煤矿瓦斯爆炸事故重大危险源的辨识与评价模型建立

丁丽娟　刘欢欢

摘要：文章从危险源的概念出发，介绍了瓦斯爆炸事故中三类危险源的定义与成因，分析爆炸事故的形成条件，并对煤矿进行了危险源辨识，然后结合实际生产过程，建立了模型评判方法，用其对煤矿瓦斯爆炸危险进行评判及相应的定量化分析。通过科学有效的事前风险评价，对有效预防瓦斯爆炸和促进安全生产有着重要的意义。

关键词：煤矿；瓦斯爆炸事故；重大危险源辨识；评价模型；定量化分析；风险评价 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

煤炭资源是我国第一大能源，其使用量占我国目前一次能源消费量70%左右，据统计，2013年我国的煤炭年产量已经达到了37亿。但是随着煤炭产量的逐渐提高，相关事故的发生率也在逐年增加，如煤矿透水、冒顶、火灾以及瓦斯爆炸等。其中，瓦斯爆炸是最为严重的灾难事故，它造成的人员伤亡数最多，经济损失最大，社会影响最恶劣。据不完全统计，仅2013年，我国发生的瓦斯爆炸事故多达189起，死亡总人数接近1500人。因此，采用有效的措施来评价煤矿瓦斯爆炸风险，对于遏止瓦斯爆炸事故和安全生产具有重要的现实意义。

2 瓦斯爆炸危险源及风险评价指标

2.1 煤矿瓦斯爆炸危险源理论

对瓦斯爆炸危险源的研究最早始于20世纪70年代的英国，由专门的技术咨询委员会负责执行。对于瓦斯爆炸危险源的辨识是保证煤矿安全工作的前提与关键，也是整个系统风险评价的第一步，其优点是可应用于复杂系统的辨识且快速高效。辨别危险源要确定哪些是潜在发生事故的危险因素，通常采用经验分析预测法和理论分析法两种方法来进行辨别。所谓的经验分析法就是根据已经发生过的事故案例，通过查找其触发因素找出基于现实条件下的危险源；理论分析法就是采用数学模型的方法，预测系统内尚未发生的事故，反推其发生原因，找出其触发因素及潜在的危险源。在本文中，主要采用理论分析法来辨别危险源。

2.2 煤矿瓦斯爆炸危险源辨识方法

根据危险源在事故中起到的作用，我国研究者提出了三类危险源理论，即瓦斯爆炸事故具有第一类、第二类和第三类危险源。第一类危险源：根据传统的能量释放理论，我们认为爆炸事故是危险物质或能量意外释放的一种形式，它可能造成过量的能量作用于人体或者是释放出干扰人体和外界自然能量交换的物质，这些就是造成人身伤害的直接原因。第二类危险源：为了防止能量的意外释放而导致的限制能量措施的破坏失衡的各种因素称之为第二类危险源。第三类危险源是一种主观的危险源，是由于组织者的安全管理决策上的失误以及一些不安全的行为从而造成了系统的失衡而导致的，这类危险源是一种隐藏的危险源，不易辨识。这三种危险源是息息相关的，第一类危险源在事故中会释放出大量的能量，是导致人员伤亡以及财产损失的主体因素，直接决定着事故的严重程度；第二类危险源的出现是第一类危险源事故的产生的必要条件，其难易程度决定了事故发生的可能性的大小；第三类危险源的出现又增加了人们辨别前两类危险源的难度。

瓦斯爆炸的危险源存在着以下特点：动态性。在煤矿开采过程中，随着生产过程的进行，对象和环境不断的更新，连续送入工作空间的新风对瓦斯的稀释是非均匀性的，具有动态特征；非线性。整个瓦斯爆炸危险源系统是一个非常复杂的非线性体系，火源和瓦斯的浓度聚集具有相当大的偶然性，瓦斯聚集的形成变化是非线性的，浓度变化具有随机性，瓦斯和空气的混合有可能是由于瓦斯的长时间积聚，也有可能是瓦斯无规律的大量喷涌而造成；评价单元的复杂性。主要难点在于复杂系统的评价单元的划分，单元内的瓦斯浓度不仅和开采技术、煤矿性质、工作空间状态等有关，还和井下通风系统有关。

综合上述观点和瓦斯爆炸危险源的特点，容易看出这种三类危险源的分类方法可以全面反映危险存在的原因和根源，为从多角度多方面来辨识、评价、管理控制危险源提供了强有力的工具。

2.3 煤矿瓦斯爆炸危险源概述

瓦斯是一种煤层气，其主要成分为甲烷，主要吸附在于围岩或者煤体中。当甲烷和空气以一定比例混合时，如果附近有火种，则两者之间会发生猛烈的氧还原反应并伴随强烈的力学冲击，存在着爆炸的危险。因此，瓦斯浓度达到一定限度，存在高温、火源以及氧气充足是瓦斯爆炸的三个必须条件。

当瓦斯的浓度累计到一定范围时，遇到火源才会发生爆炸，这个临界浓度称之为瓦斯的爆炸界限，据研究，这个爆炸界限为5%～16%。如果瓦斯浓度低于5%，遇到火源时不会爆炸，只会产生一层明显的燃烧层；瓦斯浓度为9%时，爆炸性最强；瓦斯浓度高于16%时，则失去爆炸性，但是遇到明火会发生燃烧。这一爆炸界限并不是恒定的，它还受压力，温度，以及气体组分的影响。瓦斯的着火温度为650℃～750℃，受瓦斯的相对浓度、火源性质以及气压的影响。另外环境中的氧气浓度达到12%时，瓦斯与空气混合气体才会发生爆炸。因此，在开启封闭区域的时需要格外慎重，必须在火种完全熄灭后才能打开，防止新鲜空气的进入导致瓦斯爆炸。因此，通过分析我们得出，瓦斯爆炸事故危险源模型与下述的五种因素紧密相关：（1）固有的瓦斯危险源，瓦斯涌入量（第一类危险源）；（2）引燃瓦斯的火源（诱发危险源，第二类危险源）；（3）环境中的氧气浓度达到12%（诱发危险源，第二类危险源）；（4）瓦斯浓度处于爆炸的极限范围内（诱发危险源，第二类危险源）；（5）人为的管理缺陷，制度缺失（第三类危险源）。

一般来说，绝大多数瓦斯爆炸事故只有在这五种因素同时存在并且相互作用时才有可能发生。采用这种因素分析方法模型，能够准确地描述事故的过程，迅速地确定事故的发生原因。

3 瓦斯爆炸危险源风险评价体系的建立

建立瓦斯爆炸危险源风险评价体系有以下原则：（1）理论性原则。根据危险源理论分析得到的指标，必须和实际工况相联，真实地反映爆炸事故的特征；（2）明确性原则。指标的概念必须要明确，明确指标的范围；（3）层次性原则。各指标之间需要有明确的从属关系和相互作用关系，具有明晰的层级结构，更好地反映系统风险评价功能；（4）适用性原则。建立评价体系时要结合不同地区的实际情况和特征进行评价。

根据事故发生理论可知，人、机器和环境这三个必需的要素只有在同一时空中两两相交的时候才有可能发生事故，图1所示为瓦斯爆炸人-机-环境系统，有三种危险因素，图中两个圆交叉的部分为事故较易发生区，三个圆的交叉部分为事故高发频率区。

图1 瓦斯爆炸的人、机、环境系统示意图

为了研究煤矿瓦斯事故爆炸的危险性，寻找整个运行系统的薄弱环节从而进一步提高系统安全性，我们在遵守危险源风险评价体系建立原则的基础上，充分考虑瓦斯爆炸“人-机-环境”这一特点，初步建立了重大危险源风险评价模型并将其应用于实践。

重大危险源风险评价模型方程。本文根据煤矿瓦斯的爆炸特点和对以往事故的分析，参考其他行业的评估方法，提出了一个简化的风险评价模型。

H=K*D/6000 （1）

式1中H为系统危险源总的风险度，0

其中：

K=（P1+P2+P3）/3 （2）

P1，P2，P3分别为人，机器和环境的不安全系数。

D=L*E*C （3）

L为事故发生的可能概率，E为作业场所的人口密度，C为预估的事故严重度

上述公式中的所有参数都可以在相应的国标中查出。该方法简便易行，分析简单，具有较强的实际操作意义。

4 相关案例分析

某矿区发生特大瓦斯爆炸事故，作业人员64人，死亡52人，受伤12人中重伤2人，直接经济损失200万。勘测得瓦斯涌出量为1.9cm3/min，浓度达到10%以上。勘测得事故原因为相关人员违章操作拉出电线，电火花引起了瓦斯爆炸。

根据我国相关国标的规定，可以得到可能发生事故的概率L=10，作业场所人口密度E=6，事故严重度C=100，计算得到D=6000，查找相关规定，属于极其危险的级别，企业应该停产整顿。

由经验可以判断，在本事故中，人、机、环境的不安全情况均比较严重，P1、P2、P3均取0.6，则K=0.6。

根据公式1，H=0.6，属于风险较大的级别，该事故是极其容易发生的。

5 结语

本论文以安全工程学、危险源学说以及相应的事故致因理论为基础，结合实际情况下煤矿瓦斯爆炸的特点，对如何辨识煤矿瓦斯爆炸危险源进行了探讨，提出了评价瓦斯爆炸风险的半定量模型和计算方法，通过实际案例分析证实了其可能性，对于瓦斯爆炸的事前预防具有积极的意义。但是瓦斯爆炸是一种非常复杂的现象，因此该评价模型仍需进一步的完善，从而更好地预测事故可能性，进一步降低瓦斯爆炸造成的经济损失。

参考文献

[1] 陈红，祁慧，谭慧.中国煤矿重大瓦斯爆炸事故规律分析[J].中国矿业，2005，14（3）.

[2] 殷文韬，傅贵，袁沙沙，等.2001～2012年我国重特大瓦斯爆炸事故特征及发生规律研究[J].中国安全科学学报，2013，23（2）.

[3] 李润求，施式亮，罗文柯.煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究[J].中国安全科学学报，2010，20

（2）.

[4] 张甫仁，景国勋.矿山重大危险源评价及瓦斯爆炸事故伤害模型建立的若干研究[J].工业安全与环保，2002，28（1）.

[5] 张耀丽，王凤英.浅析煤矿瓦斯爆炸事故的原因及预防措施[J].科技信息（学术研究），2007，35.

作者简介：丁丽娟（1983-），女，河南南阳人，河南省煤炭科学研究院有限公司助理工程师，研究方向：煤矿设备检（监）测。

（责任编辑：王 波）