金属非金属地下矿山金属非金属地下矿山中毒窒息中毒窒息

李怀宇李怀宇北京科技大学教授北京科技大学教授

20102010 年年 44 月月

讲座内容一 金属非金属地下矿山中毒窒息事故形势严峻二 中毒窒息事故的预防 1 矿井中有毒有害气体 2 炮烟中毒预防 3 矿井火灾预防三 火灾风流控制与应急预案

一 金属非金属地下矿山中毒窒息事故形势严峻

2009 年，全国金属非金属矿山共发生生产安全事故 1230起，死亡 1542 人，同比分别减少 186 起、 525 人，下降 13.1% 和 25.4% 。

其中较大事故 45 起，死亡 176 人：中毒窒息事故 12 起，占 26.7% ，居第 2 位；死亡 46 人，占 26.6% ，居第 1位。

重大事故 4 起、死亡 70 人：中毒窒息和火灾事故各 1 起，死亡 28 人。 例如：

2009 年 9 月 8 日，河南省灵宝市金源矿业公司第五分公司王家峪矿井下发生火灾事故，死亡 13 人。施工单位在对该矿区 1532 坑口进行支护时，巷道发生坍塌，造成井下电缆短路，引起木支护着火。 事故发生后，施工单位当班 12 名井下作业人员中有 6 人安全升井、 6 人被困。施工单位随即自行组织 6 人下井施救，王家峪矿副主任接报后又带 1 人下井，致使 14 人被困井下，后专业矿山救护队抢救出 1 人。

　

今年 1-3 月份，全国金属非金属矿山共发生生产安全事故 153 起，死亡 209 人，同比减少 52 起、 54 人，分别下降 25.4% 和 20.5% 。

其中较大事故 11 起，死亡 50 人。 11 起较大事故中，中毒窒息 4 起，死亡 20 人，均占第 1 位。这 4 起事故是：

今年发生的中毒窒息事故

2010 年 3 月 25 日 23 时，云南省红河哈尼族彝族自治州个旧市睿达锡矿发生一起中毒窒息事故，造成 5 人死亡。（ 4 人作业 3 人出坑， 5 人进坑寻找，废坑永久封闭的铁门、石墙破坏，进入 4 人熏倒， 1 人出坑报告生还）。

2010 年 3 月 10 日湖南有色控股集团瑶岗仙矿业有限责任公司瑶岗仙钨矿发生的炮烟窒息事故， 8 名矿工中毒死亡。 ( 留矿法采场 早班放炮 晚班4 人到采场作业未出 4 名放矿工盲目施救）

2010 年 03 月 08 日云南红河建水县官厅镇牛滚塘矿区 14 号坑中毒窒息事故 4 人死亡（ 4 人入坑巷道维护在废弃巷道的斜下山，发生中毒窒息）。

2010 年 1 月 11 日四川甘洛县甘洛鸿利达矿业有限责任公司乐日沟区块 48号井通风不畅中毒窒息死亡 3 人。 （井下停电 没有双回路供电或有备用电源，风机停转）

2001-2009年较大事故累计死亡人数按事故类型比例

坍塌35. 4%

冒顶片帮14. 5%

其他爆炸0. 5%

瓦斯爆炸1. 3%

容器爆炸0. 2%

锅炉爆炸0. 0%

火药爆炸3. 7%

其他伤害1. 8%

物体打击3. 3%

车辆伤害2. 1%

机械伤害0. 3%

高处坠落3. 5%

火灾1. 0%

灼烫0. 1%

淹溺1. 2%触电

0. 0%

起重伤害0. 7%

放炮6. 1%

透水5. 1%

中毒和窒息19. 2%

物体打击 车辆伤害 机械伤害 起重伤害 触电 淹溺 灼烫火灾 高处坠落 坍塌 冒顶片帮 透水 放炮 火药爆炸瓦斯爆炸 锅炉爆炸 容器爆炸 其他爆炸 中毒和窒息 其他伤害

( )较大事故 死亡人数 各类事故变化趋势

1918

49

136

194

109128

79 82 107

79

30

8871

3537

28 39 38 35

162228 12

18 11 9 17

25

16 9 1326 27

9

1944

91

33

3872

82 56

46

0

50

100

150

200

250

2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年坍塌 冒顶片帮 透水 放炮 中毒和窒息

二 中毒窒息事故的预防1 、 矿井中的有毒有害气体

井下空气正常组成（按体积计算的组成成分）

氧 20.90% 6~9% 时，失去知觉，呼吸停止，不及时抢救死亡。

二氧化碳 0.03% 窒息性气体，但由于它的存在对氧的排斥，造成机体缺 氧窒息。 10~11 ％时，五分钟之内就能使人窒息、致死。 氮 78.13% 其他稀有气体 0.94%

金属非金属矿井有毒气体主要有： 一氧化碳 氮氧化物 硫化氢 二氧化硫

《金属非金属矿安全规程》对其接触限值有明确规定：

6.4.1.3 井下作业地点的空气中，有害物质的接触限值应不超过 GBZ2 的规定。

一氧化碳： 3 0 mg/m3 ， 0.0024% （ 24 ppm ） 0.97 浓度达到 0.4% （ 4000ppm ），致人短时死亡

氮氧化物（转算为二氧化氮 ） ： 1.57 5 mg/m3 ， 0.00025% （ 2.5 ppm ）

浓度达到 0.025% （ 250ppm ），致人短时死亡 硫化氢： 1 0 mg/m3 ， 0.00066% （ 6.6 ppm ） 1.19浓度达到 0.1% （ 1000ppm ），致人短时死亡

二氧化硫： 1 5 mg/m3 ， 0.0005% （ 5 ppm ） 2.2

金属非金属矿山有毒气体来源 爆破产生 火灾产生 老空区释放 柴油设备释放

爆破产生的有毒气体

一般发生在采掘工作面，主要是独头巷道掘进、通风不良采场

爆破产生有毒有害气体，主要是 CO 和氮氧化物。

一般 1kg炸药产生的 CO 和氮氧化物为 80~120升（按其毒性把氮氧化物 折合成 CO ，大致是 6 ： 1 的比例） 。 如果一次爆破 20kg炸药在 2000m3 （ 10m2断面 200m长的范围）的空间， NO2 和 CO 的浓度可以达到（ 20*0.1/2000=1% ） 10000ppm ，远远高于 24ppm 的允许浓度。

火灾生成大量 CO ； 燃烧过程中 CO2 大量增多； 橡胶、塑料燃烧还生成大量含卤有毒气体； （柴油等）燃烧还生成苯等有毒物质。

一架棚子的坑木燃烧，产生 CO约 97m3 ，足以使 10m2

的巷道在 1km 的范围内空气中 CO含量达到致命的数量。（ 97/10000≈1%=10000ppm ）

对非煤矿山来说，井下火灾更大的危害是含有 有毒气体的烟气。

井下风流将火焰和烟气带向下风方向。

烟流和温度传递如下两图所示：

火灾产生的有毒有害气体

尖林山硐室火灾时的烟气流动模拟

龙洞－铁门坎火灾温度分布模拟

李生文铁矿火灾所致中毒窒息事故：

2004 年 11 月 20 日上午李生文铁矿在盲井电焊，溅落的高温残留物金属碎屑在护帮的荆笆上使其阴燃，然后引燃木支护而着火。 由于该矿与周围 4 个铁矿 (岭南铁矿、李生文联办矿、白塔镇二铁矿、西郝庄铁矿 ) 井下巷道相通，均无风机的自然通风，烟气迅速扩散、蔓延 , 致使 70 名人员遇难

2 、 炮烟中毒预防 独头巷道掘进爆破后，容易发生炮烟熏人中毒窒息事故，客观原因是通风难度大，通风管理原因是局扇、风筒布置不规范，风筒未能随井巷及时跟进，工作面通风不力等。

1 ）建立有效的局扇通风系统

合理布置局扇通风系统（压入式通风；抽出式通风； 混合式通风 3种方式） 管好风筒 足够的通风时间

6.4.4.1 掘进工作面和通风不良的采场，应安装局部通风设备。局扇应有完善的保护装置。

6.4.4.2 局部通风的风筒口与工作面的距离：压入式通风应不超过 10m ；抽出式通风应不超过5m ；混合式通风，压入风筒的出口应不超过 10m ，抽出风筒的入风口应滞后压人风筒的出口5m以上。

6.4.4.3 人员进入独头工作面之前，应开动局部通风设备通风，确保空气质量满足作业要求。独头工作面有人作业时，局扇应连续运转。

（ 1 ）压入式局部通风 风筒口与工作面的距应 <10m ； 局扇吸入口在贯穿风巷道上 风侧，且距独头巷道口应 >10m ； 局扇从贯穿风流巷道中吸取 的风流不得超过该巷道风 量的 70%

>10m<10m

压入式通风局扇布置

>10m

<5m

（ 2 ）抽出式局部通风 风筒口与工作面的距应 <5m ； 局扇吸入口在贯穿风巷道 下风侧，且距独头巷 道口应 >10m ； 局扇从贯穿风流巷道中 吸取的风流不得超过该巷道 风量的 70%

>5m

（ 3 ）混合式局部通风 压入风筒口与工作面的距 离应 <10m ； 抽出式局扇出风口在贯穿 风巷道下风侧，且距 独头巷道口 >10m ； 抽出风筒入风口与压入进 风口距离应 >10m ， 且与压入风筒出风口 距离应 >5m 局扇从贯穿风流巷道中吸 取的风流不得超过该 巷道风量的 70%

>10m<10m

>10m

局扇通风一定要配有风筒

对风筒的要求 6.4.4.5 风筒应吊挂平直、牢固，接头严密，避免车碰和炮崩，并应经常维护，以减少漏风，降低阻力。

独头巷道（最少）通风时间 20~30 分钟

局部通风其他方法

局部通风不用矿井总风压，但必需使用通风系统中的风流。（ 1 ）用全矿通风的风压作为动力进行局部通风，如下图利

用纵向风障导风的局部通风

可靠、但需一定的总风压还要考虑工程上可行

纵向风障 风 窗

（ 2 ）扩散通风 只适用 10~15m短距离的独头工作面

（ 3 ）引射器通风 以高压水或者压缩空气为动力经喷头高速射出，在喷

出射流周围造成负压区而吸入空气，使风筒中空气流出而通风掘进工作面（用引射器代替局扇），与文丘里管同理）

运转费用高、通常少采用。 这不同于用压气吹独头工作面。

2 ）加强工作面有毒气体的检测 进入掘进工作面、采场进行下一步作业时，尤其是通风 不良的情况下最好用仪器进行检测

检知（定、测）管和吸气筒（作为一氧化碳的快速测定方法 ，比色、比长 2种）

CO 、 CO2 、 H2S 、 O2 、 SO2 、 NH3等检测管的基本测定原理为线性比色法，即被测气体通过检定管与指示胶发生有色反应，形成变色层（变色柱），变色层的长度（或颜色）与被测气体的浓度成正比。

便携式 CO检测仪

3 ）炮烟中毒抢救 1. 迅速报告矿调度室； 2. 抢救人员在进入危险区域前必须戴上防毒面具、自救器等防护用品；

3. 危险区域的局扇保持开启； 4. 必要时也应给中毒者戴上防毒面具、自救器，迅速把

中毒者移到具有新鲜风流的地方，静卧保暖； 5. 中毒者还没有停止呼吸或呼吸虽已停止但心脏还在跳动，先清除中毒者口腔、鼻腔内的杂物，使呼吸道保持畅通以后，立即进行人工呼吸；

6. 心脏跳动已停止，应迅速进行心脏胸外挤压，同时进行人工呼吸。

4 ）预防炮烟中毒的监管

（ 1 ）安全预评价、安全专篇审查 掘进、无贯穿风流的回采工作面有没有局部通风设计；★局扇 设计的局扇规格型号； 有没有提到制定炮烟中毒窒息事故的应急预案。

（ 2 ）安全验收评价、工程验收、生产中检查 掘进、无贯穿风流的回采工作面有没有安设局扇； ★ 局扇规格型号是否与设计符合； 局扇系统的布置（压入、抽出、混合式）形式！以及是否满足规程要求

（ 10m 、 5m 、 10m等）； ★ 风筒吊挂是否平直、牢固，接头严密——气足； ★ 风筒靠近工作面端的防爆破岩击措施； 作业时局扇是否开动； ★ 是否配备检测仪器、检测要求、查看检测记录。

3 矿井火灾预防 引起矿井火灾燃烧的 3要素： 燃料（可燃物）、热源、供氧

可燃物包括： 固态：木材、橡胶等 液态：燃油、润滑油等 气态：热解产生的各种挥发性 气体、一氧化碳等

矿井火灾火源分带示意图

燃烧带 预热带冷却带 焦化带

外因火灾起火原因： 明火： 吸烟、烤火、电焊、氧焊 油料：在运输、保管、使用时不按规程要求操作引起火灾，如：润滑油、变压器油、液压设备用油、柴油、设备用油 炸药：在运输、加工、使用过程中不按爆破规程操作引起火灾 机械作用引起火灾，如：摩擦、振动、冲击 电器设备的绝缘损坏和性能不良引起火灾，如：动力线、照明线、变压器、电动设备

巷道火灾处断面温度分布模拟

火灾预防措施

1 ） 必须有完善的通风系统

矿井（机械）通风系统主要包括矿井（机械）通风系统主要包括33 部分：部分： 通风动力设备（扇风机、通风机）通风动力设备（扇风机、通风机） 矿井通风网络矿井通风网络 矿井通风构筑物 矿井通风构筑物

（（ 11 ）实现机械通风，主力扇风机能使矿井风流反）实现机械通风，主力扇风机能使矿井风流反转，所安装的扇风机符合设计要求转，所安装的扇风机符合设计要求

矿用扇风机分类 按其构造原理可以分为轴流式与离心式两大类。 金属非金属矿山大多使用大风量低风压叶片式轴流扇风机作主辅扇，一般轴流式扇风机具有反转使风流反向的功能。少数矿井使用离心式扇风机。

按矿用扇风机的井下使用的功能分为：主扇、辅扇和局扇 为全矿井或者矿井某一翼通风的风机简称主扇，主扇外配扩散器，厂家经常有配套的扩散器供选用； 为矿井通风网路进行风量调节的风机简称辅扇； 借助风筒为矿井局部地点通风的扇风机简称为局扇。

主扇

1

辅扇 2

3

局扇

金属非金属矿井常用的主、辅扇型号（ 1 ） K系列扇风机：轴流 K-40 、 K-45 、 （ K-54 ） （对旋的有 ： DK-40 、 DK-45 ） 叶轮直径： 0.7m～ 4 m 反转反风 防爆的前面加 B ，如： B K 、 BDK 系列

（ 2 ） 2K56 、 2K60扇风机 叶轮直径： 1.8 、 2.4 、 2.8 m 反转反风

（ 3 ） BDK 、 FBDCZ （防爆对旋轴流式扇风机） 叶轮直径： 1.2～ 2.8 ； 反转反风

（ 4 ） TAF扇风机 叶轮直径： 2.8 m ； 调节叶片反风

扇风机铭牌符号

（ 2）具备有效的通风网路（络），要求新鲜风流不受污染送到各中段工作面，并将污凤有序的排至地面，各工作面的风流互不串联 进风井巷、回风井巷、中段巷道、贯穿风流的采场、漏风等通道组成的通道网称之为矿井通风网络。 非煤矿山通常是多中段同时作业，如果对各中段的入、回风流不适当敢安排，势必造成新鲜风流污染。为使各中段作业面都能从入风井得到新鲜风流，并将所排出的污凤送入回风井，各作业面的风流互不串联，就必须对各中段的入排风巷道统一安排，构成一定形式的中段通风网络结构。

非煤矿山中段通风网络结构的形式：

①阶梯式：当矿体由边界回风井向入风井方向后退式回采时，可以利用上中段已结束作业的运输道做下中段的回风道，如下图。风门 风窗

1

2

3

结构简单、工程量小、风流稳定；要求严格的后退式回采

②平行双巷通风网：一条靠近矿体底盘，另一条靠近顶盘；一条做进风道，另一条做回风道。采场由本中段得到新鲜风流，污风经上中段或本中段的回风道排出。

1

2

3

结构简单，解决风流串联很有效；工程量较大，适于厚大、开采强度大的富矿体

③棋盘式：由各阶段进风道、集中回风天井和总回风道构成。一般每隔一定距离（ 60~120m ）保留一条贯通各阶段上下各中段的回风天井，并与总回风道连通。

总回风道

集中回风天井

适于多中段作业，通风构筑（风门、桥、窗）物多

④上、下行间隔式：每隔一个阶段建立一条脈外集中回风平巷做回风用。

有利于解决多阶段作业的工作面风流串联问题，开凿工程量较平行双巷少；回风平巷必须专用，还须加强主扇对他的风量控制

（ 3 ）合理的设置严密的风墙，可靠的风门，可调的风窗，有效的风桥

2 ）综合预防措施

1 、按消防要求设置灭火器材，有足够的可靠的消防用水；

2 、使用阻燃电器设备，经常检查，及时更新，防止短路；

3 、加强职工教育，熟悉进下通道，了解逃生路线；

4 、禁止使用明火（抽烟、烤火、热饭）；5 、焊接作业有审批和安全措施；6 、井、巷禁止采用木支护；7 、制定井下火灾应急预案。

3 ）发生火灾情况下的应对措施

1 、工人就地灭火； 2 、从逃生路线逃离； 3 、组织救护人员从新风道进入，佩带救护器；

4 、用灭火器和水灭火； 5 、挖埋已燃烧的物质残余物； 6 、矿长按应急预案和现场实际情况制定控

制风流方案；

4 ）预防矿井火灾的监管

（ 1 ）安全预评价、安全专篇审查 规程要求的防灭火器材设置； ★ 有通风系统设计和完整的通风系统图； ★ 万吨供风量粗评； 通风容易期和困难期的工作风量和风压； 选择的风机规格型号； 主扇（多级机站的主力风机站）反风形式； ★ 井下火药库独立回风可靠性； ★

（ 2 ）安全验收评价、工程验收、生产中检查 主扇：规格型号与设计是否相符； 是否连续运转； ★ 风机房有没有主扇工 值班和操作规程张贴； ★

主扇：风机房是否有风量、风压、电流、电压、轴温检 测装置，及其值班记录； ★ 通风网路：网路结构形式； 新、污风风流是否有序流动； 有无污风串联； 设置的通风构筑物种类； 风门、风窗、风桥的可靠性； ★ 风墙的严密性； ★ 重点部位的通风效果：井下破碎硐室，井下火药库； 通风系统测定：周期一月一次；完成单位；工作面风量； 有效风量率；风质合格率； 主扇反风方式； 10 分钟反风能力；主扇反风量； 主扇反风试验； （一年一度） ★ 检查火灾应急预案；火灾应急预案的实用性 ; ★ 有完整的通风系统图。 ★

叁 火灾风流控制与应急预案1 ）规程要求 《金属非金属矿山安全规程》对于矿井火灾的预防有明确的要求

6.4.3.3 主扇应有使矿井风流在 10min 内反向的措施。当利用轴流式风机反转反风时，其反风量应达到正常运转时风量的 60 ％以上。

每年至少进行 1次反风试验，并测定主要风路反风后的风量。

采用多级机站通风系统的矿山，主要通风系统的每一台通风机度应满足通风要求，以保证整个系统可以反风。

主扇或通风系统反风，应按照事故应急预案执行。

6 、 7 、 1 、 11 矿井发生火灾时，主扇是否继续运转或反风，应根据矿井火灾应急预案和当时的具体情况，由主管矿长决定。

6 、 7 、 3 、 3 主管矿长接到火灾报告后，应立即组织有关人员，查明火源及发火地点的情况，根据矿井火灾应急预案，拟定具体的灭火和抢救行动计划。同时，应有防止风流自然反向和有害气体蔓延的措施。

* 防（火）灾 、救（火）灾中应急预案的作用在于决策如何控制风流，制定应急预案极为重要* 应对火灾的应急预案，必须有针对性

5

74

86

2

31

2 ）火灾（烟气）时的矿井风流控制 大体上说有以下几种情况： 加强、减小、维持通风（原风流方向）；停止供风；风流反向 (反风 )

例如：火灾在矿井进风段反风；在回风段保持原风方向

5

74

86

2

31

火灾在 2 分支的风流应对

为了撤退人员到进风水平，迫使 3 、 6 分支风流反向： 加大 2 分支风阻，加大 7 分支风阻；人员撤退到 4 、 7 分支，然后从进风段撤离矿井

5

74

86

2

31

火灾在 3 分支的风流应对

为了撤退人员到进风水平，保持 1 、 6 、 8 分支风向： 加大 3 分支风阻，减少 3 分支火风压； 人员撤退到 2 、 5 分支，然后从进风段撤离矿井。火风压很大时，则须加大供风量（如密闭左部矿井、增大风机转速等）

3 ） 制定有针对性的火灾应急预案 矿井通风系统和网路极具个性、又随采掘工程推进不断变化，可能发生火灾的位置、规模和性质不同，火风压造成的风流逆转及烟流运动的情况也不一样，因此必须根据具体情况，采取不同的方式，控制风流和火烟，并在研究风流在火风压作用下的运动规律的基础上，根据矿井通风系统和火灾发生的具体位置，事先制定一整套符合本矿条件的火灾应急预案，才能在一当发生火灾时从容应对。

这对于多井筒、多风机工作的矿井和多级机站工作的矿井尤为重要。

武汉矿业公司重视这方面工作，与北京科技大学合作，对大冶铁矿、金山店铁矿和程潮铁矿的 7 个矿井进行了相关研究，通过反风测试和模拟分析，提出了相关矿井反风域图，为制定符合实际的应急预案提供了技术支持。

下面几个矿井的反风域图

东风井

东主井西

风井

措施井

西出风井

新副井

箕斗井

西区风井

1#风井

2#风井

电梯井

3#风井

4#风井

5#风井

6#风井

电梯井

7#风井

8东#风井

下料系统回风井

11#回风天井

8西#进风天井

电梯井

电梯井

-290M水平

-302M水平

-360M水平

-377. 5M水平

-395M水平

-412. 5M水平

-430M水平

-500M水平

-570M水平

-600M水平

-640M水平

1-10 图 程潮铁矿全矿反风模拟域图 2010 02年 月

-360M水平

-377. 5M水平

图例：风机测风点新风方向污风方向风门调节风窗密闭

13#进风天井

-395M水平

新箕斗井

-344M水平

溜破系统回风井

2

1

34

8

溜破进回风系统

6

7

5

9

10

11

12

-290M水平

-302M水平

9#回风天井

东风井

东主井西

风井

措施井

西出风井

新副井

箕斗井

西区风井

1#风井

2#风井

电梯井

3#风井

4#风井

5#风井

6#风井

电梯井

7#风井

8东#风井

下料系统回风井

11#回风天井

8西#进风天井

电梯井

电梯井

-290M水平

-302M水平

-360M水平

-377. 5M水平

-395M水平

-412. 5M水平

-430M水平

-500M水平

-570M水平

-600M水平

-640M水平

1-15 图 程潮铁矿东主扇反风模拟域图 2010 02年 月

-360M水平

-377. 5M水平

图例：风机测风点新风方向污风方向风门调节风窗密闭

13#进风天井

-395M水平

新箕斗井

-344M水平

溜破系统回风井

1

34

8

溜破进回风系统

6

7

5

9

10

11

12

-290M水平

-302M水平

9#回风天井

图 例

风 门

节点编号

通风机站

西副井

西回风井

中央副井

中央主井

东副井

1. 2. .

608612

东中段井

607619 603611615

研制适用于正、反风时的风门

门 风机房 门

主扇 向上回风井

正压区负压区

负压区正压区

4 ）预防矿井火灾需注意问题 矿井外因火灾不能忽视——从设计到生产

矿山要有完善的通风系统（主扇反风 60%是前提，关键是进风段能反风）

严格执行安全规程，致力于预防中毒窒息事故发生

重视风流控制火灾的技术，制定有针对性的、科学性的应急预案

可以认为 矿井机械通风和合理的布置局扇及风筒是控制中毒窒息事故发生的前提；

完善的通风系统和科学的通风管理是杜绝中毒窒息事故的保证；

非煤矿山火灾是可以预防的， 火灾生成的烟气是可以控制的，烟

气和炮烟中毒窒息事故是可以杜绝的。

谢谢大家