煤矿重大事故风险评价方法的研究与应用

2012-01-09曹庆贵王以功

中国矿业 2012年10期

曹庆贵，王以功

(1.山东科技大学资源与环境工程学院,山东青岛 266590；2.山东科技大学泰安校区，山东泰安 271019)

由于我国煤炭资源分布范围广泛，地质条件复杂，煤炭生产一直受到各种灾害，特别是瓦斯、水害、火灾及顶板事故等的威胁[1]。据近几年煤矿重大事故统计资料，瓦斯事故死亡人数始终位居前列。2005～2008年，全国煤矿瓦斯事故死亡人数占总死亡人数的30.3％；在特别重大煤矿事故中，瓦斯煤尘爆炸事故更是明显高于其他事故[2-3]。虽然近年来瓦斯事故得到了较为有效的控制而呈下降趋势，但也有反复。

其次，矿井水害事故和火灾事故也占煤矿事故死亡人数的相当比重[4]。2010年3月的1个月内，国内就发生了2起特别重大煤矿水灾事故(内蒙骆驼山煤矿死亡32人，山西王家岭煤矿死亡38人)；2002年，全国煤矿共发生水灾事故146起，死亡463人，占重特大事故死亡人数的比例仅次于瓦斯事故。而煤矿火灾事故，则由于来势凶猛，容易造成众多人员伤亡。2006年11月12日，山西省晋中市南山煤矿井下发生火灾事故，造成34人死亡；2008年9月20日，黑龙江富华煤矿井下发生火灾事故，31人遇难。

由上述分析可知，瓦斯煤尘爆炸事故、矿井火灾事故和矿井水灾事故对煤矿安全生产的威胁十分严重，是煤矿生产过程中应该重点予以防范的重大事故。为有效预防这些事故的发生，首先需要充分掌握它们的实际危险状况，即应该对煤矿重大事故危险性进行有效的风险评价。本文对这3种煤矿重大事故风险评价方法及其应用工作进行了探讨。

1 煤矿重大事故风险评价方法设计

1.1 风险评价方法概述

风险评价也称为安全评价，是按照科学的程序和方法，对系统中的危险因素、发生事故的可能性及损失与伤害程度进行调查研究与分析论证，并以既定的指数、等级或概率值作出表示。再针对存在的问题，根据当前科学技术水平和经济条件，提出有效的安全措施，以便消除危险或将危险降低到最小的程度。风险评价的种类和方法很多，根据评价指标的量化程度，可划分为定性风险评价方法和定量风险评价方法[5]。定性风险评价主要依靠评价人员的知识和经验进行，评价结果的正确性和可靠性很难保证，况且受人的主观影响较大；定量风险评价则通过计算和分析，对系统中存在的危险性进行定量化处理，确定危险性的等级或发生概率，从而为事故预防和安全管理工作提供数量依据，以便科学合理地选择并实施事故预防措施，消除或控制危险。因此，为提高风险评价的可靠性和实施效果，应优先选用定量评价方法。

定量风险评价方法有两个主要的发展趋势，一种是以可靠性为基础的方法，另一种是指数法。可靠性安全评价法也称为概率法，是通过计算发生事故的概率和风险率，并和社会允许的安全值(即安全指标)进行比较，以确定被评价系统的安全状况，其评价、计算过程比较复杂，且需要足够的基础数据，但评价精度较高；指数法也称为评分法，是通过评定、计算各个评价指标的危险分数来确定系统危险状况的方法，评价、计算过程简单，使用起来比较容易，但评价精度稍差。

1.2 煤矿重大事故风险评价方法设计

煤矿重大事故风险评价方法，既应该有足够的可靠性，更应该具有良好的可操作性，以便在日常煤矿事故预防工作中应用。按照这一思路，本文采用指数法(评分法)进行煤矿重大事故风险评价。评价过程中，分别根据“煤矿水灾事故危险性评价表”和“瓦斯煤尘爆炸与火灾事故危险性评价表”对各自的评价指标进行检查和评定，然后将各个指标的评价结果输入计算机，由计算机计算煤矿水灾危险性等级、瓦斯煤尘爆炸危险性等级和矿井火灾危险性等级，进行日常风险管理工作。

为此，需设计两个评价表，根据对它们的检查和评定，分别评价水灾、火灾和瓦斯煤尘三类重大事故危险性；火灾和瓦斯煤尘爆炸两类事故危险性的评价结合进行。

2 矿井水灾事故风险评价

2.1 矿井水灾事故风险评价方法

本文根据专家咨询法确定矿井水灾事故风险评价指标[6-7]。即，通过召开专家座谈会，在反复征询论证的基础上，确定矿井水灾事故风险评价指标，如表1所示。表中同时列出了各个评价指标的权值。

表1 水灾事故危险性评价指标及其权值

矿井水灾事故危险性评价表，如表2所示。按照该表进行检查评定，确定每一评价指标的得分，然后按下式计算矿井水灾危险性指数：

(1)

式中，Fw为矿井水灾危险性指数；Qi为评价指标i的权值；Fi为评价指标i的得分；n为评价指标的数目，n=9。

根据矿井水灾危险性指数Fw的数值大小，划分矿井水灾危险性等级，如表3所示。

实际进行风险评价时，若其中的某些评价指标处于最高危险等级时，尽管矿井总的危险指数不是很高，但如果不能及时解决这些指标中存在的问题，则很可能会造成水灾事故。为解决此问题，将这些指标作为“否决”指标。矿井水灾危险性评价的“否决”指标为:①矿井探、放水；②断裂与陷落柱；③钻孔通道；④防水煤岩柱。

“否决”指标的具体处理方式是：

如果有任何一个“否决”指标的评价分数达到9分，则：

若根据危险指数判断，矿井水灾危险性等级未达到Ⅱ级，则确定为Ⅱ级；

若根据危险指数判断，矿井水灾危险性等级已达到Ⅱ级，则确定为Ⅰ级。

表2 矿井水灾事故危险性评价表(节录)

表3 评价标准与安全对策

2.2 评价指标的评分标准

对每一评价指标i(i=1,2,…,9)，当其处于表2中的不同等级时，其评分标准如表4所示。

表4 评价指标的评分标准

2.3 评价指标的权值

我们采用层次分析法确定各个评价指标的权值，其中的判断矩阵通过专家咨询法求得。为了便于应用，将由层次分析法得出的权值数乘以10，作为实际应用的各指标权值Qi。这样，各指标的权值满足：

(2)

经过上述计算和处理，得出各个矿井水灾风险评价指标的权值，已列在表1中。

3 矿井火灾及瓦斯煤尘爆炸事故风险评价

采用指数法，对矿井火灾事故和瓦斯煤尘爆炸事故两类事故危险性结合进行评价。风险评价指标共有12个，如表5所示。进行瓦斯煤尘爆炸事故风险评价时，取其中的第1～10个指标；矿井火灾事故风险评价则取第7～12个指标。这两类事故风险评价过程中，风险评价方法、危险指数计算等都与上述水灾事故风险评价方式相同。

表5 矿井火灾与瓦斯煤尘爆炸事故风险评价指标

我们设计应用了“矿井火灾与瓦斯煤尘爆炸事故危险性评价表”。瓦斯煤尘爆炸风险评价指标中的“否决”指标为：①瓦斯浓度;②瓦斯排放与管理;③明火管理;④放炮管理。矿井火灾危险性评价指标中的“否决”指标是:①明火管理;②胶带机防火。

4 煤矿重大事故风险评价方法的应用

4.1 煤矿重大事故风险评价系统

为便于开展煤矿重大事故风险评价工作，提高风险评价的速度、准确性和规范性，并开展科学有效的风险管理工作，我们设计应用了“煤矿重大事故风险评价系统”。此系统是B/S模式的应用软件系统[8]，与煤矿重大事故风险评价方法配套应用，在煤矿企业局域网上开展重大事故风险评价和风险管理工作。

煤矿重大事故风险评价系统的主要功能，包括风险评价计算、风险评价结果管理、重大事故风险预警、安全对策提示，以及风险监测处理等。输入各评价指标的评定分数后，计算机自动计算瓦斯煤尘爆炸危险性指数、矿井水灾危险性指数和矿井火灾危险性指数，分别确定瓦斯煤尘爆炸危险等级、矿井水灾危险等级和矿井火灾危险等级，输出各重大事故危险性指数、危险等级，以及存在的各种问题，即各个不合格指标情况；同时，按照既定的规则对煤矿重大事故风险进行预警，并提出相应的安全对策。例如，当重大事故风险等级为Ⅰ级时，要求停产整改，并启动相应的重大事故应急预案。

4.2 煤矿重大事故风险评价方法的应用及效果

煤矿重大事故风险评价方法，已经应用在多个煤矿企业的事故预防工作中。其中，在新汶矿业集团公司协庄煤矿应用2年多，取得了良好效果。协庄煤矿设计生产能力120万t/a，经改扩建后，现已达到200万t。现采用多水平斜井、立井混合开拓方式，多井筒混合通风方式，主要通风机工作方法为抽出式。可采煤层划分为两组，二、四、六层煤为前组，十一、十三、十五层煤为后组。中厚煤层(前组煤)采用综合机械化采煤方法，薄煤层采用炮采。矿井属低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为10.79m3/min、相对瓦斯涌出量为3.88m3/t，煤尘有爆炸危险性；煤层为自燃煤层，自然发火期为6个月；上组煤的水文地质类型为裂隙岩溶类简单型，下组煤为Ⅲ类复杂型岩溶充水矿床，综合水文地质类型为Ⅲ类复杂型。

按表2所示“矿井水灾事故危险性评价表”进行检查评价，2008年5月所得结果，如表6所示。

表6 矿井水灾危险性评价结果表

将表6数据代入式(1)，求得协庄煤矿水灾危险性指数为:Fw=20.88

由表6可知，矿井水灾危险性评价的4个“否决”指标的评价分数均未达到9分，所以，其水灾危险性等级为Ⅳ级——安全。需正常做好水灾事故防治工作，注意防止水灾危险程度扩大。

同时，应用“矿井火灾与瓦斯煤尘爆炸事故危险性评价表”进行评价，求得矿井火灾危险性指数为32.58，瓦斯煤尘爆炸危险性指数为21.76，危险性等级也都属于Ⅳ级。

日常的安全工作中，按照规定周期对煤矿重大事故风险进行评价(对于评价指标中的“动指标”，每天至少检查、汇报一次)，并在此基础上开展安全决策和事故预防工作，既杜绝了瓦斯煤尘爆炸、矿井水灾和矿井火灾事故，也促进了矿井整体安全生产水平的提高。自2008年1月以来，协庄煤矿未发生重伤以上事故，也杜绝了重大非人身事故。

实践证明，通过进行煤矿重大事故风险评价，可

以及时、准确地掌握瓦斯煤尘爆炸、矿井水灾和矿井火灾事故危险程度，有针对性地采取安全对策措施，有效控制重大事故风险；同时，其配套应用软件系统在局域网的支持下，实时进行风险监控和风险预警工作，为安全决策提供科学的依据。因此，本文研究成果具有显著的社会效益和明确的间接经济效益。