煤矿瓦斯风险评价与案例分析.pdf

第1 1 卷 第1 期 总第6 8 期 2 0 0 6年2月 煤矿开采 C o a l M i n i n g T e c h n o l o g y V o l . 1 1 N o . 1 S e r i e s N o . 6 8 F e b r u a ry 2 0 0 6 碟矿瓦 斯风险评价与案例合析 王文超 中国矿业大学 能源与安全工程学院，江苏 徐州2 2 1 0 0 8 〔 摘要」阐述了矿井瓦斯的爆炸特征;探讨了瓦斯爆炸的 “ 人一 机一 环境”系统的风险发生几 率计算与风险评价;构建了 煤矿瓦斯重大危险源的风险评价模型， 从而针对具体案例辨识瓦斯重大危 险源并进行煤矿瓦斯的风险评价。 〔 关键词」瓦斯; 危险源;辩识; 风险评价 [ 中图分类号]T D 7 1 2 . 7[ 文献标识码]A[ 文章编号]1 0 0 6 -6 2 2 5 2 0 0 6 0 1 -0 0 1 1 -0 3 R i s k E v a l u a t i o n a n d C a s e s A n a l y s i s o f G a s i n C o l l i e r y WA N G We n - c h a o E n e r g y T h e e x p l o d in g c h a r a c t e r i s t i c s o f m i n e g a s a r e e x p a t i a t e d i n t h i s p a p e r . T h e c a l c u l a t i o n o f r i s k p r o b a b i l it y a n d r i s k e v a l u a t i o n o f “ p e r s o n - m a c h i n e - e n v i r o n m e n t “ s y s t e m o f g a s e x p l o d in g a r e d i s c u s s e d a n d a r i s k e v a l u a t i o n m o d e l o f f a t a l d a n g e r s o u r c e o f c o l l i e ry g a s i s b u i l t u p t o r e c o g n i z e t h e m a i n d a n g e r s o u r c e o f g a s a n d m a k e a r i s k e v a l u a t i o n o f m i n e g a s f o r a c t u a l c a s e s . K e y w o r d s ; g a s ; d a n g e r s o u r c e ; r e c o g n i t i o n ; r i s k e v a l u a t i o n 风险评价又叫危险评价、系统安全评价，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和分 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。 1 煤矿瓦斯爆炸条件及其影响因素 瓦斯爆炸的条件是一定浓度的瓦斯、高温火 源的存在和充足的氧气。瓦斯爆炸有一定的浓度范 围，瓦斯爆炸界限为5 一 1 6 。当瓦斯浓度低于 5 时， 遇火不爆炸， 但能在火焰外围形成燃烧层， 当瓦斯浓度为9 . 5 时，其爆炸威力最大 氧和瓦 斯完全反应 ;瓦斯浓度在1 6 以上时，失去其爆 炸性， 但在空气中遇火仍会燃烧。一般认为， 瓦斯 的引火温度为6 5 0一 7 5 0 c C ，受瓦斯的浓度、火源 的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。实践 证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆炸界限随 之缩小，当氧气浓度减少到 1 2 以下时，瓦斯混 合气体即失去爆炸性。 2 煤矿瓦斯的风险评价模型 2 . 1 瓦斯爆炸危险性因素分析和事故模型建立 事故致因理论认为瓦斯爆炸事故是由于物的 不安全状态和人的不安全行为所引起的。它是物 质、环境、 行为等诸因素的多元函数。具体的说， 影响事故是否发生及事故过程和结果的因素主要有 5 项 人、 物、 环境、 管理和事故处置。用安全系 统工程的内容分析，主要是研究 “ 人一 机一 环境”系 统， 解决这些基本因素如何作用而形成事故、 造成 损失。人、 机和环境这3 个因素在同一管理背景中 相交叉时才可能发生事故。人的不安全因素是事故 的重要致因; 环境的不安全因素是事故的直接原 因， 是促成事故发生， 提高事故几率或扩大事故的 破坏程度的因素; 机的不安全条件是构成事故的物 质基础。图1 是危险因素组成的瓦斯爆炸 “ 人一 机- 环境”系统图，图中2圆交叉部分为事故低频率 发生区， 而3 个圆相交部分为事故高频率发生区。 人的不安 全因素 W竟 的不 安全因素 图1 瓦斯爆炸 “ 人一 机一 环境”系统 2 . 2 瓦斯爆炸风险评价系统可控危险度D估算 在某种环境条件下进行作业时，总是具有一定 程度的潜在危险。影响危险性的主要因素有 发生 [ 收稿日期]2 0 0 5 一 1 0 一 1 0 〔 作者简介」王文超 1 9 8 2 一 ， 男， 河北承德人， 现就读于中国矿业大学能源与安全工程学院安全工程专业。 总第6 8期煤矿开采2 0 0 6 年第1 期 事故或危险事件的可能性; 暴露于危险环境中的时 间;发生事故后可能产生的后果。因此， 某种作业 条件的危险性可用下式计算 危险性 L E C即D二 L E C 1 式中， L 为事故或危险事件发生的可能性分数值; E为暴露于危险环境中的时间长短的分数值;C为 事故或危险事件后果的分数值。 表 1 风险评价公式函数取值 系统的风险度H，见表3 0 表3 危险源系统的风险度对照 瓦斯爆炸可能性风险度H值 事故或危险事件 分数 发生的可能性值 L一暴 露 于 危 分 数 { 险 环 境值Ei 事 故 二f f ca C 完全会被预料到1 0 相当可能6 不经常、 但可能3 完全 意 外、1 极少可能 ，珊巍0 .5 极不可能0 . 2 实际上不可能0 . 1 一1 8X -T 10A l-pP 9“ }逐 日在 工 作 一 O f7 N Ar N - AA。 一 吵 露’ }_” “BFN - -Zk 2 降 矍〔 ’ I -1 卜吊 千。 。 一 见 的 暴露 ”‘J 履冷亡10 0 橇产 4 0 U V Il l 15- A }E t 了 1y lk , 7pl}T F K 重大，致残3 叛 录 1 绝对可能 极有可能 非常可能 相当可能 较大可能 有可能 较小可能 很少可能 极少可能 不可能 1 0 . 9 0 . 8 0 . 7 0 . 6 0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 0 . 1 因此， 最大的系统可控危险度D 1 0 L x 1 0 E x 1 0 0 C 1 0 0 0 根据各分值计算危险度 表 2 0 0 ，并划分危险等级，见 表2 危险等级 危险分数 3 2 0 1 6 0-3 2 0 7 01 5 9 2 0 -6 9 危险等级 极其危险 高度危险 显著危险 可能危险 安全对策 停产整改 立即整改 及时整改 需要注意 稍有危险 一般可接受， 但 亦应注意防止 为了研究煤矿瓦斯爆炸事故的危害，寻找系统 薄弱环节以及系统安全性的技术途径，在对瓦斯爆 炸的 “ 人一 机一 环境”系统进行分析的基础上，根据 科学性、系统性、 可行性和可比 性的原则， 建立危 险源风险评价模型。本文根据矿井瓦斯爆炸的特点 和以往事故原因的分析，参照其他行业评价方法， 提出煤矿瓦斯爆炸重大危险源风险评价模型方程 HK D / 6 0 0 0 2 式中， H为危险源系统的风险度 危险度 ， 0 H - 1 ; K为系统不安全系数; D为系统的可控危险 度。 很明显，有了危险源系统的风险度，便可得出 瓦斯爆炸可能性的大小。现用自 然语言描述危险源 1 2 2 . 3 系统不安全系数K的确定 根据系统论的观点，系统不安全系数应该是 人、 机、 环境的不安全系数的交集，应按照概率论 的方法计算，但为简便起见，现采用下面的方法估 算K ，即 K P , P 2 P 3 / 3 3 式中， 尸 ， 为人的不安全系数; 尸 为机的不安全系 数; P 3 为环境的不安全系数。 对于煤矿人 尸 、 机 尸 2 、环境 P 3 不 安全系数具有模糊性， 通过对人的不安全因素、 机 的不安全状态和环境不安全条件分析及相关评估标 准，给出人、 机、环境的不安全程度的自然语言， 从而得出P , ， P 2 } P 3 值。 2 . 4 瓦斯爆炸事故严重度 T的计算 对事故严重程度的评价必须有一个可靠的参数 来进行度量， 在此， 本文根据安全经济学的基本理 论，以事故的经济损失为标准来进行评价。根据我 国区域在进行安全评价时， 考虑事故的严重度标准 将死亡 1 人的经济损失定为2 0万元;又据国标 G B 8 4 4 1 - 8 6“ 企业职工伤亡事故处理指南”的规 定，总结出伤亡人员损失工作日， 如表4 0 表4 伤亡人员损失工作日 伤亡状况 死亡 N , 重伤N 2 轻伤 N 3 损失工作日 /d 人一 ‘经济损失T 2 / 万元 人一 ‘ 2 0 1 0 0 . 3 3 3 3 则事故的严重度合成公式为 T T , 几 界 N , x 6 0 0 0 戈 x 3 0 0 0 从 x 1 0 0 x 2 0 / 6 0 0 0 万元 4 式中，T 为事故严重度， 万元;T ; 为事故造成的直 接经济损失，万元;T z 为人员伤亡造成的经济损 失， 万元; N 为事故中的死亡人数; N z 为事故中 的重伤人数; N 3 为事故中 轻伤的人数。 王文超煤矿瓦斯风险评价与案例分析 2 0 0 6 年第1 期 3 案例分析 某矿五盘区6 2 3 高档普采工作面发生特大瓦斯 爆炸事故。当时灾区作业人员 6 3 人，死亡5 1 人， 受伤1 2 人 其中重伤2 人 ，造成直接经济损失 2 7 7 . 4 7万元。 3 . 1 事故勘察与原因分析 根据对从灾区脱险人员和井下3 0 5 m水平大巷 配电工的调查， 认定事故发生时间是2 0 0 0 年 1 1 月 2 5日1 4 时2 0 分。 根据对事故现场的勘察， 确定事故发生地点是 五盘区2 8 号煤层高档收尾工作面回风巷，爆源在 该面回风巷与工作面回风联络巷交叉口附近范围。 根据事故现场勘察和取证， 并经专家组论证分 析， 认定是瓦斯爆炸事故， 煤尘未参与爆炸。 五盘区2 8号煤层高档工作面瓦斯涌出量为 1 . 6 8 - 2 . 2 4 m 3 / m i n ， 工作面上隅角瓦斯有时达到 2 . 5 ， 采空区瓦斯浓度达1 0 以上， 造成工作面 回风巷里端瓦斯积聚达到爆炸浓度。 分析认定当时现场人员违章操作拉拽电缆时， 电缆被拉出， 短路产生电火花，引起瓦斯爆炸。 事故的直接原因由于五盘区2 8 号煤层高档 工作面收尾， 顶板垮落通风受阻， 致使工作面回风 巷风量减小且负压增加， 采空区和报废回风巷内积 存的瓦斯大量涌出，造成工作面回风巷与回风联络 巷交叉口附近范围瓦斯积聚， 达到爆炸界限;回风 巷里端废巷内绞车电机接线盒的 “ 喇叭嘴”压线 不紧失爆， 现场人员违章操作时产生火花引起瓦斯 爆炸。 事故间接原因 五盘区内通风设施不可靠， 通 风系统不稳定; 局部通风管理责任不落实; 瓦斯管 理不到位;生产组织不合理;机电管理有漏洞; 6 2 3 工作面地质构造复杂，有 1 4条断层影响工作 面正常生产，瓦斯涌出量相对增高。 3 . 2 对该瓦斯爆炸事故的风险评价 3 . 2 . 1 采集有关数据 经过数据统计分析，得出以下信息和数据。 造成事故的 “ 人一 机一 环境”的因素 人的因素回风巷里端废巷内绞车电机接线 盒的 “ 喇叭嘴”压线不紧失爆，现场人员违章操 作时产生火花引起瓦斯爆炸;机的因素电源电 缆， 头部有电工绝缘胶布缠绕2 层， 压紧不够， 机 电管理有漏洞， 五盘区内通风设施不可靠， 通风系 统不稳定; 环境的因素- -6 2 3 工作面地质构造复 杂， 有1 4 条断层影响工作面正常生产，瓦斯涌出 量相对增高， 工作面上隅角瓦斯有时达到2 . 5 , 采空区瓦斯浓度达1 0 以上。 事故伤亡损失情况 事故死亡5 1 人，受伤1 2 人 其中重伤2 人 ， 直接经济损失2 7 7 . 4 7 万元。 瓦斯积聚程度严重 引爆火源程度严重 当时下井人数 6 3 人 3 . 2 . 2 危险源系统的风险度H的计算 查表 1 得发生事故的概率L 1 0 ;暴露的频率 E 6 ; 事故后果C 二 1 0 0 0 根据 1 式，得出D L E C 1 0 x 6 x 1 0 0 6 0 0 0 ; 查表2 ， 危险等级为极其危险，安全对策是 企业停产整改。 由经验可以评价 该煤矿的人、 机、 环境的不 安全情况均为严重; 所以P , P 2 P ; 二 0 . 6 ， 根据 3 式， 得出K P , P 2 P 3 / 3 0 . 6 根据 2 式， 得出危险源系统的风险度 H K x D / 6 0 0 00 . 6 x 6 0 0 0 / 6 0 0 00 . 6 对表3 ， 可以得出本次事故的发生是有较大可 能的。 3 . 2 . 3 瓦斯爆炸事故严重度T 的计算 N , 5 1 ; 丛 2 ;N 3 1 0 ;T , 2 7 7 . 4 7 根据 4 式，得出瓦斯爆炸事故严重度 T T , T 2 T , N , x 6 0 0 0 N Z x 3 0 0 0 N 3 x 1 0 0 x 2 0 / 6 0 0 0 3 2 9 . 6 4万元 因此， 本次事故的严重度为3 2 9 . 6 4 万元。 4 结论 本文在安全系统工程学的指导下，根据事故致 因理论， 结合煤矿瓦斯爆炸特征， 对煤矿给出了瓦 斯爆炸风险性的半定量评价模型和瓦斯爆炸事故危 险度的计算方法。所建立的模型通过具体案例分析 证明是可行的。 〔 参考文献〕 [ 1 」俞启香. 矿井瓦斯防治 [ M ]. 徐州中国矿业大学出版社， 1 9 9 2 . 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