地质构造复杂工作面安全风险辨识评估

李建军 王 尧 佟文亮

（1.山东省岱庄生建煤矿，山东 济宁 277600；2.山东科技大学矿业与安全工程学院，山东 青岛 266590）

1 工作面基本情况

岱庄生建煤矿32405工作面位于四采区中部，煤岩整体为单斜构造，里高外低，走向NE，倾向SE，倾角6～12°左右。该工作面煤厚3.1～4.5m，平均3.7m，煤层坚固系数为f=1.5～2。工作面北侧为尹家洼断层，东侧为4F1-1和4F4断层，西侧为4F10-1断层和阎村断层，尹家洼断层和阎村断层按规定留设了保护煤柱，其他小断层多，导致工作面地质构造复杂。该工作面掘进正常涌水量在1m3/h,最大涌水量2m3/h。在该面北边的32435采空区及附近巷道内有积水，水源主要来自3下煤层砂岩裂隙水，通过顶板淋水、裂隙涌入到工作面内；瓦斯绝对涌出量约为0.48m3/min；煤尘爆炸指数为36.16%；自燃倾向性等级为Ⅱ类；工作面地温24℃左右，不受热害影响；无冲击地压现象发生；顶板岩石抗压强度平均为31.8MPa，底板岩石抗压强度平均为22.0MPa。

2 工作面危险因素风险等级确定

考虑到该工作面危险因素较多，所以采用模糊数学的方法对该工作面进行评价。模糊数学综合评价就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑与被评价事物相关的各个因素。结合该工作面煤层地质条件，对其进行危险源辨识。

2.1 危险因素辨识

对矿井进行安全风险识别时，以风险物质为主，结合生产工艺、作业条件、作业方式、使用的设备设施及开采技术条件等情况进行综合分析。通过对矿井生产状况的调查与分析，对照有关法律、法规、标准等规定，辨识其可能存在的主要安全风险及重大安全风险主要有：顶板事故及刷切眼大断面掘进、地质构造、煤尘飞扬和积聚、机电运输事故、水害事故。

2.2 安全风险等级划分

风险矩阵评估法是由风险发生的可能性和可能造成的损失评定分数，进而确定相应的风险等级，风险等级划分如表1所示。

表1 风险等级划分

2.3 危险事件风险矩阵量化评价

风险矩阵法是根据危险事件发生的可能性及其可能造成的后果的乘积来衡量风险的大小，其计算公式是：风险值D=PC；

式中：P-给定时间间隔内系统事故发生概率；

C -事故严重度。

该方法是运用概率危险性安全评价，以危险度作为衡量指标，将危险性量化处理。

其具体方法是列出矩阵表，将该系统的危险因素先进行等级判别，作为矩阵第一行和第一列，可分别用A、B、C、D、E、F代表，比较每一列的严重性，利用累计概率分布函数确定各类别赋值，其公式为：；式中ai为累计因子，xi为时间间隔，R为事故发生概率，由此可得风险程度矩阵如表2所示。

表2 风险程度矩阵表

2.4 量化评价分析

根据风险程度矩阵表，结合对危险因素的辨识，针对各危险因素的量化评价分析如下：

（1）工作面老巷多、顶板压力大、应力集中，危险等级较高，施工过程中应加强监测。事故造成的损失可能性赋值为4，事故发生的严重性赋值为6，安全风险值为24，为较大风险。

（2）煤尘爆炸指数为36.16% ，易引起煤尘爆炸事故，事故造成的损失可能性赋值为6，事故发生的严重性赋值为2，因此两巷掘进工作面回采期间煤尘爆炸的安全风险值为12，煤层属Ⅱ类自燃煤层，可能出现采空区高温点或自燃发火事故，事故造成的损失可能性赋值为4，事故发生的严重性赋值为3，因此工作面回采期间火灾发生的安全风险值为12，为一般风险。

（3）掘进过程中，不严格按照标定的方向、中线施工，易发生误贯通事故。由于水源主要来自3上煤层砂岩裂隙水，3上1106工作面初次放顶及推采至“见方”影响区域时，在两顺槽内可能发生矿压显现，材料巷边采边加、边采边撤，可能因为操作不当造成机电事故，事故造成的损失可能性赋值为3，事故发生的严重性赋值为4，安全风险值为12，为一般风险。

（4）3上1106材料巷沿3上1104采空区掘进，煤柱可能压酥漏风，出现气体溢出伤人事故，3上1106工作面开采到临近断层时，可能因为采动应力与构造应力叠加影响引起冒顶事故，事故造成的损失可能性赋值为2，事故发生的严重性赋值为4，因此工作面过断层的安全风险值为8，为低风险。

（5）32405北面的32435采空区及附近巷道内有积水，工作面回采前需对该积水区超前进行疏放。事故造成的损失可能性赋值为4，事故发生的严重性赋值为5，安全风险值为20，为较大风险。

（6）工作面采用绞车、无极绳绞车运送材料，可能因为操作不当造成运输事故，电气设备在安装或使用过程中，有可能发生电气短路故障，引起火灾事故，造成的损失可能性赋值为3，事故发生的严重性赋值为3，因此绞车、无极绳绞车运输及安装或使用电气设备的安全风险值为9，为低风险。

3 工作面危险因素预防措施

通过对危险因素的辨识及评价，针对各危险因素的安全风险值及危险度，采取如下措施：

（1）在施工工艺上，采取左右两半交替施工；在支护上，采取锚网、锚索、喷浆联合支护形式，同时在综掘机转载机后增打双排戴帽木点柱加强支护，加强矿压观测。

（2）突出危险性区域工作面主要指存在较大、重大危险隐患的工作面区域，如回收采区煤柱工作面及32435采空区及附近巷道等，当该类工作面开始掘进后，严格按钻屑指标法做证工作。随时检查瓦斯，发现有突出预兆时，立即停止工作面作业。

（3）维护防尘措施，坚持短壁注水，严格执行“一炮三检”和“三人连锁”。按规定对迎头及后路巷道冲尘，杜绝粉尘积聚，加强监测检查。

（4）工作面掘进过程中应及时敷设排水管路，完善排水系统，将低洼点积水及时排出。确保对尹家洼断层留足50m保护煤柱、阎村断层留足30m保护煤柱，严禁进入保护煤柱内进行采掘活动。

4 结语

结合32405工作面的实际情况，充分考虑地质、环境、瓦斯、煤尘、地压、水害等因素，通过对相邻工作面的分析，运用模糊数学综合评价与风险矩阵量化评价相结合的方法，对32405工作面进行了危险辨识。对可能存在的危险有害因素，提出了必要的安全预防措施，使该工作面具有一定的本质安全程度，为实现工作面的安全生产奠定了基础。