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安全管理 基于危险源理论的瓦斯爆炸事故 预警管理探讨 常西坤1, 黄冬梅 1, 聂文志2 1. 山东科技大学 矿山灾害预防控制教育部重点实验室, 山东 青岛 266510; 2 . 山东唐口煤业有限公司, 山东 济宁 272055 摘 要 在对大量瓦斯爆炸事故调查分析的基础上, 对引起事故的因素按三类危险源理论进行归 类、 划分, 建立了评价指标体系。依据专家评分标准, 运用模糊综合评价方法, 对某煤矿 5个瓦斯异常区 的瓦斯爆炸危险性进行了评价, 确定了事故发生的危险等级, 结合危险源理论提出了相应的预控对策。 关键词 瓦斯爆炸; 危险源; 模糊评价; 预警管理; 预防控制 中图分类号 TD712 文献标志码 A 文章编号 1008- 4495 2010 01- 0078- 03 收稿日期 2009- 03- 06; 2009- 07- 08修订 基金项目 国家自然科学基金重点项目 50534080 作者简介 常西坤 1981, 男, 山东东营人, 在读博士研 究生, 从事煤矿开采及安全管理研究。E- mail changxikun sina . co m。 煤矿瓦斯爆炸事故是矿山伤亡最为严重的事 故。近年来, 我国煤矿瓦斯防治工作虽取得了阶段 性成效, 但目前还未从根本上遏制重大瓦斯事故, 形 势依然严峻。2008年全国煤矿发生瓦斯事故 182起、 死亡 778人, 其中, 较大瓦斯事故 63起、 死亡 290人, 重特大瓦斯事故 18起、 死亡 352人 [ 1]。2009年 2月 22日国有重点大型煤矿山西焦煤集团屯兰煤矿发 生了特别重大的瓦斯爆炸事故, 截至 2月 27日已造 成 78人死亡 [ 2]。瓦斯爆炸不仅造成大量人员伤亡, 还会严重摧毁井巷设施、 中断生产, 有时还会引起煤 尘爆炸、 矿井火灾、 井巷垮塌等二次灾害 [ 3]。对矿井 瓦斯进行预警管理是贯彻 安全第一, 预防为主 的 前提和保障, 对从根本上实现煤矿安全状况的稳定 好转具有重要的现实意义。 1 瓦斯爆炸预警管理体系 为了达到和完成预警管理的职能, 煤矿瓦斯爆 炸事故预警系统分为预警分析与预控对策两大子系 统 [ 4- 5]。预警分析是对各种煤矿瓦斯事故征兆进行 识别、 诊断与评价, 并及时予以警示的管理活动。预 控对策则是根据预警分析的输出结果, 对煤矿瓦斯 事故征兆的不良趋势进行矫正、 避防与控制的管理 活动。预警分析是识错认错, 预控对策是纠错治错, 两者相辅相成、 缺一不可。 2 煤矿瓦斯事故预警分析 2 . 1 三类危险源分析 瓦斯爆炸是一种极为强烈的化学反应, 其产生 的高温、 高压、 冲击波以及放出的大量有毒气体, 给 煤矿以毁灭性的破坏, 影响巨大。瓦斯爆炸的危险 源系统是由基本的三类危险源组成 [ 6] 存在于煤岩 中的瓦斯归为第 1类危险源; 引起瓦斯爆炸诱发因 素归为第 2类危险源; 根据对大量瓦斯爆炸事故原 因的分析, 安全生产及监管过程中, 人 仍然是主导 和制约因素, 故将人的因素 管理缺陷作为第 3 类危险源。瓦斯爆炸的危险源组成由原来的两类危 险源跨越到三类危险源, 并相互联系, 相互影响, 形 成系统。 在引起瓦斯爆炸事故的因素中, 与三类危险源 的对应关系 ∀ 瓦斯固有危险源 第 1类危险源 U1; 存在引燃瓦斯的点火源 诱发危险源、 第 2类 危险源 U2; ∃ 环境中 O2体积分数大于 12 诱发 危险源、 第 2类危险源 U2 瓦斯体积分数处于爆 炸界限内 诱发危险源、 第 2类危险源 U2; 不一致时, 一般 max 0 , C. I . 0 , 只要满足 C. I . C. R. 0 . 1 C. R. 为常量 就可 认为所得比较矩阵的判断结果可以接受。 2 . 2 . 2 指标权重的确定 为了使确定的权重尽量减少个人主观影响, 具 有相当的准确性, 针对某煤矿的实际生产情况, 由煤 矿安全领域的专家按照 1 9级的标准评分, 给出各 指标集及准则层的比较判断矩阵。 1 准则层因素权重的计算 以准则层因素权重的计算为例, 按照安全专家 评分标准, 其判断矩阵 A 11/21/4 211/3 431 , MATLAB 解算结果见表 1 。 表 1 A因素权重计算结果 A aim ax C. I . /C . R. U10. 14 U2 0. 243 . 018 30. 015 8 U3 0. 62 由此可知 C. I . C. R. 0. 1 , 所以该判断矩阵可使用。 2 指标层权重的确定 指标层因素权重计算结果归纳见表 2。 表 2 Ak因素权重计算结果 k 1, 2 , 3 AkAkim ax C. I . /C . R. 0 . 054 86 . 490 50. 079 1 Uk10 . 221 26 . 453 60. 073 2 0 . 256 96 . 371 30. 059 9 0 . 421 36 . 490 50. 079 1 Uk2 0 . 380 36 . 453 60. 073 2 0 . 042 36 . 371 30. 059 9 0 . 233 26 . 490 50. 079 1 Uk30 . 142 36 . 453 60. 073 2 0 . 301 96 . 371 30. 059 9 0 . 107 66 . 490 50. 079 1 Uk4 0 . 178 16 . 453 60. 073 2 0 . 082 76 . 371 30. 059 9 0 . 148 06 . 490 50. 079 1 Uk50 . 048 76 . 453 60. 073 2 0 . 164 66 . 371 30. 059 9 0 . 035 76 . 490 50. 079 1 Uk6 0 . 029 46 . 453 60. 073 2 0 . 151 66 . 371 30. 059 9 ∋79∋ 2010年 2月 矿业安全与环保 第 37卷第 1期 2 . 2 . 3 模糊综合评价 针对矿井瓦斯异常区的 1 5 采煤工作面, 根 据建立的瓦斯爆炸模糊综合评价数学模型及其确定 的权重进行危险源预警分析, 并通过多位现场管理 专家评分计算, 得出的结果见表 3。 表 35个工作面专家评分 瓦斯爆炸因素 采煤工作面编号 12 34 5 煤层瓦斯涌出量 u11 8075879085 煤层瓦斯含量 u12 8580809088 煤层瓦斯压力 u138065776870 地质构造因素 u149085808878 火源 u15 8075857070 风流瓦斯含量 u16 7870766568 通风系统 u21 9090858085 瓦斯抽放率 u22 8079818275 设备安全可靠性 u238085838085 采区照明条件 u249085908887 煤尘爆炸 u25 7372757978 煤炭自然发火 u26 7780898682 规程措施执行水平 u31 9089908587 员工对避灾的熟悉程度 u32 8581848380 管理人员安全技术水平 u338085898190 员工的技能和经验 u34 8083818079 安全投入 u35 8084858081 安全培训的全面性 u36 8580848381 对 5个采煤工作面分别针对 U1, U2, U3进行单 因素评价, 将专家评分值带入隶属函数公式可以得 到以下隶属度及模糊关系矩阵, 用上标来区分采煤 工作面, 计算结果如下 AB 1 [ 0 . 179 1 0 . 492 4 0 . 276 0 0 . 0096 0 0] AB 1 V T 75 . 41 AB 2 [ 0 . 200 2 0 . 468 6 0 . 290 2 0 . 0333 0 . 0076 0] AB 2 V T 78 . 21 AB 3 [ 0 . 273 5 0 . 496 5 0 . 286 0 0 . 0089 0 0] AB 3 V T 84 . 89 AB 4 [ 0 . 134 9 0 . 470 3 0 . 360 6 0 . 0297 0 . 0045 0] AB 4 V T 77 . 04 AB 5 [ 0 . 222 3 0 . 442 1 0 . 277 5 0 . 0573 0 0] AB 5 V T 78 . 24 由此可知, 5个采煤工作面瓦斯爆炸危险源风 险评价结果全部大于 70 , 达到安全水平。根据评价 结果越大事故风险越小, 工作面瓦斯爆炸事故风险 程度的顺序如下 3 risk 5 risk 2 risk 4 risk 1 risk。 3 煤矿瓦斯事故预警输出 预警分析之后, 既要给预控对策系统提供安全 管理波动的病症、 成因与趋势预测, 还要对现有状态 进行安全评估, 确定安全级别。 设定煤矿安全状态为 6个级别 S1, S2, S3, S4, S5和 S6。 其中 S1为很安全状态, S2为较安全状态, S3为一般安全状态, S4为不安全状态, S5为很不安 全状态, S6为极不安全状态, 依次设定 S1 [ 100 , 90], S2 [ 90 , 80], S3 [ 80 , 70], S4 [ 70 , 60], S5 [ 60 , 50], S6 [ 50, 0]。对煤矿瓦斯爆炸预警指标进 行综合评价, 用计算机模拟设立 预警信号区 , 然后 根据指标的实际值, 观测其落在哪一警戒区域内, 按 所在警戒区域输出预警信号, 根据预警信号采取相 应的措施。 根据输出结果, 3 工作面在 S 2级别, 为较安全 状态; 1 , 2, 4, 5工作面在 S 3级别, 为一般安全状 态, 应在日常安全管理的基础上注意防范。 4 煤矿瓦斯事故预控对策 预控对策是根据预警分析所确立的 危险诱因 进行专门监控的日常管理以及危机管理。其主要任 务就是对瓦斯灾害致灾现象进行避防, 以及发生瓦 斯事故后采取紧急救援活动, 使煤矿安全生产恢复 到正常状态, 即日常预防对策 [ 8]。为了从本质上预 防、 控制瓦斯爆炸事故的发生, 结合三类危险源理 论, 应从以下几个方面预防和控制瓦斯爆炸事故 1 强化安全教育, 提高员工的安全科学文化素 质, 牢固树立 安全第一的思想。 2 最大限度地抽放瓦斯, 从根本上消除瓦斯爆 炸的物质源。 3 建立健全合理、 稳定、 可靠的通风系统, 保证 各工作面供风量。 4 及时处理局部瓦斯积聚。 5 建立矿井瓦斯监测系统, 发现并及时处理瓦 斯积聚超限的异常状态。 6 加强对引爆火源的控制和管理, 杜绝井下电 气失爆, 防止放炮引燃瓦斯, 消除引爆瓦斯的火源。 5 结语 对瓦斯爆炸事故危险性进行有效的分析评价, 确定事故的发生原因, 尽可能降低事故发生率, 是煤 矿安全生产亟待解决的重要课题之一。在危险源理 论的基础上, 结合系统论、 控制论和应急救援理论等 现代科学技术, 从现代安全科学的理论和实践出发, 通过对煤矿进行实际的调查, 深入研究瓦斯事故的 发生机理, 在借鉴现有预警理论的基础上, 建立煤矿 下转第 87页 ∋80∋ 2010年 2月 矿业安全与环保 第 37卷第 1期 步骤。另外, 根据机械化工作面突出事故增多、 作业 人员安全威胁大的特点, 建议适当限制机械化装备 在突出煤层的使用条件。 6 推行防突精细化管理经验。防突精细化管 理是严重突出矿井从实践中总结出的宝贵经验, 可 以及时发现和弥补防突工作中的问题和疏忽, 对减 少突出事故和人员伤亡行之有效, 值得全国推广。 7 加强防突信息化工作, 逐步建立突出预警机 制。突出事故往往是多因素综合作用的结果, 而技 术和管理是极其重要的 2个因素。通过应用信息技 术, 将防突技术和管理工作有效集成和协调, 形成突 出预警技术, 对其中的重大隐患和事故前兆信息进 行综合分析并纳入制度化管理, 逐步建立我国煤与 瓦斯突出综合预警机制十分必要。 8加强防突新技术和新装备的研究。针对新的 防突形势和存在的各种技术难题, 积极进行防突关 键技术和装备的研究, 加大防突科研投入和管理, 对 共性关键技术和特殊性技术难题, 联合高校、 科研院 所和煤炭企业进行科技攻关和技术革新, 研究出一 批适用性强的防突新技术和新装备, 为减少突出事 故发挥积极作用。 参考文献 [ 1] 矿井瓦斯等级鉴定材料汇编 [G]. 北京 国家煤矿安全 监察局, 2008. [ 2] 刘玉州, 张林华. 2003年 1月2005年 6月煤矿瓦斯死 亡事故的统计分析 [ J]. 河南理工大学学报, 2005 4 259- 262 . [ 3] 刘维庸, 孙东玲, 张克林. 今年上半年我国煤与瓦斯突出 事故多发原因及对策 [ J]. 煤矿安全, 2007 10 81- 84. 责任编辑 李 琴 上接第 80页 瓦斯事故预警指标体系, 并以该体系为基础, 根据某 煤矿安全生产实际数据, 对矿井瓦斯事故进行了模 糊综合评价, 得出该矿瓦斯异常区的 5个采煤工作 面均为安全的结论。以 安全第一, 预防为主 为指 导思想, 结合危险源理论, 提出了 6条瓦斯爆炸事故 预控对策。 参考文献 [ 1] 周英峰. 中国煤矿瓦斯事故总量三年来下降六成 [ EB/ OL]. 2009- 01- 12 [ 2009- 03- 06]. http / /ne ws . xinhuanet .com /ne wscenter/2009-01/12/content _ 10646913. htm. [ 2] 陈忠华, 晏国政. 屯兰煤矿事故失踪人员找到, 遇难人数 增至 78人 [EB/OL]. 2009- 02- 27 [ 2009- 03- 06]. http / /www.sx .xinhuanet .com /jryw /2009 -02/27/ content_15819926. htm. [ 3] 于不凡. 煤矿瓦斯防治技术 [M ]. 北京 中国经济出版 社, 1987. [ 4] 曹庆贵, 孙春江, 张殿镇. 安全行为管理预警技术研究 [ J]. 辽宁工程技术大学学报, 2003, 22 4 555- 558. [ 5] 周永生, 蒋蓉华, 赵瑞峰. 企业危机管理 ECM 的评述 与展望 [ J]. 系统工程, 2003, 21 6 19- 23. [ 6] 田水承, 李红霞, 王莉, 等. 从三类危险源理论看煤矿事 故的频发 [ J]. 中国安全科学学报, 2007, 17 1 10- 15 . [ 7] 徐景德, 周心权, 王家棣. 基于预防的煤矿瓦斯爆炸事故 管理系统 [ J]. 中国煤炭, 1999, 25 4 37- 38. [ 8] 王树玉. 矿井五大灾害事故分析和防治对策 [M ]. 徐州 中国矿业大学出版社, 2006 . 责任编辑 卫 蓉 上接第 83页 4 结语 重庆煤矿实现安全发展是建设 平安重庆 的客 观要求, 政府、 企业和社会各界应共同努力, 综合运 用法律、 技术、 经济、 管理等手段, 合力解决影响煤矿 安全发展的诸多问题, 促进煤炭工业安全发展。 参考文献 [ 1] 重庆市煤炭工业 十一五发展研究报告 [R ]. 重庆 重 庆市经济委员会, 2006. [ 2] 关于进一步加快煤矿整合工作的通知 [ Z]. 重庆 重庆 市经济委员会, 2009 . [ 3] 黄强. 重庆煤炭产业应对金融危机的对策及建议 [ J]. 中 国煤炭, 2009, 354 36- 38 . [ 4] 魏福生, 胡国忠, 王宏图. 围绕监察工作重点 强化重庆 煤矿安全监察力度 [ J]. 矿业安全与环保, 2007 , 34 3 74- 77, 79. [ 5] 魏福生, 胡国忠, 王宏图, 等. 完善监管体系 建立煤矿 安全产长效机制 [ J]. 煤矿安全, 2007, 38 9 94- 96 . 责任编辑 卫 蓉 ∋87∋ 2010年 2月 矿业安全与环保 第 37卷第 1期