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.

-全文完-