掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价研究

张崇智

(西山煤电股份公司西曲矿)

·试验研究·

掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价研究

张崇智

(西山煤电股份公司西曲矿)

通过危险源理论,分析了煤矿掘进面中瓦斯爆炸危险源，并利用FTA从人、机、环、管理4个方面对危险源进行了分析研究，并最终确定了掘进工作面瓦斯爆炸安全评价指标体系。

FTA；危险源；掘进面；安全评价

掘进工作面是矿井事故多发地点，瓦斯事故发生次数和死亡人数占整个瓦斯事故的80%。据统计，在瓦斯爆炸事故中，约60%发生在掘进面。控制掘进面瓦斯爆炸事故的发生是目前煤矿安全生产工作中迫切需要解决的课题。因此，要研究掘进面瓦斯爆炸危险源系统的组成，按照煤矿危险源辨识的理论与方法分析了掘进面瓦斯爆炸危险源系统的结构因素，通过分析确定掘进面瓦斯爆炸安全评价指标。

1 掘进面瓦斯爆炸危险源系统的组成

根据瓦斯爆炸的事故发生的过程和发生机理及其参数指标可知，瓦斯爆炸的必要条件是:

1) 瓦斯积聚超限且浓度达到5%～16%。2) 一定温度的引火源，高温热源存在的时间大于瓦斯的引火感应期。3) 空气中氧含量大于12%。在一般条件下，氧浓度是满足的，只要瓦斯积聚达到爆炸浓度和引燃引爆热源两个基本因素同时具备，就有发生瓦斯爆炸事故的可能。但发生瓦斯爆炸事故的条件例如火源是受到多个随机因素的影响，因而要研究瓦斯爆炸危险源系统必须以前两个条件为基础考虑其系统组成，分析各条件发生的真正原因。

根据瓦斯爆炸事故发生的过程和其危险源的存在形式，掘进面瓦斯爆炸危险源灾害系统是由掘进面的煤岩体，工作空间，瓦斯和空气的混合气体、工作人员、机电设备、隔爆设施、风流、火药、瓦斯监测设备、管理因素等组成了一个空间立体分布的自然和人工因素共同存在的混合系统。根据危险源理论，得到掘进面瓦斯爆炸危险源系统的组成见图1。

图1 掘进面瓦斯爆炸危险源系统组成

从图1可知，瓦斯爆炸的危险源系统是由基本的三类危险源组成，三类危险源之间相互联系，相互影响，共同组成了掘进面的危险源系统。实践表明，采用这种方式能正确分析、确定瓦斯爆炸灾害事故原因，并准确描述事故的发生过程，便于事故的分类。

2 掘进面瓦斯爆炸危险源因素分析

2.1掘进面瓦斯爆炸FTA分析

参考对我国所发生的多次掘进工作面瓦斯爆炸事故的调查资料，编制了掘进工作面瓦斯爆炸事故树，如图2所示。其逻辑函数表达式为：

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

简化后，得到最小割集如下：

因此，可以得出5组割集，每组有9个最小割集，该系统的最小割集总数为5×9=45个，这表明导致瓦斯爆炸有45种可能。从事故树定性分析原理可得知最小割集越多，发生瓦斯爆炸的可能性和危险性越大。

图2 掘进面瓦斯爆炸事故树分析

1) 从图2分析可知，掘进工作面容易发生瓦斯爆炸的原因，一是局部通风管理难度大，容易出现管理失误或管理不善。如局部瓦斯涌出量大，局部通风机任意开停，风筒损坏或接头不严而漏风，风筒末端距掘进工作面太远而风量不足等，不能将瓦斯冲淡排出而导致积聚；二是掘进采用电钻打眼，经常放炮，出现机电设备失爆和放炮不符合规定，从而产生引爆火源的可能性也较多。

引起瓦斯积聚而发生瓦斯爆炸的直接原因也较多:a) 局部通风机停止运转引起瓦斯积聚;b) 风筒被断开、刮坏，严重漏风而又不能及时发现和修补，引起瓦斯积聚;c) 风量不足引起瓦斯积聚;d) 风流短路引起瓦斯积聚;e) 通风系统不合理、不完善引起瓦斯积聚。

2) 根据事故树图和事故树的定性分析可以得到掘进工作瓦斯爆炸危险源主要因素:a) 管理失效；b) 掘进面供风不足；c) 掘进面瓦斯涌出量;d) 瓦斯积聚；e) 煤的自燃发火；f) 电器摩擦火：g) 电器失爆；h) 电缆损坏；i) 放炮火；j) 其它明火。

2.2掘进面瓦斯爆炸人、机、环、管理分析

事故致因理论认为，人、机、环境这三个因素在同一时空两两相遇时才可能发生事故。环境的不安全条件不是发生事故的必要条件，但它往往促成事故发生，提高事故几率，或扩大事故的破坏程度。按照系统安全工程的观点，导致事故的基本因素也是由人的不安全行为和机的不安全状态，具体为人、机和环境3个方面原因，为了预防事故的发生，就应当从上述3个方面进行危险性分析。因而，掘进面瓦斯爆炸事故是由人的不安全行为和机的不安全状态所引起的，它是机、环境、行为等诸因素的多元函数。然而人、机、环境因素是造成掘进面瓦斯爆炸事故的直接原因，受到管理因素的支配；管理是掘进面瓦斯爆炸事故的间接原因，是事故的直接原因得以存在的条件。因此，掘进面瓦斯爆炸瓦斯事故是否发生，影响事故是否发生的主要因素有4项：人、机、环境、管理。见图3。

图3 掘进面瓦斯爆炸人、物、环境、管理示意图

1) 人的因素分析。造成不安全行为可以从人的心理角度、人的生理因素、安全意识水平、安全态度、安全技术水平、受教育程度等角度进行分析。

2) 机的因素分析。在对掘进面瓦斯爆炸机(物)不安全状态因素分析，导致瓦斯爆炸的机(物)的因素很多，但可以从机械化程度、通风系统、生产设备安全性来分析。

3) 环境的因素分析。导致瓦斯爆炸的环境因素包括矿井内部环境和社会环境。

4) 安全管理的因素分析。与人的不安全行为、物的不安全状态有关的事故因素都是事故的直接原因，而人的不安全行为、物的不安全状态，以及人、物、环境的失配得以产生，往往和管理不当及组织失误有关。因此，在弄清人的不安全行为和物的不安全状态的基础上，还应该进一步追踪管理上的原因。

3 掘进面瓦斯爆炸安全评价指标确定

3.1安全评价指标确定的原则

瓦斯爆炸事故危险源安全评价指标体系在设计指标时，应遵循如下原则：

1) 科学性。必须科学地、客观地制定系统评价指标，有必要借助予危险源理论、安全系统分析、瓦斯爆炸机理、瓦斯爆炸事故规律等安全原理、理论、知识以及安全分析方法，在全面的分析和描述基础上综合考虑各个因素，尽量减少指标之间的重叠区域，明确各危险评价指标的范围，科学地识别潜在危险和安全防范不当的措施。

2) 系统性。评价指标应全面反映掘进面瓦斯爆炸的各种因素作用，即要考虑入、机、环境、危险物质等真正事故发生的原因，也要考虑到安全保障体系的结构及状态，同时还要考虑到管理的作用。

3) 引导性。评价时指标体系的设置和评价的实施，指标及其权值要体现与煤矿安全管理总体战略目标相一致的原则，以规范和引导煤矿未来发展的行为和方向。

4) 广泛性。不同类型的煤矿在不同时期都有其特定的安全组织的危险类型，这就要求评价必须具有高度的概括能力，能反映最本质最重要的特质。

5) 可授控。由于对掘进面瓦斯爆炸灾害系统的复杂性，如果过分的追求对系统结构的精确化，则可能导致基础因素状态测量的困难。因此，只要求评价指标要有准确评价标准。也可直接通过统计调查获取的客观存在的指标，使评价结果符合实际。

6) 可操作性。在采用广义多指标时，要求指标体系的设置避免过于繁琐，必须采用定性指标与定量指标结合的原则，还要考虑指标体系所涉及的指标的量化及数据获取的难易程度和可靠性，尽量利用现有统计资料及有关煤矿安全规范标准。

7) 动态性。在掘进生产时，其空间随时间在动态发展，在不同的时刻，煤岩地层、设备设施等的基本构件状态及作用关系均是动态变化的。这就决定了指标体系建立应具有动态性，以综合反映煤矿危险源变化趋势和现状特点。

3.2安全评价指标确定

指标体系应能反映掘进面瓦斯爆炸事故的特征和基本状况，以反映系统存在的危险状态为目标。因此，指标体系的构成要素对评价过程至关重要，选择的因素太多，可能过分增加系统指标体系结构的复杂程度和评价的难度，而且掩盖了主要的关键因素；指标因素过少，评价过程虽然简单易行，但难以全面反应系统客观状况，因此，科学、客观、全面的确定指标体系具有重要意义。基于前面的FTA、人—机—环境—管理和危险源理论分析基础上，全面概括掘进面瓦斯爆炸事故的特征和因素，确定了掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价指标体系：

第一类危险源评价指标：平均断层落差、单位长度断层条数、顶板类型、平均瓦斯涌出量、自然发火期。

第二类危险源评价指标：平均风速、风扇完好率(局扇)、100 m风筒漏风率、防爆设备完好率、风量供需比、瓦斯抽放率、瓦斯抽放设备完好率、通讯设施完好率、机械化程度。

第三类危险源评价指标：管理人员受教育年限、管理人员平均工龄、管理人员平均资历、技术人员平均工龄、技术人员所占比例、工人受教育年限、工人平均工龄、民工合同所占比重、工人平均受培训时间、安全投入兑现率、安全教育、管理干部安全监测水平、安全人员出勤率、安全责任制执行率、员工的技能和经验、员工的职业责任感、规程标准化执行水平。

4结论

1) 对掘进面瓦斯爆炸危险源系统的构成进行了研究，得出其构成也是由三类危险源组成，但每类危险源都有自己独特的形式存在。有利于确定瓦斯爆炸灾害事故原因，准确描述事故的发生过程。

2) 利用FTA事故树分析法，以及从人、机、环、管理四因素角度全面分析了掘进面瓦斯爆炸危险源结构因素，为指标体系确定提供可靠的依据。

3) 从科学性、系统性、引导性、广泛性等方面阐述了掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价的指标体系设计时遵循的原则，并根据FTA事故树分析法，人—机—环—管理的分析确定了掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价的指标体系。

[1] 王魁军.我国煤矿瓦斯灾害事故频发的原因分析[J].中国煤炭,2003,29(7):9-11.

[2] 周长春等.生产系统危险源的危险性评价原理[J].中国安全科学学报,1995,15(1):50-54.

[3] 陈宝智.危险源辨识控制及评价[M].成都：四川科学技术出版社,1996.79-80.

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

张崇智 男 1969年出生 1993年毕业于山西矿业学院 工程师 古交 030200

TD712.7

A

1672-0652(2010)07-0035-04

2010-04-28