(shì)。（2）人所做的工作量與廢氣中CO2含量的指數(shù)變化有關(guān)。而且，人做的功越大，單位功的人體呼吸中的CO2變化就越大。隨著一個(gè)人動(dòng)作力量的增加，體內(nèi)吸入的量和呼出的CO2濃度的不同都會(huì)增加，兩者的增加都可能導(dǎo)致自救器的產(chǎn)氧反應(yīng)速度增加。但對(duì)于具有一定制氧機(jī)質(zhì)量的化學(xué)氧氣自救裝置，其有效維護(hù)時(shí)間隨著制氧率的提高而縮短。

2.2 呼吸頻率對(duì)自救器生氧參數(shù)的影響

（1）長(zhǎng)時(shí)間氧合時(shí)，造氧劑體溫隨持續(xù)時(shí)間的增加而急劇升高，通氣頻率越高，瓶?jī)?nèi)氧氣體溫升高越快。即吸氣頻率越高，進(jìn)入的CO2量越大，反應(yīng)速度越快，產(chǎn)生的熱能越大，空氣溫度上升越快。（2）呼吸系統(tǒng)疾病頻率越小，產(chǎn)氧溫度達(dá)到最大值越小，但出現(xiàn)越晚。（3）當(dāng)化學(xué)試劑變成淡黃色時(shí)，立即停止吹氣，制氧溫度超過(guò)平均值。然后，由于設(shè)備的散熱大于產(chǎn)生熱能的散熱，開(kāi)始下降，直到與環(huán)境溫度一致。（4）人體通氣頻率越低，產(chǎn)氧率越低，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，有效維持時(shí)間越長(zhǎng)。（5）停止呼氣后，瓶?jī)?nèi)空氣溫度會(huì)降低學(xué)習(xí)率，與呼吸系統(tǒng)頻率有非常明顯的相關(guān)性。呼吸頻率越高，體溫下降越快，所以實(shí)驗(yàn)完成得越早。

3.改進(jìn)措施

（1）氯酸鹽和堿性超氧化物兩類(lèi)藥劑，后者的放氧速率、安全性均較高，進(jìn)而比較合適在化學(xué)氧自救器內(nèi)的應(yīng)用。在堿性超氧化物內(nèi)，生氧溫度對(duì)比，KO2較低，且放氧速度平穩(wěn)，比較適合應(yīng)用在化學(xué)氧自救器內(nèi)。（2）使用者的做功量、呼吸頻率會(huì)影響自救器生氧溫度、防護(hù)時(shí)間，為將生氧溫度降低，延長(zhǎng)其防護(hù)時(shí)間，需要將做功量減少，并降低呼吸頻率，確保使用期間的安全與健康。（3）生氧藥劑質(zhì)量會(huì)直接影響化學(xué)氧自救器的生氧溫度及防護(hù)時(shí)間，為確保自救器有效防護(hù)，維護(hù)使用者的安全，一般30min的自救器要取270gKO2；防護(hù)時(shí)間為45min的取KO2400g。（4）超前排氣的排氣方式、長(zhǎng)方體藥罐、復(fù)合式氣路能夠在一定程度上，將自救器的生氧溫度降低，將防護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，以此為后期自救器安全性能的提升奠定基礎(chǔ)，為后期研究提供助力。（5）GB-24502型化學(xué)氧自救器可切實(shí)滿(mǎn)足井下使用要求，在一段時(shí)間內(nèi)，可為使用者提供氧氣。但是，在使用期間，極易出現(xiàn)生氧高溫，且吸入的氣體內(nèi)雜質(zhì)較多，極易出現(xiàn)鼻夾脫落現(xiàn)象，安全性與舒適性較低。針對(duì)這一問(wèn)題，在自救器生氧罐、外罐之間加入吸熱材料，使用導(dǎo)熱性能較好的材料，將呼吸導(dǎo)管剔除，以此將自救器生氧期間的溫度降低。同時(shí)，在呼吸道管內(nèi)可加入適量的活性炭，將部分雜質(zhì)去除，將原本的經(jīng)鼻夾和口具轉(zhuǎn)變?yōu)楹粑嬲?，以此?shí)現(xiàn)自救器安全性能的提升。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）隨著人體活動(dòng)強(qiáng)度和工作量的增加，真氣氣體的人工呼吸速率和CO2的總量和濃度都會(huì)增加，真氣氣體的超臨界CO2總量和濃度的增加也會(huì)增加自救器的產(chǎn)氧速率。（2）通風(fēng)頻率越高，進(jìn)入的CO2量越大，化學(xué)產(chǎn)氧越快，產(chǎn)生的熱量越大，瓶?jī)?nèi)空氣溫度上升越快。（3）在相同的制氧藥物量下，每個(gè)吸入系統(tǒng)的發(fā)病頻率都出現(xiàn)在最高工作溫度值上，當(dāng)人體的吸入頻率越來(lái)越小時(shí)，制氧國(guó)家的反應(yīng)速度會(huì)越來(lái)越慢，雖然制氧國(guó)家的最高工作溫度值降低，但會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)維持時(shí)間的增加，為了有效提高預(yù)防效果，自救器的持續(xù)時(shí)間也可能會(huì)延長(zhǎng)。