有限空間作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)存在的毒害氣體對(duì)工作人員的身心健康造成了顯著影響，地下礦山即屬于典型的有限空間作業(yè)場(chǎng)所，因生產(chǎn)所需，其內(nèi)部存在多種有毒有害氣體的產(chǎn)生源頭。北京科技大學(xué)蔣仲安教授團(tuán)隊(duì)“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2024YFC3015004）的支持下，系統(tǒng)分析了有限空間內(nèi)毒害氣體的主要類型及危害，從通風(fēng)排毒、氣體消納、膜分離及個(gè)體防護(hù)4個(gè)方面，總結(jié)了當(dāng)前有限空間毒害氣體防控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并闡述了典型行業(yè)有限空間作業(yè)場(chǎng)所毒害氣體防控進(jìn)展。研究成果為地下礦山降低職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)、保障人員生命安全、建設(shè)智能化綠色化礦山提供了重要參考！

作者簡(jiǎn)介

蔣仲安

教授、博士生導(dǎo)師

北京科技大學(xué)資源與安全工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，北京市首屆安全生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)W科帶頭人，第五屆國家安全生產(chǎn)專家委員會(huì)煤礦（粉塵防治）組專家，兼任全國非煤礦山標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員和中國安全生產(chǎn)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)成員。長期從事礦井粉塵控制、礦井通風(fēng)與安全、職業(yè)危害與控制方面的研究，尤其在礦井采掘工作面粉塵控制理論和技術(shù)、除塵設(shè)備的研制、噴霧降塵裝置、有限空間通風(fēng)排毒技術(shù)等方面處于領(lǐng)先地位。作為申請(qǐng)者和負(fù)責(zé)人獲5項(xiàng)國家自然科學(xué)基金和2項(xiàng)教育部博士點(diǎn)基金的資助，以及企業(yè)合作項(xiàng)目80余項(xiàng)，并承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題4項(xiàng)。獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)9項(xiàng)，出版著作8部，發(fā)表論文200余篇，其中SCI和EI論文130余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利、軟件著作權(quán)80余項(xiàng)。作為高級(jí)訪問學(xué)者曾到美國、澳大利亞和臺(tái)灣等多地進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

有限空間毒害氣體類型及危害

典型有限空間涵蓋地下空間(如污水井、地窖)、地面空間(如料倉、糧倉)以及密閉設(shè)施(如儲(chǔ)罐、鍋爐)。有限空間在食品加工業(yè)、食品制造業(yè)、造紙和造紙業(yè)中往往涉及有機(jī)物降解過程，在物品儲(chǔ)存和作業(yè)期間釋放出許多不同的氣體。各類有限空間內(nèi)，常見毒害氣體及其濃度存在差異。地下空間中，硫化氫(HS)和甲烷(CH)較為常見，地面空間則可能以二氧化碳(CO)為主。

有限空間內(nèi)的毒害氣體，如HS、CO、CH和CO等，因其獨(dú)特的理化特性，在空間內(nèi)呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律，且隨著這些氣體的積聚，氧氣濃度逐漸降低，對(duì)作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。鑒于此，研發(fā)和應(yīng)用有效的防控技術(shù)顯得尤為迫切。通過深入研究通風(fēng)排毒、毒害氣體消納與分離以及個(gè)人防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，可以在確保有限空間內(nèi)安全高效作業(yè)的同時(shí)，有效保護(hù)作業(yè)人員的職業(yè)健康，為工貿(mào)企業(yè)安全生產(chǎn)提供有力支撐。

有限空間毒害氣體防控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

通風(fēng)排毒技術(shù) 在有限空間毒害氣體防控方面，當(dāng)前研究重點(diǎn)在于運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)優(yōu)化通風(fēng)路徑，以減少死角區(qū)域的氣體積聚，并取得了顯著成效。在有限空間應(yīng)急救援場(chǎng)景中，傳統(tǒng)單一的通風(fēng)方法存在效率不足、智能化程度低下等不足，給實(shí)際生產(chǎn)救援工作帶來了諸多不便。因此，后續(xù)研究有必要在探究高效通風(fēng)方法的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)有限空間通風(fēng)排毒的智能化，以進(jìn)一步縮短智能通風(fēng)調(diào)節(jié)時(shí)間，提升應(yīng)急救援的時(shí)效性。

在此方面，本研究團(tuán)隊(duì)在有限空間壓抽一體式機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了有限空間內(nèi)壓抽一體化通風(fēng)的3個(gè)關(guān)鍵階段氣流分布情況；還提出了一種基于遺傳—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的恒定電源頻率調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)而采用PID風(fēng)量閉環(huán)調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程智能變頻控制。

毒害氣體消納技術(shù) 化學(xué)消納和催化氧化技術(shù)能高效地將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，延長逃生時(shí)間，減少二次污染。然而，該技術(shù)在處理其他毒害氣體方面性能仍需提升，且存在以下不足之處：①效果受環(huán)境溫度影響；②粉體可能形成塵云，降低可見度進(jìn)而影響作業(yè)安全；③長期使用需定期更換消納劑，操作煩瑣；④初始投資較高，難以達(dá)產(chǎn)；⑤在高溫、高塵環(huán)境中易發(fā)生中毒或堵塞現(xiàn)象。因此，后續(xù)仍需開展技術(shù)攻關(guān)，提升其普適性。

毒害氣體膜分離技術(shù) 當(dāng)前，毒害氣體膜分離技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)有研究聚焦于混合基質(zhì)膜技術(shù)優(yōu)化與新型膜材料開發(fā)。通過將無機(jī)填料嵌入聚合物基質(zhì)，以及采用先進(jìn)的界面立構(gòu)設(shè)計(jì)和溶膠—凝膠法或相分離法制備納米級(jí)孔道，不斷提升膜的滲透率和選擇性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)毒害氣體的高效去除。盡管這些技術(shù)展現(xiàn)出較好的發(fā)展?jié)摿Γ趯?shí)際應(yīng)用中仍面臨環(huán)境適應(yīng)性、膜壽命、成本及穩(wěn)定性等方面的挑戰(zhàn)。因此，后續(xù)研究需進(jìn)一步探索膜材料的普適性、耐用性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)毒害氣體膜分離技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

個(gè)體防護(hù)技術(shù) 當(dāng)前，針對(duì)有限空間作業(yè)中的毒害氣體防控，個(gè)體防護(hù)裝備提供了多樣化的選擇，能夠滿足不同作業(yè)場(chǎng)景需求。部分裝備不僅具有環(huán)境友好性和長效使用特性，還具有高過濾效率和低阻特性。盡管這些技術(shù)研發(fā)取得了顯著進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)：①高端改性材料成本增加；②惡劣環(huán)境下的性能穩(wěn)定性需進(jìn)一步提升；③改性材料在提升性能的同時(shí)，降低了對(duì)特定氣體的選擇性。因此，未來研究需進(jìn)一步探索環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的個(gè)體防護(hù)技術(shù)，以滿足有限空間安全高效作業(yè)需求。

典型場(chǎng)所有限空間毒害氣體防控進(jìn)展

食品加工業(yè) 食品加工業(yè)有限空間的毒害氣體防控措施包括：①采用高效通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定氣體(如NH3、H2S)的有效去除；②選擇適宜的通風(fēng)設(shè)備和管道布局提升通風(fēng)效果；③引入智能化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體濃度并調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率以降低能耗；④定期維護(hù)通風(fēng)設(shè)備，確保其良好運(yùn)行；⑤根據(jù)“先通風(fēng)、再檢測(cè)、后作業(yè)”原則，開展安全作業(yè)，有效預(yù)防中毒事故。

造紙業(yè) 造紙業(yè)有限空間毒害氣體防控研究主要聚焦于通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與事故預(yù)防兩大方面。采用機(jī)械通風(fēng)稀釋有毒氣體、設(shè)計(jì)通風(fēng)氣樓改善季節(jié)性通風(fēng)問題。通過事故分析和危險(xiǎn)識(shí)別，加強(qiáng)通風(fēng)檢測(cè)，形成全面的安全防控體系。主要措施包括：①開展危險(xiǎn)源識(shí)別全覆蓋，建立危險(xiǎn)源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為毒害氣體防控提供數(shù)據(jù)支持；②加強(qiáng)機(jī)械通風(fēng)，確保有限空間內(nèi)空氣流通，定期監(jiān)測(cè)分析通風(fēng)效果；③優(yōu)化通風(fēng)氣樓設(shè)計(jì)，持續(xù)提升通風(fēng)效果，助力行業(yè)安全高效生產(chǎn)。

農(nóng)場(chǎng)設(shè)施 業(yè)內(nèi)學(xué)者圍繞農(nóng)場(chǎng)設(shè)施有限空間毒害氣體的濃度波動(dòng)進(jìn)行了深入研究，然而，該類空間中毒害氣體在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性與反應(yīng)活性尚待揭示，亟需構(gòu)建一個(gè)完備的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)治理技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用提供支撐，助力實(shí)現(xiàn)毒害氣體防控的精準(zhǔn)化?？傮w上，農(nóng)場(chǎng)設(shè)施有限空間毒害氣體防控措施主要包括：①識(shí)別并治理農(nóng)場(chǎng)設(shè)施中常見的毒害氣體，例如使用化學(xué)吸收劑去除NH，利用生物濾池處理HS；②安裝高效的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，確?？諝庥行Я魍ǎ档投竞怏w濃度；③定期使用氣體檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)空氣中的毒害氣體濃度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并處置。

皮革制造業(yè) 皮革制造業(yè)有限空間在不同階段使用密集的化學(xué)品容易產(chǎn)生多種毒害氣體，可通過分析毒害氣體彌散方式，應(yīng)用離子流動(dòng)管質(zhì)譜法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣味化合物濃度，研究制革污泥熱解過程中不同氣體產(chǎn)物的釋放特征及其變化趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)皮革廠精準(zhǔn)通風(fēng)去味提供可靠依據(jù)?？傮w來說，皮革制造業(yè)有限空間有害氣體防控措施主要包括：①針對(duì)特定有害氣體(HS、NH、VOC等)，采用吸附、催化燃燒、生物過濾等多種技術(shù)手段進(jìn)行有效去除；②通過安裝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、建立健全安全預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境中毒害氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確保作業(yè)人員職業(yè)健康；③強(qiáng)化源頭控制、過程管理和末端治理等環(huán)節(jié)的高效協(xié)同，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、安全預(yù)警與技術(shù)防控相結(jié)合，根據(jù)不同生產(chǎn)階段的毒害氣體特征，制定差異化的防控策略，實(shí)現(xiàn)毒害氣體監(jiān)測(cè)—預(yù)警—防控的完美閉環(huán)。

不足與展望

通過總結(jié)毒害氣體通用性技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及4種典型場(chǎng)所毒害氣體防控進(jìn)展，認(rèn)為該領(lǐng)域研究存在的不足在于：①毒害氣體特性及作用機(jī)理認(rèn)識(shí)有待深入。②毒害氣體防控技術(shù)效果受限。③毒害氣體防控設(shè)備智能化水平較低。

為此，提出以下幾個(gè)方面的建議：

（1）深化有限空間毒害氣體運(yùn)移及防控理論研究。應(yīng)系統(tǒng)地收集、整理不同行業(yè)（如食品加工、造紙、農(nóng)場(chǎng)設(shè)施、皮革制造等）有限空間內(nèi)各種毒害氣體的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，包括其成分構(gòu)成、濃度變化范圍以及在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性、反應(yīng)活性等。通過建立完善的數(shù)據(jù)庫，為有限空間毒害氣體運(yùn)移及防控理論研究提供科學(xué)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)毒害氣體的精準(zhǔn)有效防控提供理論基礎(chǔ)。

（2）持續(xù)攻關(guān)有限空間毒害氣體高效防控關(guān)鍵技術(shù)。在理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展針對(duì)特定毒害氣體的防控技術(shù)研發(fā)，包括但不限于通風(fēng)排毒、氣體消納、膜分離等現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，以及探索新的防控思路和技術(shù)路徑。同時(shí)，加強(qiáng)跨學(xué)科協(xié)同攻關(guān)，結(jié)合多學(xué)科、多領(lǐng)域的最新成果，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)研發(fā)取得新突破。

（3）研發(fā)集成化、自動(dòng)化和智能化的毒害氣體防控設(shè)備。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，未來的毒害氣體防控設(shè)備的功能設(shè)計(jì)應(yīng)更加注重集成化、自動(dòng)化和智能化。例如，開發(fā)能夠自動(dòng)檢測(cè)空氣中毒害氣體濃度并啟動(dòng)相應(yīng)凈化程序的智能系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，采用人工智能算法提高故障診斷的準(zhǔn)確性及響應(yīng)速度。此外，還需加強(qiáng)新型高效環(huán)保吸收劑的研發(fā)與應(yīng)用，持續(xù)降低運(yùn)營成本并減少二次污染。

（4）開展典型有限空間毒害氣體防控設(shè)備工程應(yīng)用示范。將上述研究成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題解決方案，在典型行業(yè)如食品加工、造紙業(yè)、農(nóng)業(yè)設(shè)施以及皮革制造等領(lǐng)域加強(qiáng)推廣應(yīng)用，打造示范性工程。在此過程中，要重視標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，確保各項(xiàng)操作符合相關(guān)安全規(guī)范要求；同時(shí)要加強(qiáng)相關(guān)人員安全專業(yè)培訓(xùn)，提升專業(yè)技能水平，保障作業(yè)人員職業(yè)健康，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

部分附圖

有限空間內(nèi)毒害氣體分布特征

2013—2024年我國工貿(mào)企業(yè)有限空間事故分類

有限空間壓抽一體化通風(fēng)3個(gè)階段的氣流組織形式

造紙車間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意

賓夕法尼亞州立大學(xué)養(yǎng)豬研究中心畜禽糞污測(cè)試設(shè)施

引用格式

蔣仲安,楊向東,王伊可,等.典型有限空間作業(yè)場(chǎng)所毒害氣體防控進(jìn)展與展望[J].金屬礦山,2026(2):1-13.（點(diǎn)擊下載原文）

責(zé)編：曾文旭

編排：余思晨

審核：王小兵

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