压缩氧气自救器现状及发展趋势

刘朋飞

摘 要：自救器是矿井工作人员在发生火灾、瓦斯爆炸等事故中防止有害气体中毒或缺氧窒息的一种随身携带的呼吸保护器具，压缩氧气自救器是应用最广泛的一种，在无数次事故中发挥了重要的作用。介绍了压缩氧气自救器的分类及工作原理，以30 min 压缩氧气自救器为例，结合压缩氧自救器的试验数据，阐述了压缩氧气自救器的设计。

关键词：压缩氧自救器;设计;发展趋势

作为煤矿井下人员的救命器，自救器的使用已经有近百年的历史，在国内也有五六十年，其用于井下发生火灾、瓦斯爆炸、煤尘爆炸或其他有毒有害气体环境中，防止遇险人员有害气体中毒或缺氧窒息，保护自己安全脱险。压缩氧气自救器是以高压压缩氧气作为氧气源的可重复使用的自救逃生器材，由于其使用者的呼吸与外界完全隔绝，具有安全可靠、佩戴舒适、可重复使用等优点，因此得到了广泛的应用。

一、压缩氧气自救器存在问题

1、体积和重量过大。按照规定井下人员必须随身携带自救器，由于井下巷道狭小，体积越小，重量越轻，越受矿工的欢迎，目前常用的45 min 壓缩氧自救器普遍体积在220mm ×180mm×100mm 左右，重量在2.5 kg 左右，工人反映背着其工作不方便、不灵活，且易磕碰损坏。

2、气瓶漏气。多地用户发现，自救器气瓶氧气不足甚至没气现象较为普遍，有的可能是工人私自打开氧气瓶开关导致，而库存中未使用的自救器也有漏气的现象，这其中有自救器结构设计的缺陷，也有煤矿管理的问题。

3、封口结构可靠性不高。目前压缩氧自救器封口方式主要有不锈钢前后封式、卡扣式（ 塑料或金属） 、塑料插扣式，这三种结构都存在被意外挂开的问题，意外打开后，煤灰、泥浆等进入自救器内部，影响自救器的功能，有的工人却不上报，而是选择继续使用，存在安全隐患。且对于前线作业的工人，存在关键时刻打不开的隐患，因为开采过程中喷出的泥浆，易将自救器外壳糊住，对于前后封式及卡扣式，将泥浆磕掉，还可勉强打开;对于插扣式，泥浆进入插扣内，固定在里面，除了将外壳砸开外，几乎不可能打开。

4、透明镜易损坏 透明镜损坏的现象也比较普遍，透明镜损坏后，煤灰及泥浆就会进入自救器内部，影响自救器的功能。多数工人在透明镜损坏后自行寻找替代物粘上，存在安全隐患。

二、压缩氧气自救器的设计

1、压缩氧气自救器的定义、分类及工作原理

（1）定义。压缩氧气自救器是以高压容器压缩充填氧气作为氧气源的循环充气的隔绝式自救器。

（2）分类。①按供氧方式分可分为： 定量供氧、手动补给供氧型，定量供氧、自动补给供氧型，定量供氧、手动和自动补给供氧型; ②按呼吸方式分可分为： 内循环式，往复式; ③按防护时间可分为： ZY （ XF） 15，ZY （ XF） 120; ④按使用方式可分为： 矿井贮备式，携带式。

（3）工作原理。打开氧气瓶瓶阀，高压O2经过减压器、需求调节阀进入气囊; 吸气时，气囊中的气体经过吸气阀进入口具，供佩戴者吸气; 呼气时，呼出的气体经过口具、呼气阀，进入清净罐; 在清净罐内，呼出气体中的CO2被二氧化碳吸收剂吸收后进入气囊与新鲜的O2混合供佩戴者使用; 当系统内的压力达到-100～- 400 Pa 时，自动补气装置自动开启，向气囊中供气; 当系统内的压力达到150～300Pa 时，排气阀自动开启，多余的气体从排气阀排出。

2、压缩氧气自救器的性能试验。在仿人呼吸装置上，按功率55 W，进气温度（ 37± 0.5） ℃，进气湿度95%以上，呼吸量22 L /min，呼吸频率（ 20 ±1） 次/ min，抽气量（ 1.15 ± 0.05） L /min，二氧化碳进入量（ 0.9 ± 0.02） L /min，对30 min压缩氧气自救器做性能试验。在仿人呼吸装置上进行的30 min 压缩氧气自救器的温度曲线图，如图。

3、压缩氧气自救器的参数设计

（1）30 min 的压缩氧气自救器主要技术参数。①额定防护时间： 30 min; ②氧气瓶额定压力： 20MPa，氧气瓶应符合GB5099的规定;; ③定量供氧量： ≥1.2 L /min; ④自动补给供氧量： ≥60 L /min; ⑤自动排气压力： 150 ～ 300 Pa; ⑥压力表指示范围： 0～25 Pa，压力表应符合GB /T1226的规定; ⑦ 二氧化碳吸收剂： 应符合MT454 -1995[4]的规定; ⑧O2储量： ≥56 L; ⑨整机质量： ≤3.0 kg。

（2）二氧化碳吸收剂相关参数的计算。呼气时，呼出的气体经过口具、呼气阀，进入清净罐，在清净罐内，呼出气体中的CO2与其吸收剂发生化学反应。化学反应式为：

（3）氧气瓶容积的计算。氧气瓶是储存高压氧气的容器，气瓶的工作压力≥20 MPa，以气瓶的工作压为20 MPa 气瓶容积的计算：

4、改进建议

（1）减压器改进。减压器的弹簧可采用高性能合金材料代替不锈钢，同时进行特殊的表面处理，以解决不锈钢弹簧弹力变化而导致减压效果变化的问题，或者采用双极减压结构，以使减压效果更加稳定。

（2）改进启动方式及呼吸器具。目前除手轮开启氧气瓶结构外，已经有企业在研究新型快速启动供气模式，例如拉拔式，即当上盖被打开，拿起气囊的同时即可快速启动供气; 还有自动启动式，即当瓦斯爆炸警报信号发出的同时，自救器接收到信号自动启动，这种启动方式更加快捷，相关产品已被研制成功，成果也已通过鉴定，预计将很快推向市场。

三、压缩氧自救器发展趋势

1、小型化、轻量化。由于下井要随身携带，越小越轻的自救器越受欢迎，因此未来压缩氧自救器将向小型化、轻量化的市场需求发展。

2、便捷化、智能化。鉴于目前压缩氧自救器使用程序的繁琐，而真正在发生事故时，时间就是生命，因此越便捷的使用方式越将受到重视。同时人工智能的发展，也需要自救器更加智能化，开启方式可以加入智能化元素，便于在人员受伤时，可以轻易打开自救器。减压器和排气阀等结构也可以加入智能化，以便控制压力和流量，这将是我们以后发展的重点。

为了提高产品质量和实用性能，保障煤矿井下作业人员的生命和财产安全，各生产企业必须逐步改进现有产品的缺陷，同时将新材料、新工艺、新技术运用到产品中，开发出更安全科学、方便高效、佩戴舒适的压缩氧自救器，尽可能地为井下人员提供逃生自救的机会。

参考文献：

[1]于翔. 我国煤矿用自救器生产现状及发展趋势[J]. 中国个体防护装备， 2016.

[2]张玉春.一种新型呼吸器的自动补给装置设计[J]. 煤矿安全，2016，47（7）：13.