煤矿瓦斯爆炸应急救援力量需求计算模型

张军波杨程涛2

（1.河南理工大学安全科学与工程学院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集团研究院有限公司，河南省郑州市，450046）

煤矿瓦斯爆炸应急救援力量需求计算模型

张军波1，2杨程涛2

（1.河南理工大学安全科学与工程学院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集团研究院有限公司，河南省郑州市，450046）

针对目前煤矿瓦斯爆炸应急救援缺乏救援力量需求计算方法的情况，对应急救援力量需求影响因素进行分析，建立了救援力量需求计算模型，并将影响因素进行量化，给出模型中各参数的取值范围。在此基础上，以山西省焦煤集团屯兰矿瓦斯爆炸事故为例，对应急救援时所需救援队伍数量进行计算。

瓦斯爆炸 应急救援 力量需求 量化 模型

瓦斯爆炸发生后，短时间内缺乏事故现场详细数据，为尽快调度救援队伍、缩短救援时间，必须预先对应急救援队伍进行调度，但救援队伍调度数量往往是凭借经验。目前，煤矿应急救援的研究领域集中在应急体系、指挥决策、应急评价、避难硐室等层面，未对应急救援行动时救援力量调度数量计算进行研究。对煤矿瓦斯爆炸事故应急救援时的相关影响因素进行分析，建立救援力量需求计算模型，确定相应的救援力量，有助于提高应急救援的效率，确保不因救援人员短缺而影响救援作战行动的进行。

1　救援力量需求模型

1.1 救援特征

煤矿瓦斯爆炸应急救援除了具有其他领域应急救援的不确定性和突发性特征外，也有着其独特的复杂性、空间受限性的特征。

（1）突发性和不确定性。煤矿瓦斯爆炸是个突发性事件，没有事先预警或者预警时间很短，这就使得瓦斯爆炸应急救援具有突发性。事故一旦发生，救援行动必须迅速展开，而此时灾害数据是模糊的、不完备的，给应急救援行动的进行带来极大的不确定性。

（2）空间的受限性。救援人员同样处于井下受限空间，决定了救援过程中很多大型设备是无法使用的，主要还是依靠救援人员自身和所携带的少量小型装备，对救援队伍的数量需求是越多越好。

（3）环境复杂性。瓦斯爆炸应急救援进行时，救援人员所处环境极为复杂，事故造成的危害仍然存在，巷道支护受损，空气中存在着CO等有毒有害气体，且经常有次生灾害的发生。例如，淮南矿业集团谢二矿瓦斯爆炸应急救援时，又连续发生了50次瓦斯爆炸。

1.2 需求影响因素

煤矿瓦斯爆炸应急救援的特征决定了需要对救援力量需求数量的因素进行分析，从而确定合理的救援力量数量。

（1）矿井规模。据统计，2001-2012年，我国197起重特大事故中，国有矿井发生53起，死亡1987人，平均37.5人/起，乡镇矿井发生141起，死亡2804人，平均19.9人/起。因此，越是大型的矿井，通风系统越复杂，危险有害因素越多，瓦斯爆炸事故一旦发生，造成人员伤亡数量也越多，对救援力量的需求有着直接影响。

（2）时间。时间因素包括应急救援行动进行时间的长短和事故发生的具体时间两个内容。应急救援行动的时间越长，需要的队伍就越多。具体时间包括季节、时间段，对2001-2011年的瓦斯爆炸事故发生季节和时间段进行统计，分别如表1和表2所示。

表1　2001-2011年瓦斯爆炸事故季节统计表

表2　2001-2011年煤矿瓦斯爆炸事故时段统计

从表1可以看出，瓦斯爆炸在春季发生次数和死亡人数是最多的，这是因为季节变化与大气压力变化是直接相关的，有研究表明，有一半的瓦斯爆炸与大气压力变化有关。春季气压处于下降过程中，气压的下降会使瓦斯涌出量增加，从而对事故规模带来影响。从表2可以看出，12点至16点时间段内，瓦斯爆炸死亡人数最多，在此时间段内大气压力处于一个下降过程，而矿井瓦斯涌出量也随之上升。

（3）地点。对我国480起3人以上死亡瓦斯爆炸事故进行统计，其中采煤工作面发生164起，掘进工作面发生201起，巷道发生74起，火区、水仓发生35起，采空区发生6起，可以发现瓦斯爆炸事故发生最多的地点为掘进工作面，同时处于离大巷最远的区域，因此，事故发生后，救援人员到达的难度加大，但需求救援人员的数量却最多。

（4）瓦斯涌出量。矿井瓦斯等级不同，瓦斯爆炸的规模也不同。分析2000-2005年期间36起死亡人数在30人以上特别重大瓦斯爆炸事故可以得知，低瓦斯矿井发生瓦斯爆炸事故15起，造成676人死亡，事故次数和死亡人数分别占总次数的41.7%和总人数的27.2%；高瓦斯矿井发生瓦斯爆炸事故21起，死亡人数1805人，事故次数和死亡人数分别占总次数的58.3%和总人数的71.3%。高瓦斯矿井瓦斯爆炸事故次数并不明显高于低瓦斯矿井，但死亡人数却远高于低瓦斯矿井。

1.3 计算模型

在对瓦斯爆炸应急救援影响因素分析的基础上，可以得出瓦斯爆炸事故应急救援力量需求数量数学模型：

式中：S——瓦斯爆炸事故应急救援力量需求数量；

S0——应急救援力量数量基数；

k1——矿井规模系数；

k2——时间系数；

k3——瓦斯爆炸地点系数；

k4——矿井瓦斯涌出量系数。

《矿山救护规程》9.1.2.2和9.4.13条规定了救护队出动小队数量和投入作战的小队数量均为2队，因此，可以确定瓦斯爆炸事故应急救援力量基数为2个小队，即S0=2。因此，式（1）可以简化为：

2　救援力量需求系数

2.1 矿井规模系数

从前述分析中可以看出大型矿井瓦斯爆炸后造成的人员伤亡要远高于小型矿井，大型矿井发生瓦斯事故后波及区域要远大于小型矿井。因此，以灾害波及区域来说明矿井规模系数。灾害波及一个采区系数为1，波及两个以上采区系数为2。

2.2 时间系数

时间系数由时间长度系数、季节季数和时间段系数3部分构成：

式中：k21——季节系数；

k22——时间段系数；

k23——时间长度系数。

（1）季节系数。冬季死亡人数最少，以冬季死亡人数为季节系数的基数，设冬季系数值为1，则春季系数值为1.8，夏季系数值为1.7，秋季系数值为1.5。

（2）时间段系数。4点至8点人员伤亡数量最少，以这个时间段为时间段系数的基数，设4点至8点系数值为1，则0点至4点系数值为1.1，8点至12点系数值为2.1，12点至16点系数值为2.3，16点至20点系数值为1.5，20点至24点系数值为1.1。

（3）时间长度系数。一个呼吸器班不超过4 h，救援人员井下救援一个呼吸器班后需要休息8 h，设4 h内系数值为1，则8 h内系数值为2，8 h以上系数值为3。在救援行动开始时，往往不可能知道多长时间内完成救援任务，因此，时间长度系数取最大值3。

2.3 地点系数

由前文可知，掘进工作面瓦斯爆炸造成的人员伤亡数量最多，以掘进工作面为地点系数的基数，设掘进工作面地点系数为1，则采煤工作面地点系数为0.8，巷道地点系数为0.4，其他地点系数为0.2。

2.4 瓦斯涌出量系数

以每起瓦斯爆炸平均死亡人数来计算，低瓦斯矿井死亡45人/起，高瓦斯矿井死亡86人/起。以低瓦斯矿井死亡人数为基数，设低瓦斯矿井瓦斯涌出量系数为1，则高瓦斯矿井瓦斯涌出量系数为1.9。

3　应用实例

3.1 基本情况

山西省焦煤集团屯兰矿为高瓦斯矿井，2009 年2月22日凌晨2时23分，四采区12403采煤工作面发生一起特别重大瓦斯爆炸事故，事故造成77人死亡、114人受伤，并破坏了整个四采区的通风系统。山西省在全省调动了4个救援大队的18支救护小队，进行了16 h的救援。

3.2 计算

根据屯兰矿此次瓦斯爆炸发生的时间、地点、涉及区域和矿井瓦斯等级，可以确定应急救援力量需求相应的系数值，分别为矿井规模系数k1为1，时间系数中k21为1.8，k22为1.1，k23为3，地点系数k3为0.8，瓦斯涌出量系数k4为1.9。

将上面相关系数值代入式（2）中，可得S= 18.0576。因此，屯兰矿此次瓦斯爆炸应急救援对救护小队需求数量是18支。

3.3 结果分析

将屯兰矿瓦斯爆炸应急救援的相关因素代入模型中，计算结果与实际救护小队数量吻合。但在屯兰矿瓦斯爆炸事故救援过程中，18支救护小队不是在瓦斯爆炸后同时调度的。救援初期，只调度了7只小队。瓦斯爆炸发生后，如果能够迅速确定救护小队数量，并同时调度，提高救援效率，屯兰矿瓦斯爆炸的死亡人数可能就会少于77人。

4　结论

（1）瓦斯爆炸事故应急救援力量需求模型在缺少事故现场详细数据时，预先确定所需救援力量的需求数量，能够提高应急救援的效率。

（2）模型的建立将应急救援力量需求数量判断由经验型推进到科学型，为应急救援的发展提供了一个定量分析工具。

（3）瓦斯爆炸事故应急救援力量需求计算模型涵盖了4个影响因素，可能还有其他因素未考虑到，需要继续进行改进和优化。

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［3］ 高蕊.基于熵理论的煤矿应急救援组织结构优化研究［J］.中国煤炭，2016（1）

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［5］ 许健.煤矿避难硐室中一氧化碳滤除装置［J］.煤矿安全，2015（2）

［6］ 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（2）

［7］ 丁永明，陆卫东，赵四江.西沟矿瓦斯事故危险期与大气压力变化分析［J］.煤炭技术，2009（9）

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［9］ 张江石，李志伟，安宇等.矿井气压变化和瓦斯涌出的关系分析与实证研究［J］.煤矿安全，2009（9）

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（责任编辑 张艳华）

Emergency rescue force requirement calculation model of coal mine gas explosion

Zhang Junbo1，2，Yang Chengtao2
（1.College of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo，Henan，454003；2.Research Institute of Henan Energy and Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan，450046）

For the lack of calculation methods of emergency rescue force requirement of coal mine gas explosion，this paper analysed the influential factors of emergency rescue force requirement and built calculation model of rescue force demand；quantified the influential factors and proposed the range of every parameter in the model.On this basis，taking Tunlan Mine gas explosion of Shanxi Coking Coal Group Co.，Ltd.as an example，the amount of mine incident rescue teams was calculated.

gas explosion，emergency rescue，force requirement，quantification，model

TD773

A

张军波（1978-），男，河南济源人，博士，研究方向：矿井瓦斯防治与应急救援。