劉 健

(四川省樂(lè)山市犍為縣應(yīng)急管理局,四川 樂(lè)山614400)

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)煤礦災(zāi)害治理的重視,礦井的安全狀況進(jìn)一步提升,我國(guó)煤礦安全事故總量與事故傷亡率均呈逐年下降趨勢(shì)[1-2],但礦井瓦斯爆炸事故仍然突出。據(jù)統(tǒng)計(jì),2005—2014年共發(fā)生重大及特別重大瓦斯爆炸事故110起、死亡2 789人,占該期間所有重特大煤礦事故發(fā)生起數(shù)的51%、死亡人數(shù)的59%,超過(guò)第2位的水災(zāi)事故1倍以上[3-5]。

礦井瓦斯爆炸事故危害巨大,國(guó)內(nèi)外學(xué)者更加重視對(duì)其研究。王蒙蒙[6]采用事故樹(shù)方法對(duì)山西朱家店煤礦進(jìn)行瓦斯爆炸事故定量分析,對(duì)該礦危險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)價(jià),并提出管理措施和建議。?？琜7]采用事故致因“2-4”模型研究礦井瓦斯爆炸事故,分析事故原因并提出相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。孫海山[8]從人的因素分析瓦斯爆炸的原因并提出治理對(duì)策。趙華杰等[9]基于煤礦瓦斯爆炸建立危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模型；Kent Anderson[10]對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故中的危險(xiǎn)源進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),提出了煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源辨識(shí)理論,得出是否發(fā)生瓦斯爆炸主要取決于系統(tǒng)中是否存在臨界的危險(xiǎn)源。學(xué)者們從不同角度出發(fā),采用不同的研究方法分析礦井瓦斯爆炸事故,對(duì)治理瓦斯爆炸事故有積極作用,但偏于定性或定量方法研究。

采用爆炸危險(xiǎn)源辨識(shí)、瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子評(píng)估法與事故樹(shù)分析法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,對(duì)木城澗煤礦有可能會(huì)發(fā)生的瓦斯爆炸事故進(jìn)行綜合安全評(píng)價(jià),并對(duì)可能導(dǎo)致瓦斯爆炸的隱患提出預(yù)防措施,為礦井瓦斯災(zāi)害防治提供依據(jù)。

1 木城澗煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源辨識(shí)

1.1 木城澗煤礦概況

木城澗煤礦屬雙紀(jì)井田,開(kāi)采石炭二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)煤層。目前石炭紀(jì)資源已基本枯竭,主要以生產(chǎn)侏羅紀(jì)煤為主。該礦煤層地質(zhì)十分復(fù)雜,煤層賦存極不穩(wěn)定,且儲(chǔ)量可靠性差、資源量緊張、采區(qū)接替和水平接替十分困難。為了維持其年產(chǎn)150萬(wàn)t的較高產(chǎn)量規(guī)模,煤礦一直采用多水平、多工作面同時(shí)開(kāi)采。2011年,經(jīng)過(guò)對(duì)礦井瓦斯等級(jí)鑒定:該礦井瓦斯絕對(duì)涌出量最大2.35 m3/min,瓦斯相對(duì)涌出量最大0.74 m3/t；二氧化碳絕對(duì)涌出量最大3.51 m3/min,二氧化碳相對(duì)涌出量最大1.10 m3/t。經(jīng)北京市發(fā)改委批準(zhǔn),木城澗煤礦為低瓦斯礦井。

木城澗煤礦開(kāi)采的不利因素眾多,雖然鑒定結(jié)果表明該礦井為低瓦斯礦井,但是并非安全礦井,甚至有可能因管理不善、制度不健全等原因會(huì)成為事故多發(fā)礦井[11]。因此,根據(jù)木城澗煤礦概況,對(duì)該煤礦進(jìn)行瓦斯爆炸事故評(píng)價(jià)是相當(dāng)有必要的。

1.2 木城澗煤礦瓦斯爆炸三類(lèi)危險(xiǎn)源分析

在礦井瓦斯事故分析中,引起瓦斯事故的主要因素有5個(gè):①瓦斯固有危險(xiǎn)源。②瓦斯?jié)舛忍幱诒O限范圍內(nèi),即5%～16%。瓦斯爆炸極限是不固定的,當(dāng)受到某些因素影響時(shí),爆炸極限將相應(yīng)地縮小或放大。③存在引燃引爆火源,溫度為650～750℃。④環(huán)境中氧氣的濃度大于12%。⑤管理缺陷。

因素①屬于第一類(lèi)危險(xiǎn)源。②、③、④是引起能量意外釋放的條件,是造成限制能量措施失效或破壞的不安全因素,屬于第二類(lèi)危險(xiǎn)源。而有效的管理措施可以防止3種因素同時(shí)出現(xiàn),相反,管理缺陷可直接造成這3種因素的產(chǎn)生,從而導(dǎo)致對(duì)第二類(lèi)危險(xiǎn)源的控制失效,因此,⑤屬于第三類(lèi)危險(xiǎn)源。

以礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)源劃分為依據(jù),根據(jù)木城澗煤礦實(shí)際情況,對(duì)可能造成瓦斯爆炸的危險(xiǎn)因素進(jìn)行劃分,劃分結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 木城澗煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源劃分

2 木城澗煤礦瓦斯爆炸事故安全評(píng)價(jià)

2.1 木城澗煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子評(píng)估法

2.1.1 瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子評(píng)估法

采用FTA理論分析,可得瓦斯爆炸事故樹(shù),如圖1所示。

圖1 瓦斯爆炸事故樹(shù)

如圖1所示的事故樹(shù)分析中,各符號(hào)代表的事件如下:T為礦井瓦斯爆炸事故；X1為礦井瓦斯等級(jí)；X2為礦井瓦斯管理；X3為井下通風(fēng)管理；X4為機(jī)電設(shè)備失爆率；X5為瓦斯檢查員素質(zhì)；X6為機(jī)電工人素質(zhì)；X7為放炮員素質(zhì)；X8為領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行安全方針；X9為機(jī)電設(shè)備和硐室的安全保護(hù)裝置；X10為安全管理現(xiàn)狀。

圖1所示的事故樹(shù)結(jié)構(gòu),可得出事故樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)為:

式中:各符號(hào)均表示其對(duì)應(yīng)因子值,c為礦井瓦斯等級(jí)因素；d為礦井瓦斯管理因素；e為井下通風(fēng)管理因素；f為機(jī)電設(shè)備失爆率因素；g為瓦斯檢查員素質(zhì)因素；h為機(jī)電工人素質(zhì)因素；i為放炮員素質(zhì)因素；j為領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行安全方針因素；k為機(jī)電設(shè)備和硐室的安全保護(hù)裝置因素；m為安全管理現(xiàn)狀。

由于頂上事件發(fā)生概率的大小表示了事故發(fā)生的可能性的大小,其實(shí)質(zhì)就是體現(xiàn)了事故危險(xiǎn)性的嚴(yán)重程度,因而,可以把頂上事件發(fā)生概率P用危險(xiǎn)嚴(yán)重程度W來(lái)表示,則W為:

2.1.2 木城澗煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)性評(píng)估

根據(jù)木城澗煤礦實(shí)際情況,依據(jù)瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子取值表,對(duì)相關(guān)因子取值,見(jiàn)表2。

表2 木城澗煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子取值

將各因子取值帶入礦井瓦斯事故危險(xiǎn)程度評(píng)估函數(shù)公式(3)中,得出礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)程度分值,計(jì)算得出木城澗煤礦爆炸危險(xiǎn)度分值為6。參考礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)度分值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知:當(dāng)5＜W≤20時(shí),礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)度級(jí)別為Ⅲ級(jí),危險(xiǎn)程度為比較危險(xiǎn)。

2.2 木城澗煤礦瓦斯爆炸事故樹(shù)評(píng)價(jià)

2.2.1 木城澗煤礦瓦斯爆炸原因及事故樹(shù)構(gòu)成

通過(guò)對(duì)木城澗礦井的調(diào)查,將引起木城澗礦井瓦斯爆炸的瓦斯積聚和引爆火源的原因列于表3、表4中。表中的百分比依據(jù)次數(shù)/總次數(shù)來(lái)計(jì)算。根據(jù)瓦斯爆炸機(jī)理的相關(guān)理論,瓦斯爆炸主要是由于爆炸性瓦斯遇到引爆火源而未被及時(shí)處理所致,瓦斯爆炸作為研究的頂上事件,用T表示；各類(lèi)導(dǎo)致瓦斯積聚、引爆火源的因素又構(gòu)成了可能引起瓦斯爆炸發(fā)生的基本事件,用X表示；Ai、Bi(i=1,2,…,n)為中間事件。按照事故樹(shù)的編制規(guī)則,將各類(lèi)導(dǎo)致瓦斯積聚、引爆火源的因素之間的關(guān)系通過(guò)“與”“或”邏輯關(guān)系連接起來(lái),建立起瓦斯爆炸事故樹(shù)模型,如圖2所示。

表3 木城澗煤礦瓦斯積聚的原因

表4 木城澗煤礦產(chǎn)生引爆火源的原因

圖2 木城澗礦井瓦斯爆炸事故樹(shù)

2.2.2 木城澗煤礦事故樹(shù)分析

1)結(jié)構(gòu)表達(dá)式

2)最小割集求解

利用布爾代數(shù)法對(duì)式(4)進(jìn)行簡(jiǎn)化,分析得出最小割集156組,每一個(gè)最小割集就是一條引起瓦斯爆炸的途徑。最小割集包括:

由上式化簡(jiǎn)結(jié)果可得出成功樹(shù)的6個(gè)割集,對(duì)其對(duì)偶變化即為事故樹(shù)的6個(gè)最小徑集:{X1,X2,X3,…,X13},{X14,X15,X16,…,X25},{α},{β},{γ},{λ}。

4)結(jié)構(gòu)重要度

從上面的最小割集求解可知,每個(gè)最小割集中基本事件的個(gè)數(shù)相等,故運(yùn)用最小割集排列法進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度分析,即基本事件重復(fù)次數(shù)多的比重復(fù)次數(shù)少的結(jié)構(gòu)重要度大。在事故樹(shù)的156個(gè)最小割集中,α,β,γ,λ各出現(xiàn)156次,X1,X2,X3,…,X13各出現(xiàn)12次,X14,X15,X16,…,X25各出現(xiàn)13次。所以,其結(jié)構(gòu)重要度按從大到小排序?yàn)?

3 木城澗煤礦瓦斯爆炸預(yù)防措施

3.1 防止瓦斯積聚

①對(duì)瓦斯含量較大的煤巷和半煤巖巷掘進(jìn)工作面,嚴(yán)格檢查瓦斯、裝藥放炮、灑水降塵、局部通風(fēng)等項(xiàng)目。②加強(qiáng)通風(fēng)管理和瓦斯監(jiān)測(cè),對(duì)不合理的通風(fēng)系統(tǒng)要迅速改造,使通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定、可靠,實(shí)行分區(qū)通風(fēng)。③排放瓦斯前必須制定專(zhuān)門(mén)的瓦斯排放措施,并按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行報(bào)批,嚴(yán)格按要求進(jìn)行排放。④按規(guī)定配齊便攜式瓦斯報(bào)警儀,下井人員要佩帶便攜式瓦斯報(bào)警儀。⑤避免出現(xiàn)任何形式的盲巷,長(zhǎng)期不用的巷道必須及時(shí)封閉。

3.2 防止引爆火源

①加強(qiáng)火藥放炮管理,推廣使用水膠炸藥和乳化炸藥,使用水炮泥。②井下杜絕一切火源產(chǎn)生或限制其引爆能量,禁止一切明火、電火花、炮火、摩擦火花、靜電火花等。③加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備維修,提高電器設(shè)備防爆性能,建立和執(zhí)行機(jī)電設(shè)備使用、操作、維護(hù)和檢查責(zé)任制。

3.3 防止管理失誤

①完善管理制度,加強(qiáng)培訓(xùn),培養(yǎng)組織安全文化、安全氛圍。②加強(qiáng)安全態(tài)度、安全法制、安全知識(shí)、安全技能的教育。

3.4 防止傷亡事故擴(kuò)大

①進(jìn)一步提高煤礦應(yīng)急救援管理意識(shí),完善并落實(shí)應(yīng)急救援責(zé)任制。②建立投入保障機(jī)制,加大安全投入,規(guī)范煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”設(shè)計(jì)。③要加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)工作,提高職工應(yīng)急救援意識(shí)和技能,增強(qiáng)煤礦企業(yè)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。

4 結(jié)論

1)依據(jù)礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)源等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)木城澗煤礦所存在可能導(dǎo)致瓦斯爆炸的危險(xiǎn)因素進(jìn)行劃分,得出了木城澗煤礦瓦斯爆炸的第一類(lèi)、第二類(lèi)、第三類(lèi)危險(xiǎn)源。

2)根據(jù)木城澗煤礦實(shí)際情況,采用瓦斯爆炸危險(xiǎn)因子評(píng)估方法,得出木城澗煤礦爆炸危險(xiǎn)度分值為6,礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)度級(jí)別為Ⅲ級(jí),危險(xiǎn)程度為比較危險(xiǎn)。分析木城澗煤礦瓦斯爆炸事故樹(shù),得出事故樹(shù)有156組最小割集,即有156種可能導(dǎo)致瓦斯爆炸的途徑。結(jié)合瓦斯爆炸事故樹(shù)最小徑集與結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算結(jié)果,更能準(zhǔn)確掌握可能會(huì)導(dǎo)致木城澗煤礦瓦斯爆炸的主要因素。

3)采用危險(xiǎn)源辨識(shí)與等級(jí)劃分、危險(xiǎn)因子評(píng)估法以及事故樹(shù)方法對(duì)木城澗煤礦瓦斯爆炸事故進(jìn)行安全評(píng)價(jià),綜合分析評(píng)價(jià)結(jié)果,從而制定符合木城澗煤礦實(shí)際情況的瓦斯爆炸預(yù)防措施。