矿用救生舱供氧措施分析

摘要：煤矿救生舱是遇险人员的最后一道生命防线，氧气供给是保证遇险人员在舱内生存一段时间的重要措施之一。阐述了救生舱内可行的供氧措施，详细介绍了各方式的优缺点。简单介绍了国内外救生舱供氧措施的发展现状，为救生舱选择合适的供氧方式提供依据。

关键词：矿用救生舱 压缩氧 压缩空气 液氧 化学氧

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O9-0114-02

在煤矿生产中，瓦斯、煤尘爆炸、火灾等事故频发，矿难发生的瞬间造成伤亡的矿工只占伤亡总人数的一小部分，大部分矿工是由于矿难发生后，自救器的有效作用时间较短，在其有效作用时间内不能到达安全地点，周围环境中产生大量有毒、有害气体致使矿工不能正常升井，进一步造成中毒或者窒息而死亡[1]。矿用救生舱可使遇险人员能够在舱内生存一段时间以等待实施自救或他救，这就需保持舱内温度、氧气含量、废气浓度等在一个合理的范围。目前国内外救生舱生产厂家较多，救生舱的生产技术正逐步成熟。本文主要就矿用可移动救生舱舱内可用供氧措施做简单介绍。

1、矿用救生舱可用的供氧措施

人的呼吸时刻需要氧气供应，但适宜人体呼吸的氧气浓度在18.5%～22.5%，因此，密闭空间中的氧气供应装置应满足三个条件：a、尽量供应组分接近空气组分的气体，纯氧气应先经过混气再进入救生舱供呼吸；b、能够持续不断地供应氧气，一般通过两套以上独立的供气系统来实现；c、能够调节氧气释放速率与救生舱中人员消耗达到一致，以稳定氧气的浓度[2]。目前可考虑的用于矿用可移动救生舱氧气供应的措施主要有以下几种：

（一）压风供氧

在一些采矿业发达的国家诸如南非、澳大利亚、加拿大，压风供氧是必备的供氧措施。这种方式是将通过矿井压风管道的空气经过过滤、减压、消音等处理后，注入到救生舱舱体内，为舱内被困人员提供可供呼吸的氧气。这种方式可在井下压风系统为遭到破坏的情况下使用，但对于煤矿井下发生爆炸等事故时，不能保证压风管路的安全甚至有可能将井内有毒气体引入舱内。因此，此种方式不可作为矿用可移动救生舱供氧的唯一措施。

（二）压缩氧供氧

将装有压缩氧气的高压医用氧气瓶装在救生舱上，经过高压管道供给减压阀，再由供氧管道将氧气混合空气后把符合呼吸条件的气体供给被困人员呼吸使用。此种方式在国内外的救生舱生产厂商中主要用于额定载人数在6到16人，防护时间96小时的救生舱中。对于要求防护时间较长，在人数较多的救生舱，由于压缩氧气瓶太多时占用空间较多，此种方式并不适用。另外，这种方式不消耗电能，并可通过控制压缩氧气瓶的空气阀调节氧气的释放速率，具有一定的优势。

（三） 压缩空气供氧

压缩空气供氧有两种实现方式，一种是通过矿井压风管路，这种方式在压风管路没有遭到破坏的情况下使用。另一种方式是通过压缩空气瓶，将装有压缩空气的钢瓶装于舱内，救生舱工作时向舱内释放空气。这种方式可以供氧，但是由于空气中含有大量不能呼吸且不易压缩的氮气（N2），释放时会增加舱内压力由此引发多次的泄压。因此，压缩空气可以与压缩氧气混合使用作为氧源，或者作为过渡舱换气气体。

（四）液氧供氧

在瑞典、德国等一些国家，对同属是密闭空间的潜艇采用液氧供氧。在-183℃的低温环境下，氧气成液态，密度为1.14×103kg/m3，即液氧密度约为常温空气下氧气浓度的1000倍，其储存浓度较高，储存量较大。因此，在一些额定载人量较多，而定防护时间较长的救生舱中，可考虑采用液氧供氧的方式。但这种方式的技术难点在于保温技术，为使氧气维持液态，须保持在低温的状态，这就对氧气储存罐提出了较高的要求。相信随着保温技术的不断发展，液氧供氧的方式可逐渐应用在矿用可移动救生舱中。

（五）化学氧供氧

对矿用可移动救生舱的供氧还可以通过制氧的方式实现。化学氧供氧的常见氧源主要分为三种：碱金属（超）过氧化物、氯酸盐氧烛、过氧化氢。

碱金属超氧化物氧源主要是指过氧化钠（NaO2）、过氧化钾（KO2），其在有水蒸气存在的情况下可与二氧化碳常温反应，释放出氧气。这种方式在制造氧气的同时可以吸收舱内的二氧化碳，一些救生舱厂家将过氧化物制成药板状搁在架子上，用于吸收二氧化碳同时释放氧气。显然，这种方式不需要动力，对空气湿度有一定的要求。

氧烛是以氯酸盐为主要原料，添加少量作为燃料的金属粉，以及催化剂和粘结剂，均匀混合后加压成型的固体制氧原料，与蜡烛的燃烧现象相似，因其燃烧分解过程沿着烛体逐层进行，故被命名为氧烛[4]。燃烧过程中氯酸盐分解释放氧气，产生的氯气可由抑氯剂祛除。氧烛是一种易存放、氧量大的固体氧源，接近与液氧密度，但比较稳定，不易泄露。但其缺点在于氧烛一旦启用不会停止，直至消耗完毕为止，且会释放大量的氧气和热量，因此造成较小的舱体瞬间氧气浓度和压力过高。由此可见，氧烛可以作为救生舱的应急氧源，不可作为主要的供氧措施。

质量浓度为95%的过氧化氢（H2O2）在1个大气压的条件下沸腾温度为430K，在400K的温度下过氧化氢可以分解为水和氧气。室温条件下，过氧化氢可以保持稳定，加入银、铂等催化剂是可分解出氧气，并释放出大量的热。这种情况下会加重舱内降温的负担，因此，救生舱内不太适宜采用过氧化氢供氧。

2、国内外救生舱供氧技术现状

目前国内外救生舱的生产厂家较多，国外如美国的ChemBio Company(简称ChemBio公司)和Strata Safety Products Company(简称Strata公司)，澳大利亚的MineARC Systems公司(简称MineARC公司)，加拿大的RANA公司，德国的Draeger Safety Equipment Company；国内如中国矿业大学、陕西重生矿业科技有限公司、中澳合资迈安科（抚顺）安全设备制造有限公司等。一般人体 需要30L/h的氧气，即一天需要720L的氧气，通常可以在救生舱中安设压缩氧气瓶以满足供氧的需要，体积分数保持在18.0%——21.5%，并利用氧气调节系统，根据舱内氧的氧气含量自动调节释放氧气量，使氧气的消耗量和释放量一致，以免发生氧浓度过高而导致氧中毒。同时，由于氧对生命的重要性，一般安设两套独立的供气系统，以确保在事故发生时至少有一套可以有效的工作。目前，大多数救生舱选择高压氧气、压缩空气、化学制氧作为供氧措施。

3、小结

随着采矿深度的不断加大，一旦出现危险，等待救援的时间将会越来越长。由于自救器支撑时间的有限性，矿用救生舱在遇险人员躲避灾难中的重要性也越来越大。供氧作为救生舱维持矿工生命的一个重要措施，理应受到重视，以确保其安全可靠。根据我国对救生舱生产标准的要求，压缩氧气瓶供氧已经被越来越多的厂商采纳。在选用救生舱的供氧措施中，应明确各方法的优缺点，尤其注意供氧的安全性，确保在灾难发生时的可靠工作。

参考文献：

[1]高广伟,张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路[J].中国安全生产科学技术，2009,5(4):162-164.

[2]Refuge Chambers in underground Metalliferous Mines [EB/OL].www.Infomine. Com/ publication/ docs/ Refuge Chambers, 2005.

[3]汪声,金龙哲,栗婧.国外矿用应急救生舱技术现状[J].中国安全生产科学技术，2010,6(4):119-123.

[4]刘述慈,金哲龙,栗婧等.救生舱内化学氧使用特性的研究[J].建井技术，2011,32(1/2):58-63.