金属矿山地下开采安全评价方法研究.pdf

2007年第6期/第28卷 黄 金 GOLD 采 矿 工 程21 金属矿山地下开采安全评价方法研究 收稿日期 2007 - 03 - 18 作者简介张嘉勇1977 , 男,河南南阳人,硕士,助教,主要从事安全技术及工程教学和矿山安全评价工作;河北省唐山市新华西道46号,河北 理工大学资源与环境学院, 063009 张嘉勇 1 ,龚津莉 2 ,王 健 3 1. 河北理工大学资源与环境学院; 2.河北理工大学经济管理学院; 3.河北理工大学交通与测绘学院 摘要金属矿山地下开采引发的灾害形式多样、 机理各异,系统安全评价指标体系难以统一确 定。本文以层次分析法为理论基础,建立一套综合的评价方法,并结合目前金属矿山灾害事故的特 点和规律,用比较矩阵确定各致灾作业形式的权重,从而提高了矿山安全评价的准确性和科学性。 关键词金属矿山;地下开采;安全评价;层次分析法 中图分类号 TD853 文献标识码B 文章编号 1001 - 12772007 06 - 0021 - 03 0 引 言 近几年国家安全生产监督管理总局为规范矿山 开采秩序,杜绝重、 特大事故发生,在全国范围内对金 属矿山进行安全评价,并依据评价结果对矿山进行综 合治理和整顿。安全评价方法是以安全理论、 现代数 学的控制理论等作为理论基础,用来分析、 评价系统 危险因素的工具。目前,矿山安全评价主要分为4 类安全预评价、 安全验收评价、 安全现状综合评价和 专项安全评价。根据评价目的或采用基本理论的不 同,评价方法有数十种。根据多年的实践和总结,金 属矿山安全评价的方法主要有5种安全检查表法 SCL、 专家评议法、 工程类比法PET、 事故树分析 法FTA、 作业条件危险性评价法LEC [1 ]。 目前,用于金属矿山的评价方法主要是安全检查 表法和专家评议法,其操作简单,计算方便,依据专家 给定分值来确定评价结果,因此其评价结果带有很强 的主观性,未能真实反映矿山生产实际;而PET、 FTA、LEC计算比较复杂,建立的事故树没有统一标 准 [2 ]。针对目前金属矿山开采现状及灾害特点 ,本 文以安全检查表法为基础开发出一套综合性的评价 方法,提高了评价结果的准确性。 1 金属矿山开采现状 近几年金属矿山事故逐年上升,其死亡人数仅次 于道路交通事故和煤矿事故,在国内各行业中排第三 位,且大事故发生率高,危害重大。金属矿山灾害表 现形式多样、 发生机理复杂,而且矿床类型、 性质、 地 质条件以及开采形式千差万别,系统安全评价指标体 系难以统一确定。综合分析金属矿山生产实际,归纳 金属矿山地下开采的特点如下 [3 ] 1地下矿山作业通道较为狭窄,较深的矿井地 表与地下的联系需要提升设备,设备的可靠性与安全 生产密切相关。 2井下能见度低,需要良好的照明设施,个人 需要配带照明灯具。 3井下空气流动性差,废气自然排出困难,易 引起废气中毒事故。 4地下岩层地质条件不易直接观察,地压、 水 文等因素对安全生产影响较大,冒顶片帮、 突然涌水 等现象常有发生。 5井下供电设施尤为重要,其可靠性直接影响 生产安全。 6井巷工程复杂、 视线差,容易发生坠井事故。 7矿山有油库、 炸药库等重要危险品仓库,是 安全的重要防守部位。 8地下采空区易引起地表塌陷,可能造成地表 建筑物毁坏及地表水灌入井下引发重大地质灾害。 2 安全评价指标体系 通过对近两年金属矿山灾害事故的统计分析,结 合目前国内金属矿山安全生产现状,确定了引发矿山 事故的6种主要作业形式,其几乎涵盖了矿山生产系 统的所有环节 [4 ]。 1出渣、 出矿作业。容易发生冒顶片帮及炮烟 中毒、 采场坠井等事故。发生事故的原因有作业面 岩性不好,没有“ 敲帮问顶 ” 撬毛,支护不及时,放炮 后未通风就进入作业面,照明光线不好,劳动保护品 穿戴不齐,溜井口及危险处无防护标志等。 2凿岩爆破作业。可能发生的事故有放炮提 前爆炸,哑炮,残眼爆炸,爆破器材储藏保管、 运输过 程中发生爆炸等。引发事故的原因是爆破器材超过 22 采 矿 工 程 黄 金 使用期,爆破工操作不熟练,凿岩工打残眼,没有按易 燃、 易爆品的有关规定储藏和运输,管理制度不严等。 3电气安装及使用作业。可能发生的事故有 触电、 故障停电,甚至引起井下火灾。引发事故主要 原因有操作工缺乏用电常识,安全防护不够,没有供 配电设计乱接乱搭或未按设计安装使用劣质用电设 备,制度不健全等。 4井下防排水工程。淹井事故是井下开采易 发生且损失严重的事故。发生事故的原因有排水能 力与地下涌水量不匹配,遇到大的岩溶出现突然涌水 或地表水体连通,排水设备发生故障,无防水设施,不 能正常供电,水泵操作工责任心不强等。 5交通运输作业。可能发生的事故有翻车或 撞车,运输设备撞人等。引发事故的主要原因有人 为因素如无证驾驶、 疲劳驾驶、 酒后驾驶、 违章驾 驶、 情绪不佳驾驶等 , 设备原因如使用报废的设 备、 使用有故障的设备、 超载使用设备等 , 环境原因 如巷道狭窄、 弯多、 视线不好、 交通信号失灵、 气候 恶劣等 , 管理制度混乱等。 6矿井提升作业。容易发生坠井、 断绳、 跑罐、 坠物伤人等事故。发生事故的原因有井口无防护标 志,钢绳未定期检查,超载提升,卷扬机制动装置失 灵,井筒罐道受损,管理无章等。 本文安全评价指标体系是以层次分析法为理论 基础建立的,矿山安全等级为目标层,各作业形式为 措施层,如凿岩爆破作业、 矿井提升作业等。各作业 形式按其隶属关系和权重排序,其权重的确定由比较 矩阵来实现。 综上所述,出渣、 出矿作业引发的片帮冒顶和采 场坠井等事故,以及凿岩爆破作业引发的相关事故是 最常见、 最频繁的,造成的伤亡也是最严重的;电气安 装及使用作业和井下防排水工程引发的火灾、 水灾事 故虽然没有片帮冒顶事故那样频繁,但其容易造成群 死群伤,对矿山危害程度也比较严重;交通运输作业 和矿井提升作业引发的事故主要原因是工人违规操 作和管理制度混乱。依据上述统计分析,并参照非煤 矿山安全评价导则构建了金属矿山地下开采安全评 价指标体系,其结构及相互关系见图1。 3 确定评价因素权重 层次分析法确定评价因素权重的基本思路是把 系统各因素之间的隶属关系从高到低排成若干层次, 并建立不同层次元素之间的相互关系,根据对一定客 观现实的判断,利用数学方法,确定每一层次全部元 素相对重要性次序权重,通过排序结果,对问题进行 分析和决策。 图1 安全评价指标体系 层次分析法解决问题的基本方法是建立比较矩 阵,依据矩阵来计算各因素的权重值。例如 AkB1B2⋯Bn B1b11b12⋯b1n B2b21b22⋯b2n Bnbn1bn2⋯bnn 判断矩阵B中的元素bij表示以Ak为判断准则, 要素Bi对Bj的相对重要度,即 bij wi wj 1 式中wi、wj分别为要素Bi、Bj的重要性量度值。 为了便于定量化描述,因此采用两两比较方法。 1 Bi和Bj两者的重要性相同; 3 Bi比Bj稍重要; 5 Bi比Bj较重要; 7 Bi比Bj非常重要; 9 Bi比Bj绝对重要。 它们之间的数2, 4, 6, 8及它们的倒数有相应类 似的意义。 比较矩阵通常采用一种近似计算方法方根 法。其计算步骤为 第一步,求判断矩阵B每行元素之积Mi。 Mi ∏ n j1 bij i 1,2,⋯ , n 2 第二步,计算Mi的n次方根Wi,Wi n Mi。 第三步,对向量W W1,W2,⋯Wn T归一化 ,求 得向量。 W W1,W2,⋯Wn T,归一化的结果就是 Bi关 于Ak的相对重要度权重 W i,即 Wi Wi/∑ n j1 Wi i 1,2,⋯ , n 3 例如忽略井下排水泵、 水仓、 水泵房等因素,以 井下水文地质条件等级来确定矿山排水系统安全现 状。排水系统安全等级为上一层元素目标层 , 下 2007年第6期/第28卷 采 矿 工 程23 一层为水文地质条件复杂、 水文地质条件中等、 水文 地质条件简单。求各措施层的权重值。 解其判断矩阵为 AB1B2B3 B1135 B21/313 B31/51/31 先计算判断矩阵A-B的层次单排序结果 135 1 /313 1 /51 /31 方根法 3 135 3 1/313 3 1/51/31 2. 45 1. 00 0. 41 归一化 0. 64 0. 26 0. 10 由计算得出水文地质条件复杂、 水文地质条件中 等以及水文地质条件简单等条件相对于目标层的权 重分别为0. 64, 0. 26, 0. 10。 通过对近两年典型矿山灾害事故的统计分析,并 结合目前矿山生产实际,给出矿山安全评价指标体系 的比较矩阵,并以此比较矩阵确定了各作业形式的权 重具体权重计算可用VB语言实现 , 如表1所示。 表1 各作业形式权重 作业形式AkzBzyCdqDpsEjtFts权重值 Akz1234560. 38 Bzy1/2123450. 25 Cdq1/31/212340. 16 Dps1/41/31/21230. 10 Ejt1/51/41/31 /2120. 065 Fts1/61/51/41 /31/210. 045 依据各作业形式的权重,建立矿山安全评价检查 表,如表2所示。而各作业形式也可以根据其子系统 建立相应的评价指标体系,以确定其具体的分值,也 可以按其权重值的100倍统一为百分制为满分, 把其分值划分3～4个层次,例如,凿岩爆破作业可分 为3个等级 253 /3 25, 252 /3≈1617, 25 1 /3≈8. 3。 表2 矿山安全评价检查表 分值类型 作业形式 AkzBzyCdqDpsEjtFts 总计 标准分382516106. 54. 5100 实得分 结合评价矿山生产现状,并下井现场检查和搜集 图纸资料,给出各作业形式的实际得分。依据6种形 式总得分来划分矿山安全等级,等级的划分标准依据 各地区矿山现状而定,依据评价结果,确定矿山的安 全等级,并对矿山提出合理的对策和建议。 4 结 语 层次分析法计算简单,运用层次分析法确定评价 指标体系中各作业形式的权重,使评价结果更具科学 性和准确性。然而随着金属矿山地下开采技术的现 代化,会出现新的不安全因素,因此,矿山安全评价指 标体系也应随着开采条件的变化而不断更新。 [参考文献] [1] 毛益平,郭金峰.非煤矿山安全评价技术与实践[J ].金属矿山, 20034 7～101 [2] 国家安全生产监督管理总局.安全评价[M ].北京煤炭工业出 版社, 2004. 56～611 [3] 阮琼平,王玉杰.地下金属矿山安全评价体系的探讨[ J ].工业 安全与环保, 20043 46～481 [4] 邓红卫,周爱民,黄筱军.浅析金属非金属矿山安全评价指标体 系与评价方法[J ].矿业研究与开发, 2004, 241 62～641 Study on the safety assessment of underground metalm ine Zhang Jiayong 1 , Gong Jinli 2 , Wang Jian 3 1. College of Resources and Environm ent, Hebei Polytechnic University;2.College of Econom y and M anagem ent, Hebei Polytechnic University;3. College of Traffic and Surveying, Hebei Polytechnic University AbstractCalamities in underground metalmines are usuallywith various s and differentmechanism, so the safety assessment index system can’t be the same. Based on the of analytic hierarchy process, thispaperputs for ward an integrated assess ment, which improves the veracity and scientificity of underground mine safety as2 sessment, combiningwith the characteristics and rulesof calamities and usingmatrixmatching to ascertain the magnitude ratio of all kinds of the guiding calamities s . Keywordsmetalmine; underground mining; safety assess ment; analytic hierarchy process编辑邢万芳