劉朋飛

摘 要：自救器是礦井工作人員在發(fā)生火災、瓦斯爆炸等事故中防止有害氣體中毒或缺氧窒息的一種隨身攜帶的呼吸保護器具，壓縮氧氣自救器是應用最廣泛的一種，在無數(shù)次事故中發(fā)揮了重要的作用。介紹了壓縮氧氣自救器的分類及工作原理，以30 min 壓縮氧氣自救器為例，結(jié)合壓縮氧自救器的試驗數(shù)據(jù)，闡述了壓縮氧氣自救器的設計。

關鍵詞：壓縮氧自救器;設計;發(fā)展趨勢

作為煤礦井下人員的救命器，自救器的使用已經(jīng)有近百年的歷史，在國內(nèi)也有五六十年，其用于井下發(fā)生火災、瓦斯爆炸、煤塵爆炸或其他有毒有害氣體環(huán)境中，防止遇險人員有害氣體中毒或缺氧窒息，保護自己安全脫險。壓縮氧氣自救器是以高壓壓縮氧氣作為氧氣源的可重復使用的自救逃生器材，由于其使用者的呼吸與外界完全隔絕，具有安全可靠、佩戴舒適、可重復使用等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用。

一、壓縮氧氣自救器存在問題

1、體積和重量過大。按照規(guī)定井下人員必須隨身攜帶自救器，由于井下巷道狹小，體積越小，重量越輕，越受礦工的歡迎，目前常用的45 min 壓縮氧自救器普遍體積在220mm ×180mm×100mm 左右，重量在2.5 kg 左右，工人反映背著其工作不方便、不靈活，且易磕碰損壞。

2、氣瓶漏氣。多地用戶發(fā)現(xiàn)，自救器氣瓶氧氣不足甚至沒氣現(xiàn)象較為普遍，有的可能是工人私自打開氧氣瓶開關導致，而庫存中未使用的自救器也有漏氣的現(xiàn)象，這其中有自救器結(jié)構(gòu)設計的缺陷，也有煤礦管理的問題。

3、封口結(jié)構(gòu)可靠性不高。目前壓縮氧自救器封口方式主要有不銹鋼前后封式、卡扣式（ 塑料或金屬） 、塑料插扣式，這三種結(jié)構(gòu)都存在被意外掛開的問題，意外打開后，煤灰、泥漿等進入自救器內(nèi)部，影響自救器的功能，有的工人卻不上報，而是選擇繼續(xù)使用，存在安全隱患。且對于前線作業(yè)的工人，存在關鍵時刻打不開的隱患，因為開采過程中噴出的泥漿，易將自救器外殼糊住，對于前后封式及卡扣式，將泥漿磕掉，還可勉強打開;對于插扣式，泥漿進入插扣內(nèi)，固定在里面，除了將外殼砸開外，幾乎不可能打開。

4、透明鏡易損壞 透明鏡損壞的現(xiàn)象也比較普遍，透明鏡損壞后，煤灰及泥漿就會進入自救器內(nèi)部，影響自救器的功能。多數(shù)工人在透明鏡損壞后自行尋找替代物粘上，存在安全隱患。

二、壓縮氧氣自救器的設計

1、壓縮氧氣自救器的定義、分類及工作原理

（1）定義。壓縮氧氣自救器是以高壓容器壓縮充填氧氣作為氧氣源的循環(huán)充氣的隔絕式自救器。

（2）分類。①按供氧方式分可分為： 定量供氧、手動補給供氧型，定量供氧、自動補給供氧型，定量供氧、手動和自動補給供氧型; ②按呼吸方式分可分為： 內(nèi)循環(huán)式，往復式; ③按防護時間可分為： ZY （ XF） 15，ZY （ XF） 120; ④按使用方式可分為： 礦井貯備式，攜帶式。

（3）工作原理。打開氧氣瓶瓶閥，高壓O2經(jīng)過減壓器、需求調(diào)節(jié)閥進入氣囊; 吸氣時，氣囊中的氣體經(jīng)過吸氣閥進入口具，供佩戴者吸氣; 呼氣時，呼出的氣體經(jīng)過口具、呼氣閥，進入清凈罐; 在清凈罐內(nèi)，呼出氣體中的CO2被二氧化碳吸收劑吸收后進入氣囊與新鮮的O2混合供佩戴者使用; 當系統(tǒng)內(nèi)的壓力達到-100～- 400 Pa 時，自動補氣裝置自動開啟，向氣囊中供氣; 當系統(tǒng)內(nèi)的壓力達到150～300Pa 時，排氣閥自動開啟，多余的氣體從排氣閥排出。

2、壓縮氧氣自救器的性能試驗。在仿人呼吸裝置上，按功率55 W，進氣溫度（ 37± 0.5） ℃，進氣濕度95%以上，呼吸量22 L /min，呼吸頻率（ 20 ±1） 次/ min，抽氣量（ 1.15 ± 0.05） L /min，二氧化碳進入量（ 0.9 ± 0.02） L /min，對30 min壓縮氧氣自救器做性能試驗。在仿人呼吸裝置上進行的30 min 壓縮氧氣自救器的溫度曲線圖，如圖。

3、壓縮氧氣自救器的參數(shù)設計

（1）30 min 的壓縮氧氣自救器主要技術(shù)參數(shù)。①額定防護時間： 30 min; ②氧氣瓶額定壓力： 20MPa，氧氣瓶應符合GB5099的規(guī)定;; ③定量供氧量： ≥1.2 L /min; ④自動補給供氧量： ≥60 L /min; ⑤自動排氣壓力： 150 ～ 300 Pa; ⑥壓力表指示范圍： 0～25 Pa，壓力表應符合GB /T1226的規(guī)定; ⑦ 二氧化碳吸收劑： 應符合MT454 -1995[4]的規(guī)定; ⑧O2儲量： ≥56 L; ⑨整機質(zhì)量： ≤3.0 kg。

（2）二氧化碳吸收劑相關參數(shù)的計算。呼氣時，呼出的氣體經(jīng)過口具、呼氣閥，進入清凈罐，在清凈罐內(nèi)，呼出氣體中的CO2與其吸收劑發(fā)生化學反應?；瘜W反應式為：

（3）氧氣瓶容積的計算。氧氣瓶是儲存高壓氧氣的容器，氣瓶的工作壓力≥20 MPa，以氣瓶的工作壓為20 MPa 氣瓶容積的計算：

4、改進建議

（1）減壓器改進。減壓器的彈簧可采用高性能合金材料代替不銹鋼，同時進行特殊的表面處理，以解決不銹鋼彈簧彈力變化而導致減壓效果變化的問題，或者采用雙極減壓結(jié)構(gòu)，以使減壓效果更加穩(wěn)定。

（2）改進啟動方式及呼吸器具。目前除手輪開啟氧氣瓶結(jié)構(gòu)外，已經(jīng)有企業(yè)在研究新型快速啟動供氣模式，例如拉拔式，即當上蓋被打開，拿起氣囊的同時即可快速啟動供氣; 還有自動啟動式，即當瓦斯爆炸警報信號發(fā)出的同時，自救器接收到信號自動啟動，這種啟動方式更加快捷，相關產(chǎn)品已被研制成功，成果也已通過鑒定，預計將很快推向市場。

三、壓縮氧自救器發(fā)展趨勢

1、小型化、輕量化。由于下井要隨身攜帶，越小越輕的自救器越受歡迎，因此未來壓縮氧自救器將向小型化、輕量化的市場需求發(fā)展。

2、便捷化、智能化。鑒于目前壓縮氧自救器使用程序的繁瑣，而真正在發(fā)生事故時，時間就是生命，因此越便捷的使用方式越將受到重視。同時人工智能的發(fā)展，也需要自救器更加智能化，開啟方式可以加入智能化元素，便于在人員受傷時，可以輕易打開自救器。減壓器和排氣閥等結(jié)構(gòu)也可以加入智能化，以便控制壓力和流量，這將是我們以后發(fā)展的重點。

為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和實用性能，保障煤礦井下作業(yè)人員的生命和財產(chǎn)安全，各生產(chǎn)企業(yè)必須逐步改進現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷，同時將新材料、新工藝、新技術(shù)運用到產(chǎn)品中，開發(fā)出更安全科學、方便高效、佩戴舒適的壓縮氧自救器，盡可能地為井下人員提供逃生自救的機會。

參考文獻：

[1]于翔. 我國煤礦用自救器生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中國個體防護裝備， 2016.

[2]張玉春.一種新型呼吸器的自動補給裝置設計[J]. 煤礦安全，2016，47（7）：13.