周 旭(陜西有色金屬控股集團有限責任公司， 陜西 西安 710075)

1 前言

非煤礦山需要施工大量的天井、豎井、溜井工程，用于連接礦房上下兩個水平(階段)，具有人員通行、通風、提升下放設(shè)備和材料、勘探礦體、放礦等功能。據(jù)統(tǒng)計非煤礦山工程中，天井工程量約占礦山總工程量的15%，占采切工程量的30%以上，是形成回采礦塊必不可少的工程。

2 天井的功能和施工方法

目前我國非煤礦山天井掘進施工可分為井內(nèi)施工方法和井外施工方法。井內(nèi)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鉆進法。普通法因需要工人進入井筒內(nèi)作業(yè)，安全風險高、成井質(zhì)量差；吊罐法正得到推廣應(yīng)用；而爬罐法、深孔爆破法和鉆進法相對應(yīng)用還較少?，F(xiàn)將天井的五種掘進方法安全性簡述如下。

1)普通法

一般由人工自下而上掘進，對操作工人技術(shù)水平要求較低，不受巖石條件、傾角和天井規(guī)格的限制，但極易發(fā)生高處墜落、中毒窒息、物體打擊事故。

2)吊罐法

以吊罐代替普通法的鑿巖作業(yè)平臺，改善通風條件并降低勞動強度，但在中等硬度以下的破碎圍巖、傾角小于65°、高長天井施工中，安全風險顯著增加或難以應(yīng)用。

3)爬罐法

利用爬罐自身的驅(qū)動裝置沿天井幫壁鋪設(shè)導(dǎo)軌升降，爬罐做為鑿巖作業(yè)平臺，可適應(yīng)掘進傾角較小、盲天井等多種復(fù)雜條件的天井。爬罐法設(shè)備投資大，機械化程度、設(shè)備維護要求較為苛刻，在鋪設(shè)爬罐導(dǎo)軌、壓縮空氣壓力不穩(wěn)定及高長天井施工時安全風險較高。

4)深孔爆破法

利用深孔鉆機鉆鑿天井全高平行深孔，分段爆破形成所需要的天井，工人不進入井筒內(nèi)作業(yè)，但鉆孔質(zhì)量和爆破技術(shù)要求高，在高長天井中因鉆孔設(shè)備限制和炮孔偏斜率難以控制而難以應(yīng)用，存在深孔爆破作業(yè)易發(fā)的爆炸、拒爆、懸頂?shù)劝踩L險。

5)鉆進法

利用特制的回轉(zhuǎn)鉆機鉆天井全深導(dǎo)向孔，通過鉆頭往復(fù)回轉(zhuǎn)擴大至圓形天井全斷面，工人不進入井筒內(nèi)作業(yè)，是一種真正使天井掘進工作全面機械化的新方法。但鉆進法設(shè)備投資高、維修費用大、設(shè)備運轉(zhuǎn)效率低，天井人員和設(shè)備通行能力低于矩形規(guī)格的天井，在中硬以上的巖石條件、直徑大于2m、高長天井掘進中，安全風險顯著增加或難以應(yīng)用。

3 非煤礦山天井施工及管理現(xiàn)狀

我國非煤礦山多為傾斜或急傾斜礦體，礦體厚度變化系數(shù)較大，因此各非煤礦山天井規(guī)格及傾角靈活多變，給天井掘進的“機械化換人”帶來困難。礦山機械化水平近些年雖得到長足發(fā)展，但天井掘進施工機械化裝備水平仍舊較為處于較低水平，一線工人及管理人員安全技術(shù)水平還有待提高，給非煤礦山安全生產(chǎn)管理帶來諸多困難。

最后，基于區(qū)塊鏈的去中心化安全基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)嫶髷?shù)量的IoT設(shè)備進行安全審計與驗證。區(qū)塊鏈可以作為去中心化的安全基礎(chǔ)設(shè)施為新型IoT技術(shù)的發(fā)展提供真實可信的安全保障，基于區(qū)塊鏈的IoT技術(shù)具有較強的容錯性，保證只有少數(shù)設(shè)備發(fā)生故障或被惡意控制時依然保持健壯性。去中心化的安全基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)?shù)以億計的IoT設(shè)備進行安全驗證與審計，有利于增強IoT系統(tǒng)抵御攻擊的能力，提升生態(tài)安全性。

根據(jù)近年來非煤礦山發(fā)生的事故類型分析，非煤礦山傷亡事故主要集中在物體打擊、冒頂片幫、高處墜落、坍塌、機械傷害、重度窒息等類型，高處墜落事故的致死率占據(jù)前三位，危險性極大。

雖然傳統(tǒng)的普通法天井掘進存在較大安全風險，但是由于其施工要求簡單、適應(yīng)性強、成本低的特點，在不適宜采用其他掘進方法的天井和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、需要支護、工程傾角變化大的天井掘進中，仍普遍應(yīng)用并還將長期存在。據(jù)統(tǒng)計，普通法占天井掘進方法總量的80%以上。天井在掘進施工及后期生產(chǎn)應(yīng)用中，由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)和裝備，容易出現(xiàn)執(zhí)行技術(shù)規(guī)范不嚴、疏于監(jiān)督檢查等現(xiàn)象，突出表現(xiàn)為施工中不設(shè)置梯子間和溜渣間、不架設(shè)安全棚和操作臺、爆破后自然通風或依靠壓縮空氣代替局部通風、梯子和平臺搭設(shè)不規(guī)范等問題，進而發(fā)生天井高處墜落(墜井)、炮煙中毒、物體打擊等事故。

非煤礦山的天井高度通常大于30m，按照高處作業(yè)分級標準屬于特級高處作業(yè)。天井井筒內(nèi)一旦發(fā)生墜落事故，人體以初速度為零的自由落體做勻加速直線運動，跌落事故發(fā)生0.6s時，身體所受的沖擊力約10.7kN，下墜距離約1.83m，墜落速度達到21.4km/h。通常人的應(yīng)急反應(yīng)時間為0.8s，因此在高速墜落和強大作用力下，該墜落過程在接觸承接面(地面或平臺)前無法終止，沖擊力將對人體造成嚴重傷害。

4 非煤礦山天井防墜技術(shù)及措施

1)選擇適合的天井掘進方法

根據(jù)圍巖條件、天井規(guī)格等條件，盡可能采用吊罐法、爬罐法、深孔爆破法或鉆進法，減少或杜絕工人進入井筒內(nèi)進行掘進施工。普通法在傳統(tǒng)觀點看來技術(shù)要求簡單且工程費用較低，但是安全風險屬于所有天井掘進方法最高的一類，掘進效率極低，成井質(zhì)量差，綜合對比安全效益和工效價值屬于較低的天井掘進方法，從安全管理和功效價值角度選擇，屬于首選淘汰的施工方法。

2)在天井中安設(shè)差速防墜器

正常使用時，鋼絲繩處半緊張狀態(tài)將隨人體自由伸縮，使用者不受牽掛、拖拽影響。若發(fā)生人員失足墜落，一般情況下安全繩拉出速度大于0.6m/s、沖擊力小于300kN時，防墜器內(nèi)鎖止系統(tǒng)即自動鎖止，鎖止行程約小于2m，墜落過程因此終止，對失足人員毫無傷害。

3)增加個人安全防護便攜裝備

(1)雙背帶式安全帶：工人隨身佩戴，背后帶安全卡扣，可隨時與安全繩、防墜器等裝置連接。目前礦山大多采用單腰帶式背帶，僅能做為佩戴礦燈、自救器腰帶使用，抗沖擊能力不足，且該類型安全背帶與安全繩、防墜器連接不便，影響天井內(nèi)攀爬或者施工，建議礦山使用雙背帶式安全背帶替換單腰帶式背帶。

(2)便攜式安全繩：為每位天井中作業(yè)的工人配備兩端均有安全卡扣的便攜式安全繩，繩長一般控制在2m之內(nèi)，由工人隨身攜帶以便于及時在穩(wěn)固部位的高處連接懸掛，可靈活便利地構(gòu)建個人防墜保護系統(tǒng)。一般在井筒內(nèi)相對固定范圍內(nèi)作業(yè)時使用，因其靈活性較好、行程短且易于固定和攜帶，可在鑿巖、搭設(shè)平臺、修整搭接梯子、清理梯子間浮石等移動半徑較小的范圍內(nèi)使用。

4)設(shè)置天井聯(lián)絡(luò)方式

天井上口、下口和井筒內(nèi)因條件限制，一般難以敷設(shè)必要的人員聯(lián)絡(luò)設(shè)施，上下作業(yè)人員通訊聯(lián)絡(luò)不暢，尤其是在天井掘進過程中產(chǎn)生的噪音導(dǎo)致天井各部位之間人員聯(lián)系困難，人員被迫采取強行攀爬或者關(guān)閉風水管及斷電的方式來進行相關(guān)活動或發(fā)出提示信號，存在施工機具突然失去能量墜落、鑿巖機氣腿瞬間收縮拖拽墜落、浮石及器具掉落砸傷人員而導(dǎo)致的墜落事故發(fā)生。

在天井掘進施工期間，可以采用設(shè)獨立照明線路、隨掘進面單獨敷設(shè)專用壓縮空氣管道做為聯(lián)絡(luò)方式，通過啟、閉照明和專設(shè)壓縮空氣管進行信號聯(lián)絡(luò)，能夠較好地消除天井掘進期間因缺乏聯(lián)絡(luò)方式而導(dǎo)致的墜落事故發(fā)生。

5)吊運和背運措施消除井筒內(nèi)運送工具材料風險

天井掘進施工和人員通行中，常會發(fā)生作業(yè)人員違章手持物品攀爬的情況，甚至存在人工背運重量較大的機具和器材攀爬的現(xiàn)象，手腳交替期間易導(dǎo)致失手、失足而墜落。礦山因沒有建立相應(yīng)的管理制度，未采取有效的解決措施，導(dǎo)致高處墜落風險和隱患難以根除。

杜絕手拿物品攀爬天井的行為(即必須確?！笆肿闩c梯子至少三點接觸”)，從措施上可采取將梯子、風水管、鉆機、釬桿等大件物品使用作業(yè)繩吊運方式，小件工具器材(釬頭、鉗子扳手)和爆破器材采用專用背包人工背運方式，降低人員攀爬和機具材料運送中的墜落風險。

6)加強天井內(nèi)平臺、梯子等附屬設(shè)施的管理

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GB 16423—2006，天井內(nèi)梯子傾角不得大于80°，上下兩個梯子平臺的垂直高度不大于8m，梯子上端高出平臺1m，梯子下端距井壁不小于0.6m，梯子寬度不小于0.4m，梯子蹬間距離不小大于0.3m，掘進高度超過7m的天井時應(yīng)裝備梯子間和溜渣間，梯子間和溜渣間用隔板隔開。梯子與井壁巖層面平行且距離保持0.2～0.3m[1]。

大部分非煤礦山在天井掘進施工期間，未搭設(shè)梯子間和溜渣間，人行梯通過在井壁打錨桿進行綁扎懸掛，梯子與井壁間被爆碴掩埋間隙過小而未清理或者調(diào)整，未按照規(guī)定高度搭設(shè)平臺，平臺墊板未鋪密實或固定不牢，以上違反安全規(guī)程的行為都是導(dǎo)致高處墜落的根源。非煤礦山企業(yè)要加強天井內(nèi)平臺、梯子等附屬設(shè)施的現(xiàn)場管理，嚴格遵守安全技術(shù)規(guī)程，對天井防墜安全管理提供較好的技術(shù)支持，是降低天井墜落事故發(fā)生的有力保障[2]。

5 結(jié)論

(1)天井鉆機、吊罐法等設(shè)備或工藝，是非煤礦山天井掘進過程中減少和杜絕高處墜落事故的有效方法，將逐步成為天井掘進的主流方法。

(2)確保天井施工的技術(shù)參數(shù)，加大技術(shù)管理，可以大大降低天井安全事故。

(3)加強操作人員安全防護裝備的配置和應(yīng)用水平，將防墜器做為天井作業(yè)的常規(guī)個人防護裝備，能有效降低安全風險。