張崇智

(西山煤電股份公司西曲礦)

·試驗(yàn)研究·

掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源安全評價(jià)研究

張崇智

(西山煤電股份公司西曲礦)

通過危險(xiǎn)源理論,分析了煤礦掘進(jìn)面中瓦斯爆炸危險(xiǎn)源，并利用FTA從人、機(jī)、環(huán)、管理4個(gè)方面對危險(xiǎn)源進(jìn)行了分析研究，并最終確定了掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸安全評價(jià)指標(biāo)體系。

FTA；危險(xiǎn)源；掘進(jìn)面；安全評價(jià)

掘進(jìn)工作面是礦井事故多發(fā)地點(diǎn)，瓦斯事故發(fā)生次數(shù)和死亡人數(shù)占整個(gè)瓦斯事故的80%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在瓦斯爆炸事故中，約60%發(fā)生在掘進(jìn)面。控制掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故的發(fā)生是目前煤礦安全生產(chǎn)工作中迫切需要解決的課題。因此，要研究掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的組成，按照煤礦危險(xiǎn)源辨識的理論與方法分析了掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因素，通過分析確定掘進(jìn)面瓦斯爆炸安全評價(jià)指標(biāo)。

1 掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的組成

根據(jù)瓦斯爆炸的事故發(fā)生的過程和發(fā)生機(jī)理及其參數(shù)指標(biāo)可知，瓦斯爆炸的必要條件是:

1) 瓦斯積聚超限且濃度達(dá)到5%～16%。2) 一定溫度的引火源，高溫?zé)嵩创嬖诘臅r(shí)間大于瓦斯的引火感應(yīng)期。3) 空氣中氧含量大于12%。在一般條件下，氧濃度是滿足的，只要瓦斯積聚達(dá)到爆炸濃度和引燃引爆熱源兩個(gè)基本因素同時(shí)具備，就有發(fā)生瓦斯爆炸事故的可能。但發(fā)生瓦斯爆炸事故的條件例如火源是受到多個(gè)隨機(jī)因素的影響，因而要研究瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)必須以前兩個(gè)條件為基礎(chǔ)考慮其系統(tǒng)組成，分析各條件發(fā)生的真正原因。

根據(jù)瓦斯爆炸事故發(fā)生的過程和其危險(xiǎn)源的存在形式，掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源災(zāi)害系統(tǒng)是由掘進(jìn)面的煤巖體，工作空間，瓦斯和空氣的混合氣體、工作人員、機(jī)電設(shè)備、隔爆設(shè)施、風(fēng)流、火藥、瓦斯監(jiān)測設(shè)備、管理因素等組成了一個(gè)空間立體分布的自然和人工因素共同存在的混合系統(tǒng)。根據(jù)危險(xiǎn)源理論，得到掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的組成見圖1。

圖1 掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)組成

從圖1可知，瓦斯爆炸的危險(xiǎn)源系統(tǒng)是由基本的三類危險(xiǎn)源組成，三類危險(xiǎn)源之間相互聯(lián)系，相互影響，共同組成了掘進(jìn)面的危險(xiǎn)源系統(tǒng)。實(shí)踐表明，采用這種方式能正確分析、確定瓦斯爆炸災(zāi)害事故原因，并準(zhǔn)確描述事故的發(fā)生過程，便于事故的分類。

2 掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源因素分析

2.1掘進(jìn)面瓦斯爆炸FTA分析

參考對我國所發(fā)生的多次掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故的調(diào)查資料，編制了掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故樹，如圖2所示。其邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

T=X17A1A3[X6(X1+X2+X3+X4+X5)]X16(X7+X8+X9+X10+X1+X12+X13+X14+X15)

簡化后，得到最小割集如下：

因此，可以得出5組割集，每組有9個(gè)最小割集，該系統(tǒng)的最小割集總數(shù)為5×9=45個(gè)，這表明導(dǎo)致瓦斯爆炸有45種可能。從事故樹定性分析原理可得知最小割集越多，發(fā)生瓦斯爆炸的可能性和危險(xiǎn)性越大。

圖2 掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故樹分析

1) 從圖2分析可知，掘進(jìn)工作面容易發(fā)生瓦斯爆炸的原因，一是局部通風(fēng)管理難度大，容易出現(xiàn)管理失誤或管理不善。如局部瓦斯涌出量大，局部通風(fēng)機(jī)任意開停，風(fēng)筒損壞或接頭不嚴(yán)而漏風(fēng)，風(fēng)筒末端距掘進(jìn)工作面太遠(yuǎn)而風(fēng)量不足等，不能將瓦斯沖淡排出而導(dǎo)致積聚；二是掘進(jìn)采用電鉆打眼，經(jīng)常放炮，出現(xiàn)機(jī)電設(shè)備失爆和放炮不符合規(guī)定，從而產(chǎn)生引爆火源的可能性也較多。

引起瓦斯積聚而發(fā)生瓦斯爆炸的直接原因也較多:a) 局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)引起瓦斯積聚;b) 風(fēng)筒被斷開、刮壞，嚴(yán)重漏風(fēng)而又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)，引起瓦斯積聚;c) 風(fēng)量不足引起瓦斯積聚;d) 風(fēng)流短路引起瓦斯積聚;e) 通風(fēng)系統(tǒng)不合理、不完善引起瓦斯積聚。

2) 根據(jù)事故樹圖和事故樹的定性分析可以得到掘進(jìn)工作瓦斯爆炸危險(xiǎn)源主要因素:a) 管理失效；b) 掘進(jìn)面供風(fēng)不足；c) 掘進(jìn)面瓦斯涌出量;d) 瓦斯積聚；e) 煤的自燃發(fā)火；f) 電器摩擦火：g) 電器失爆；h) 電纜損壞；i) 放炮火；j) 其它明火。

2.2掘進(jìn)面瓦斯爆炸人、機(jī)、環(huán)、管理分析

事故致因理論認(rèn)為，人、機(jī)、環(huán)境這三個(gè)因素在同一時(shí)空兩兩相遇時(shí)才可能發(fā)生事故。環(huán)境的不安全條件不是發(fā)生事故的必要條件，但它往往促成事故發(fā)生，提高事故幾率，或擴(kuò)大事故的破壞程度。按照系統(tǒng)安全工程的觀點(diǎn)，導(dǎo)致事故的基本因素也是由人的不安全行為和機(jī)的不安全狀態(tài)，具體為人、機(jī)和環(huán)境3個(gè)方面原因，為了預(yù)防事故的發(fā)生，就應(yīng)當(dāng)從上述3個(gè)方面進(jìn)行危險(xiǎn)性分析。因而，掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故是由人的不安全行為和機(jī)的不安全狀態(tài)所引起的，它是機(jī)、環(huán)境、行為等諸因素的多元函數(shù)。然而人、機(jī)、環(huán)境因素是造成掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故的直接原因，受到管理因素的支配；管理是掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故的間接原因，是事故的直接原因得以存在的條件。因此，掘進(jìn)面瓦斯爆炸瓦斯事故是否發(fā)生，影響事故是否發(fā)生的主要因素有4項(xiàng)：人、機(jī)、環(huán)境、管理。見圖3。

圖3 掘進(jìn)面瓦斯爆炸人、物、環(huán)境、管理示意圖

1) 人的因素分析。造成不安全行為可以從人的心理角度、人的生理因素、安全意識水平、安全態(tài)度、安全技術(shù)水平、受教育程度等角度進(jìn)行分析。

2) 機(jī)的因素分析。在對掘進(jìn)面瓦斯爆炸機(jī)(物)不安全狀態(tài)因素分析，導(dǎo)致瓦斯爆炸的機(jī)(物)的因素很多，但可以從機(jī)械化程度、通風(fēng)系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備安全性來分析。

3) 環(huán)境的因素分析。導(dǎo)致瓦斯爆炸的環(huán)境因素包括礦井內(nèi)部環(huán)境和社會環(huán)境。

4) 安全管理的因素分析。與人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)有關(guān)的事故因素都是事故的直接原因，而人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)，以及人、物、環(huán)境的失配得以產(chǎn)生，往往和管理不當(dāng)及組織失誤有關(guān)。因此，在弄清人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該進(jìn)一步追蹤管理上的原因。

3 掘進(jìn)面瓦斯爆炸安全評價(jià)指標(biāo)確定

3.1安全評價(jià)指標(biāo)確定的原則

瓦斯爆炸事故危險(xiǎn)源安全評價(jià)指標(biāo)體系在設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)遵循如下原則：

1) 科學(xué)性。必須科學(xué)地、客觀地制定系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)，有必要借助予危險(xiǎn)源理論、安全系統(tǒng)分析、瓦斯爆炸機(jī)理、瓦斯爆炸事故規(guī)律等安全原理、理論、知識以及安全分析方法，在全面的分析和描述基礎(chǔ)上綜合考慮各個(gè)因素，盡量減少指標(biāo)之間的重疊區(qū)域，明確各危險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)的范圍，科學(xué)地識別潛在危險(xiǎn)和安全防范不當(dāng)?shù)拇胧?/p>

2) 系統(tǒng)性。評價(jià)指標(biāo)應(yīng)全面反映掘進(jìn)面瓦斯爆炸的各種因素作用，即要考慮入、機(jī)、環(huán)境、危險(xiǎn)物質(zhì)等真正事故發(fā)生的原因，也要考慮到安全保障體系的結(jié)構(gòu)及狀態(tài)，同時(shí)還要考慮到管理的作用。

3) 引導(dǎo)性。評價(jià)時(shí)指標(biāo)體系的設(shè)置和評價(jià)的實(shí)施，指標(biāo)及其權(quán)值要體現(xiàn)與煤礦安全管理總體戰(zhàn)略目標(biāo)相一致的原則，以規(guī)范和引導(dǎo)煤礦未來發(fā)展的行為和方向。

4) 廣泛性。不同類型的煤礦在不同時(shí)期都有其特定的安全組織的危險(xiǎn)類型，這就要求評價(jià)必須具有高度的概括能力，能反映最本質(zhì)最重要的特質(zhì)。

5) 可授控。由于對掘進(jìn)面瓦斯爆炸災(zāi)害系統(tǒng)的復(fù)雜性，如果過分的追求對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精確化，則可能導(dǎo)致基礎(chǔ)因素狀態(tài)測量的困難。因此，只要求評價(jià)指標(biāo)要有準(zhǔn)確評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。也可直接通過統(tǒng)計(jì)調(diào)查獲取的客觀存在的指標(biāo)，使評價(jià)結(jié)果符合實(shí)際。

6) 可操作性。在采用廣義多指標(biāo)時(shí)，要求指標(biāo)體系的設(shè)置避免過于繁瑣，必須采用定性指標(biāo)與定量指標(biāo)結(jié)合的原則，還要考慮指標(biāo)體系所涉及的指標(biāo)的量化及數(shù)據(jù)獲取的難易程度和可靠性，盡量利用現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料及有關(guān)煤礦安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

7) 動(dòng)態(tài)性。在掘進(jìn)生產(chǎn)時(shí)，其空間隨時(shí)間在動(dòng)態(tài)發(fā)展，在不同的時(shí)刻，煤巖地層、設(shè)備設(shè)施等的基本構(gòu)件狀態(tài)及作用關(guān)系均是動(dòng)態(tài)變化的。這就決定了指標(biāo)體系建立應(yīng)具有動(dòng)態(tài)性，以綜合反映煤礦危險(xiǎn)源變化趨勢和現(xiàn)狀特點(diǎn)。

3.2安全評價(jià)指標(biāo)確定

指標(biāo)體系應(yīng)能反映掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故的特征和基本狀況，以反映系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)狀態(tài)為目標(biāo)。因此，指標(biāo)體系的構(gòu)成要素對評價(jià)過程至關(guān)重要，選擇的因素太多，可能過分增加系統(tǒng)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和評價(jià)的難度，而且掩蓋了主要的關(guān)鍵因素；指標(biāo)因素過少，評價(jià)過程雖然簡單易行，但難以全面反應(yīng)系統(tǒng)客觀狀況，因此，科學(xué)、客觀、全面的確定指標(biāo)體系具有重要意義。基于前面的FTA、人—機(jī)—環(huán)境—管理和危險(xiǎn)源理論分析基礎(chǔ)上，全面概括掘進(jìn)面瓦斯爆炸事故的特征和因素，確定了掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源安全評價(jià)指標(biāo)體系：

第一類危險(xiǎn)源評價(jià)指標(biāo)：平均斷層落差、單位長度斷層條數(shù)、頂板類型、平均瓦斯涌出量、自然發(fā)火期。

第二類危險(xiǎn)源評價(jià)指標(biāo)：平均風(fēng)速、風(fēng)扇完好率(局扇)、100 m風(fēng)筒漏風(fēng)率、防爆設(shè)備完好率、風(fēng)量供需比、瓦斯抽放率、瓦斯抽放設(shè)備完好率、通訊設(shè)施完好率、機(jī)械化程度。

第三類危險(xiǎn)源評價(jià)指標(biāo)：管理人員受教育年限、管理人員平均工齡、管理人員平均資歷、技術(shù)人員平均工齡、技術(shù)人員所占比例、工人受教育年限、工人平均工齡、民工合同所占比重、工人平均受培訓(xùn)時(shí)間、安全投入兌現(xiàn)率、安全教育、管理干部安全監(jiān)測水平、安全人員出勤率、安全責(zé)任制執(zhí)行率、員工的技能和經(jīng)驗(yàn)、員工的職業(yè)責(zé)任感、規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行水平。

4結(jié)論

1) 對掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行了研究，得出其構(gòu)成也是由三類危險(xiǎn)源組成，但每類危險(xiǎn)源都有自己獨(dú)特的形式存在。有利于確定瓦斯爆炸災(zāi)害事故原因，準(zhǔn)確描述事故的發(fā)生過程。

2) 利用FTA事故樹分析法，以及從人、機(jī)、環(huán)、管理四因素角度全面分析了掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源結(jié)構(gòu)因素，為指標(biāo)體系確定提供可靠的依據(jù)。

3) 從科學(xué)性、系統(tǒng)性、引導(dǎo)性、廣泛性等方面闡述了掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源安全評價(jià)的指標(biāo)體系設(shè)計(jì)時(shí)遵循的原則，并根據(jù)FTA事故樹分析法，人—機(jī)—環(huán)—管理的分析確定了掘進(jìn)面瓦斯爆炸危險(xiǎn)源安全評價(jià)的指標(biāo)體系。

[1] 王魁軍.我國煤礦瓦斯災(zāi)害事故頻發(fā)的原因分析[J].中國煤炭,2003,29(7):9-11.

[2] 周長春等.生產(chǎn)系統(tǒng)危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性評價(jià)原理[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),1995,15(1):50-54.

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StudyonSafetyEvaluationofHeadingFaceGasExplosionHazard

ZhangChong-zhi

In this paper, theoretical analysis of the hazard in coal mine gas explosion hazard heading face sources, and through four aspects of the human, machine, rings, management take advantage of FTA to analyse. Eventually identify the heading face of gas explosion safety evaluation index system.

FTA; Hazard; Heading face; Safety assessment

張崇智 男 1969年出生 1993年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院 工程師 古交 030200

TD712.7

A

1672-0652(2010)07-0035-04

2010-04-28