矿山事故应急救援装备体系和配置方法研究

莫善军 雷 毅 梁 栋

一、前言

近年来，矿山事故救援屡创奇迹，给应急管理工作不断树立了良好的典范。2008年河南郏县“11·19”煤矿透水事故被困35人，成功获救33人；2010年山西王家岭“3·28” 透水事故153名矿工被困8天后成功获救115人，两次救援奇迹都离不开一个基础——救援装备的重要保障作用[1]。2010年4月2日在广州举行全国安全生产应急管理工作会议上，国家安监总局副局长王德学同志指出：当前中国安全生产应急保障能力建设仍然不能适应当前安全生产形势的需要，我们缺乏的救援装备，特别是应对重特大、极难险的、环境差事故的大型、高效的设备，比如，高效的地面钻机、大功率的水泵、高效的清障设备，还有避险设备（不足）。矿山事故是生产安全事故的主要方面，当前其应急救援工作面临着诸多的挑战，其中最为突出的问题就是我国矿山事故领域应急救援的技术及装备比较落后，加强矿山事故应急救援装备研究尤为重要和迫切。

矿山事故应急救援装备研究范畴比较广泛，可为两类：一是救援装备产品研究，包括各种装备设备功能、性能研究，涉及面非常广；二是救援装备资源配置、管理、规划、调度技术和方法研究。前者历经多年发展，目前国内外生产有大量应用于矿井应急救援的产品，装备种类繁多、功能不一，有各种型号生命探测仪、毒气监测仪等。而针对后者，国内外学者都是把应急救援装备笼统归类为应急资源，以应急资源作为对象进行资源需求评估和资源优化布局等方面研究，研究主要从应急管理和规划角度围绕应急资源如何分配问题开展[4-5]，把不同行业、不同应用的应急资源笼统归为一个整体，缺乏考虑矿山事故应急救援装备和其他应急资源如应急物质、医疗力量等的特殊性。对于一般的应急资源，例如应急物资有国家战略储备，民政部门实施动态管理；医疗力量社会分布很广泛，当前卫生防疫应急系统管理相对比较完善；而矿山事故应急救援装备，包括各种用于应急管理与应急救援的工具、器材、防护、设备、设施，有的适用性很广，有的则具有很强的专业性，如矿山高压脉冲灭火装置、矿井防爆通讯工具等，这些装备事故救援行动中救援装备的配置是否合理，将直接关系到救援应急处置水平和力度。近些年来，全国各地陆续规划筹建了一些矿山专业应急救援基地，配备了一些应急救援装备，但总体上装备率很低，远远不能满足当前应急工作的实际需要。

矿山事故种类、事故危害性多样性、复杂性，决定了矿山事故应急救援装备配置的多样性。当事故发生时，面对各种复杂的险情，应急救援行动过程中要用到各种各样的装备，而且各种装备必须达到矿山使用本质安全要求，必须立即对事件的危害程度和发展趋势进行准确判定，科学地制定应对措施，合理部署各种应急资源实施救援，必须及时、准确配置大量种类不一的救援装备。但是，当前矿山事故应急救援装备的产品种类繁多，功能、性能多样，在紧急的灾情面前，往往人们难以给予准确判断；同时当前我国还没有系统的标准的规范，急需以事故危害性为准则，研究这些种类繁多的救援装备应急配置标准体系。目前关于以矿山事故为参数，如何配置应急救援装备问题研究比较分散，主要有灭火抢险装备配置方面研究，其他类型矿山事故研究相对比较薄弱。本文开展矿山事故救援装备应急配置方法研究，首先依据不同性质的事故救援任务的特点与规律，进行救援装备制度化的配置研究，将救援行动中涉及的装备系统化、模块化、规范化；其次，根据事故救援任务的特点和要求进行装备配置，提高装备使用的科学性和有效性。

二、矿山事故特点与应急救援装备要求

矿山事故是指矿山生产过程中或生产有关的活动中发生的突发性事故灾难，事故救援具有特殊性：一是救援工作空间狭小，井下巷道、硐室、采场等空间非常有限；二是其原有的工作环境复杂多变，作业场所在时间上、空间上随着工作面的不断掘进经常发生变化；三是救援环境中各种有毒有害气体随时可能引发二次火灾、爆炸；四是巷道或采场因矿山压力可能造成冒顶片帮、支护变形、大面积塌落、地表移动等二次灾害[2-3]。

按照事故成因矿山事故可划分为瓦斯事故、水害事故、中毒窒息事故、大面积冒顶事故、坍塌事故、尾矿库溃坝事故和露天开采滑坡事故；按照矿山事故已发生或可能发生的人员伤亡情况和抢险救援工作难易程度，可分为以下四级：特别重大矿山事故（Ⅰ级）、重大矿山事故（Ⅱ级）、较大矿山事故（Ⅲ级）、一般矿山事故（Ⅳ级）。矿山事故一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是由于瓦斯爆炸引起，约占特大事故总数的70%左右；瓦斯事故往往区域面积较大，爆炸危险性极大，设施破坏严重，器材装备有限，事故处置难度大；事故处置多是政府、消防、公安、安监等社会多部门联合处置，由于现场情况复杂，参与处置人员较多，部门之间的协调容易出现混乱，协调出现困难等，对事故处置带来一定不利影响。水害事故不但会造成大量人员伤亡，还因破坏了排水系统、提升系统而引发灾情，其主要水源为老空（窑）区积水及地表洪水，发生水害事故的主要地点为掘进工作面。中毒窒息事故主要是因为有害气体泄漏、管线串线、大量有害物的沉积挥发或因氮封等原因导致局部环境中的氧含量降低、有害气体增加。冒顶事故的成因则多种多样，其具体原因错综复杂，除了与地质条件的变化客观因素外，还与技术措施、支护方式选择不当、支护参数不合理、顶板管理不严格、支护顺序都有直接的关系。

矿山突发事故发生后，在有限的反应时间内必须做出快速、高效、科学的应急决策，判明灾情，抗险救灾，把事故的发展控制在特定阶段和范围内，防止灾情进一步扩大,并减少损失，为此必须及时、有效地配置应急救援装备，配置总体要求主要包括种类选择、数量确定、功能要求、使用培训、检修维护等方面[4]。

（1）应急救援装备的种类很多，同类产品在功能、使用、重量、价格等方面也存在很大差异，一般依据两种方式进行选择，一是根据法规要求进行选择；二是根据预案要求进行选择，应急预案是应急准备与行动的重要指南，应急救援装备必须依照应急预案的要求进行选择装备。

（2）应急救援装备的配备数量，应坚持三个原则，即依法、合理、双套，确保应急救援装备的配备数量到位。对于一些特殊的应急救援装备，必须进行双套配置，当设备出现故障不能正常使用，立即启用备用设备。

（3）应急救援装备的功能要求，就是要求应急救援装备必须能完成预案所确定的任务。对于同样用途的装备，会因使用环境的差异出现不同的功能要求，这就必须根据实际需要提出相应的特殊功能要求。如在高温潮湿的南方，在寒冷低温的北方，可燃气体监测仪、水质监测仪能否正常工作。许多情况下，应急装备都有其使用温度范围、湿度范围等限制，因此，在一些条件恶劣的特殊环境下，应该特别注意应急救援装备的适用性。

（4）应急救援装备是用来保障生命财产安全的，必须严格管理，正确使用，仔细维护，使其时刻处于良好的备用状态。同时，要严格按照说明书要求，对使用者进行认真的培训，使其能够正确熟练地使用装备。

三、应急救援装备体系与分类

应急救援装备针对不同矿山事故需要不同规格和配置，种类繁多，从功能上划分主要包括监测和检测装备、个体防护救援装备、救援工具及器械、救援医疗器械、救援抢险设施、救援通讯装备、救援运输工具、救援培训器材等8大类[4]，矿山事故应急救援装备体系如表1所示。

四、基于需求分析应急救援装备配置方法

矿山事故的应急救援装备的配置必须基于事故抢险救援的需求，在功能上满足现场抢险工作的需要，在数量上达到现场救援工作的要求；同时装备的配置不是几个设备设施的简单组合，而是满足不同阶段救援任务多种类多规格装备选择和体系构建，其实质是装备体系能力生成过程。由装备体系的组成及其特点可知，对装备体系能力生成进行研究，应遵循如图1的使命到能力的分解框架[5-6]。

图1中，实心椭圆表示装备体系的使命目标，实心圆表示装备体系使命下的任务，较大空心圆表示完成任务所需要的能力，较小空心圆表示能力分解得到的子能力间的映射关系。在应急救援活动过程中，有指挥决策使命指导，有多个部门联合作战的协作，是一个复杂的社会公众系统工程；对使命目标进行细化，可帮助救援人员等装备体系的利益相关者了解到使命目标的完成是通过哪些任务目标的完成来实现的。装备体系任务与能力的关系就是描述装备体系能力对任务的支持关系，即救援任务的完成需要哪些能力来支持；或者能力能够支持哪些任务的完成。能力与任务的关系中，任务来自使命目标分解，能力与任务间是多对多的关系，高层次的能力又可继续分解为低层次的子能力。装备体系使命目标的完成是通过逐步完成一系列的子任务而达成其使命的过程。使命目标描述决策者的最高期望，目标按层次结构不断分解，直到能度量的底层能力。装备体系分解过程即是能力需求的生成过程，最后通过对能力需求进行分析，得到装备配置方案级。

表1 矿山事故应急救援装备体系

续表

矿山事故发生后均可能造成工作人员被困井下。若救援人员不能迅速接近并及时解救被困人员，则可能导致人员因受压、窒息、中毒、缺少食物和水等而死亡。因此，事故发生后，救援人员应设法尽快靠近灾区，根据不同情况开展救援工作，建立直达灾区的通道，搜寻被困人员并施救，这一过程是矿山救援工作的使命目标。使命目标再分解成多个任务目标，救援人员根据各自的任务开展救援行动，行动过程中需要有各种救援装备。在解救被困人员时矿山救护队应首先了解事故发生原因、地点、巷道堵塞情况和堆积物状态，查清遇险遇难人员数量及分布情况、瓦斯浓度等。救护队员进入巷道，采用呼喊、敲击或利用寻人仪、生命探测仪探测等方法，判断遇险人员位置，搜寻被困或被埋压人员，与遇险人员保持联系。对于被埋、被堵的人员，救护人员应在支护好顶板的情况下，组织力量，使用破拆工具、掘进工具快速清除阻塞物；如遇到不易清除的地方，可采用挖掘小巷道或绕道，以便使矿山救护人员轻便支架能穿越冒落区。如遇有大块岩石、木柱、金属网、铁梁、铁柱等物压人时，可使用千斤顶、液压起重器、液压剪切或扩张钳等工具进行处理。若有人员被垮落顶板或突出的石块阻隔在单面时，可以利用压风管路或打钻等方法为被困人员输送氧气、食物等，使其维持生命等待救援。

五、应用案例

透水事故是矿井中严重的灾害，它不但会造成大量人员伤亡，还因破坏了排水系统、提升系统而引发的灾情，甚至发生淹井事故，增加了抢险救灾工作的难度，容易造成险情的扩大。某煤矿掘进工作面与附近小煤窑老空积水导通发生透水事故，事故发生后，在井下工作的261人中，有108人及时逃出、安全升井，153人被困井下[1]。因此，事故应急救援装备配置使命目标为尽快搜寻、营救井下被困人员，事故抢险指挥部在事发现场成立，统一调度指挥抢险救援工作，使命目标分解为任务目标如表2。

表2 透水事故应急救援任务目标分解

表3 透水事故救援行动和对应救援装备种类配置

任务目标再通过分解为各个救援行动，依据救援行动过程中涉及的作业环境进行种类选择，作业环境的条件包括：装备用在什么地方、谁是用户、谁是作业对象等。本文针对抢险救援、钻孔打眼、救护协调三个任务目标进行救援行动简单分解，实现对应救援装备种类配置建议，如表3。

六、总结

应急救援装备是开展矿山事故应急救援工作的生命线，是应急救援工作的物质基础，也是事故应急救援工作顺利进行的保障。矿山事故种类、事故危害性多样性、复杂性，决定了矿山事故应急救援装备配置的多样性。本文给出了矿山事故应急救援装备体系，并依据事故救援任务的特点和需求探讨了装备配置方法，同时举例子验证了方法的实用性。

[1] 李湖生，刘铁民.从“3.28王家岭煤矿透水事故抢险救援反思中国事故灾难应急准备体系[J]. 中国安全生产科学技术，2010,3(6):5-12.

[2] 何建敏，刘春林，曹杰，等. 应急管理与应急系统——选址、调度与算法[M]. 科学出版社，2005.

[3] 于瑛英，池宏. 应急管理中资源布局评估与调整的模型和算法[J].系统工程，2008,1(26):75-81.

[4] 赵正宏，杨红卫. 应急救援装备选择与使用[M]. 中国石化出版社，2008.

[5] 段采宇，张维明，等. 装备体系需求开发研究：能力-任务匹配方法[J]. 系统工程与电子技术，2010,3(32):527-532.

[6] 梁晓庆，黄魏等. 武器装备体系能力生成过程[J]. 兵工自动化，2010,1(29):9-12.