煤塵爆炸危險源的辨識與控制

王志民

(神華北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026015)

隨著80年代安全系統工程在我國的興起，對重大危險源的辨識研究有了很大的進展，先后有陳寶智教授[1]、吳宗之研究員[2，3]、何學秋教授[4]等人對其進行了研究，并于2000年頒布了國家標準《重大危險源辨識》。[5]

煤塵爆炸作為煤礦五大災害之一，對煤礦的安全生產產生了嚴重的威脅。雖然它在煤礦事故中所占的比率較少，但一發生往往損失很大，因此受到世界各產煤國的重視。[6]據統計，在國有重點煤礦具有煤塵爆炸危險的礦井占87.4%。雖然人們對煤塵爆炸進行了數十年的研究，但隨著煤炭企業的不斷發展，來自煤塵爆炸的不安全因素依然將長期存在。

筆者對危險源與危險源分類理論進行了一些探討，并從辨識煤塵爆炸危險源入手，對煤塵爆炸的危險性的控制進行了一些探討。

1 煤塵爆炸危險源的辨識

1.1 危險源的定義

首先，我們應對危險源這一概念進行定義。Willie Hammer將危險源定義為“可能導致人員傷害或財物損失事故的潛在的不安全的因素”。[7]我國《職業健康安全管理體系規范》將危險源定義為“可能導致傷害或疾病、財產損失、工作環境破壞或這些情況的組合的根源或狀態”。[8]吳宗之研究員認為，重大危險源是指工業活動過程中，客觀存在的危險物質或能量、超過臨界值的設備、設施或場合。[9]何學秋教授提出，危險源是認識主體中產生和強化負效應的核心，危險能量的爆發點。

根據事故因果理論[10]和能量轉移理論，筆者認為：危險源是能夠影響或導致能量或毒性的意外釋放，以至于破壞系統安全并導致事故發生的要素。這種要素是十分廣泛的，包括物質、能量、狀態等。

1.2 危險源的分類

關于危險源的分類問題，國內有“二類危險源理論”[11，12]與“三類危險源理論”[13]二種理論。

結合上述觀點，筆者認為，危險源應分為三類，即第一類危險源、第二類危險源、第三類危險源，其作用模型見圖1。

圖1 三類危險源事故致因模型

第一類危險源是系統內存在的、處于某種狀態的、能夠提供導致事故的最小能量或毒性的物質。是事故發生的最基本的因素，是決定事故嚴重度的因素，是能量意外釋放的主體。如：具有一定能量的物體、高溫高壓的氣體、有毒有害的物質等。

第二類危險源是滿足能夠導致第一類危險源的能量或毒性意外釋放和使意外釋放的能量或毒性演變為事故所需的必要條件的一切因素。是事故發生的必要條件，是決定事故發生可能性的因素，包括使第一類危險源的能量或毒性意外釋放的條件和防控的失敗。

防控設施故障，可以分為事前預防設施故障和事后控制設施故障。事前預防指的是在第一、二類危險源沒有同時出現，而導致能量和有害物質的意外釋放前對第一、二類危險源的出現及相互作用進行防控，從而防止事故的發生；事后控制指的是在第一、二類危險源出現并相互作用，而導致能量和有害物質的意外釋放后對意外釋放的能量和有害物質進行控制，從而降低其危險性，以致于可以將事故所產生的危害忽略不計。

第三類危險源是指能夠影響或導致第一、二類危險源產生的因素。包括人的失誤和各種環境因素，環境因素包括自然環境因素、生產環境因素、教育環境因素、管理環境因素、思想文化環境因素、經濟環境因素、技術環境因素、法制環境因素、政治環境因素。第三類危險源雖然不能直接導致事故的發生，但其能對第一、二類危險源的產生有著直接或間接地影響。所以在事故發生的過程中，第三類危險源起著舉足輕重的作用，是事故致因的重要一環。

一起事故的發生，是在第三類危險源的影響與作用下，第一、二類危險源相互作用的結果。第一類危險源是導致事故的能量主體，第二類危險源是促使第一類危險源導致事故的必要條件，第三類危險源是第一、二類危險源出現的前提。第三類危險源的存在，促使第一、二類危險源的出現與作用；第二類危險源的存在，使著第一類危險源有可能失去控制而釋放出大量能量或危險物質。第一類危險源決定事故后果的嚴重程度，第二類危險源決定事故發生的可能性大小，第三類危險源決定第一、二類危險源出現的可能性大小。對三類危險源的辨識與控制，是實現系統本質安全化的必要條件。

1.3 煤塵爆炸危險源的辨識

煤塵爆炸必須具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮在空氣中；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。[14]

1.3.1 煤塵爆炸第一類危險源的辨識

第一類危險源辨識的基本原則，是確定危險源、確定可能意外釋放的能量、有毒有害物質量的多少與強度、作用范圍等。

對于煤塵爆炸的第一類危險源來說，應當是懸浮在空氣中達到一定濃度的具有爆炸性的煤塵。

一般，煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3，其中爆炸力最強的濃度范圍為300～500g/m3。但是，確定煤塵爆炸濃度時，必須考慮落塵這一因素，即通過實驗得出落塵的爆炸下限，用作確定巷道按煤塵爆炸危險程度分類的指標。

對于煤塵有無爆炸性，《煤礦規程》規定：“應由礦務局或地質勘探部門提供煤樣，送部授權單位進行鑒定。”[15]煤塵爆炸的鑒定方法有兩種：一種是在大型煤塵爆炸試驗巷道中進行，這種方法比較準確可靠，但工作繁重復雜，所以一般作為標準鑒定；另一種方法是在實驗室中，使用大管狀煤塵爆炸性鑒定儀進行，方法簡單，目前多采用此種方法。

煤塵爆炸能產生巨大的能量，并伴隨著強大的沖擊波，還可產生大量有毒有害氣體，作用范圍很大，一旦發生，整個礦井生產系統隨之癱瘓。

1.3.2 煤塵爆炸第二類危險源的辨識

煤塵爆炸的第二類危險源，應為能夠引燃煤塵爆炸的高溫熱源和防控煤塵爆炸的設施物的故障。我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。這樣的溫度條件下，幾乎一切火源均可達到，如爆破火焰、電氣火花、機械摩擦火花、瓦斯燃燒核爆炸、井下火災或明火等。根據80年代的統計資料，由于放炮和機電火花引起的煤塵爆炸事故，分別占總數的45%和35%。井下的各種防控裝置的故障，也是煤塵爆炸的一個主要因素。

1.3.3 煤塵爆炸第三類危險源的辨識

煤塵爆炸的第三類危險源，應為人的失誤和各種不利于煤礦安全生產的環境因素。

對于人的失誤可由人的失誤概率(E)表示，常用的為山口模型:

E=k1·k2·k3·k4·k5(1-R1·R2·R3)

式中：R1— 接受信息的可靠度；R2— 判斷可靠度；R3— 執行操作可靠度；k1— 作業時間系數；k2— 操作頻率系數；k3— 危險程度系數；k4— 生理、心理條件系數；k5— 環境條件系數。

不利于煤礦安全生產的環境因素有：

自然環境因素。我國大多數的煤礦地質條件極為復雜，我國國有重點煤礦具有煤塵爆炸危險的礦井占87.4%。

生產環境因素。大多數煤礦企業的生產條件極為惡劣，采煤機械化率低，僅為40%左右，安全設備老化、落后，安全性能低，抗災能力差。

教育環境因素。多數煤礦企業的管理者與職工缺乏系統的安全文化與技術的教育，多數安全技術人員憑借經驗與“想當然”進行安全工作。

思想文化環境因素。多數企業與職工安全思想薄弱，存在僥幸心理，大多數企業安全文化氛圍差，安全觀念差，安全意識不強。

管理環境因素。多數煤礦企業安全管理混亂，安全管理松弛，事故隱患大量存在安全生產制度不能有效執行，缺乏有效監管。

經濟環境因素。國家和企業的安全投入仍顯不足，企業的利潤與安全的矛盾愈發嚴重。

技術環境因素。對安全科學技術投入少，安全科學的基礎研究匱乏，安全新技術發展緩慢。

法制環境因素。相關立法滯后，缺乏有關法律規范，缺乏有效的監管制度，不能做到有法可依。

政治歷史環境因素。仍缺乏對整治煤礦安全形勢的決心與實際行動，安全與發展的矛盾愈加尖銳。

2 煤塵爆炸危險源的控制

煤塵爆炸具有很高的危險性，有必要采取一系列的措施對其進行控制，使其危險性降低到可以接受的風險范圍內。

2.1 煤塵爆炸第一類危險源的控制措施

(1)降低煤塵的爆炸性能。這種措施常用方法主要有撒布巖粉，針對這種措施的技術研究進展比較緩慢。

(2)降低懸浮在空氣中的煤塵濃度。這類控制措施的方法比較成熟，其具體辦法如下：①通風降塵，包括采煤工作面通風降塵和掘進工作面通風降塵。②濕式降塵，包括灑水降塵和噴霧降塵。③捕塵降塵，有密閉抽塵、干式捕塵器、濕式捕塵器和空氣過濾降塵器。④其他降塵措施。

(3)控制落塵變為浮塵。 這種控制措施也有較多方法，有著一定的效果。主要方法有煤層注水、采空區及巷道灌水、濕式作業、放炮前沖洗煤壁和巖幫、水封爆破與水炮泥、出煤巖時灑水、采煤機內外噴霧、掘進機高壓水射流輔助截割、移架自動噴霧等方法。

(4)減少出塵量與落塵量。其具體的控制方法，有選擇適當地采煤方法和生產工藝，改進采煤機切割結構及選擇合理地截割參數，可能時盡量減少炮眼數量與炸藥用量，消除落塵——清、沖、刷、粘等方法。

2.2 針對第二類危險源的控制措施

(1)防止引燃煤塵爆炸的措施。①嚴格執行《規程》有關消除明火的規定；②防止瓦斯積聚和燃燒爆炸；③消除放炮時產生的火焰；④消除電氣火源；⑤消除其他火源。

(2)增加防控設施并保持其安全性能。防控煤塵爆炸的設施，現階段主要為隔爆棚，包括巖粉棚、水棚和自動隔爆棚。應該大力開發新式煤塵爆炸防控設施，井下重點處應安裝防控設施，并對其進行定期檢查維修，確保其安全性能。

2.3 針對第三類危險源的控制措施

(1) 對于國家，應加大安全立法力度，加強對煤礦的整治力度，加強對安全生產的經濟投入，加強對安全生產的重視程度，加強對安全科學基礎研究的扶植力度，促進安全新技術的出現，加大對煤礦企業的監管力度，妥善處理好安全與發展之間日益尖銳的矛盾。

(2) 對于企業，應加強對安全生產的投入，加強對員工的培訓，應正確處理好安全生產與利潤之間的矛盾，完善安全生產制度，下大力度執行安全生產制度，確立安全生產負責制，該善生產條件，提高機械化率，保證安全設施的可靠性，增強企業的安全文化氛圍。

(3) 對于個人，應加強安全生產教育，使得每個煤礦的管理者和職工明確“安全無小事”的思想，排除自身的僥幸心理和“想當然的”思想，把安全生產的思想深植入心。同時，應當增加個人的安全科學技術的理論素養，要做到人人都是專家，要定期進行培訓，合格后方可上崗，要增強安全意識，強化安全觀念，確立本質安全化思想。

3 結 語

(1) 危險源是能夠影響或導致能量或毒性的意外釋放，以至于破壞系統的安全性，并導致事故發生的要素。危險源應分為三類，即第一類危險源、第二類危險源、第三類危險源，事故的發生是三類危險源共同作用的結果。對三類危險源的辨識與控制，是實現系統本質安全化的必要條件。

(2)煤塵爆炸的第一類危險源，是懸浮在空氣中達到一定濃度的具有爆炸性的煤塵。第二類危險源，是能夠引燃煤塵爆炸的高溫熱源和防控煤塵爆炸的設施物的故障。第三類危險源，是人的失誤和各種不利于煤礦安全生產的環境因素。

(3)應分別對煤塵爆炸三類危險源作出相應的控制措施，以減少煤塵爆炸事故，實現系統的本質安全化。

要明確三類危險源是事故能否發生的決定條件，對事故的防范應歸結于對三類危險源的控制。我們應當從辨識三類危險源入手，對三類危險源采取控制措施，只有這樣，才能促進安全科學的發展，才能遏制煤塵爆炸事故的頻發，才能真正扭轉目前嚴峻地安全生產形勢，才能更有效的促進社會主義和諧社會的建設。

[1] 陳寶智. 安全原理[M]. 北京：冶金工業出版社，1995.

[2] 吳宗之. 重大危險源控制技術研究現狀及若干問題探討[J]. 中國安全科學學報, 1994,4(2)：17-22.

[3] 吳宗之. 易燃、易爆、有毒重大危險源評價方法與控制措施[J]. 中國安全科學學報, 1998,8(2)：57-61.

[4] 何學秋，林柏泉,等. 安全工程學[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，2000.

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[6] 葉鐘元. 礦井防塵[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，1991.

[7] W.Hammer Product Safety Management and Engineering[M] Printice-Hall.Inc,1980.

[8] 中華人民共和國國家標準. 職業健康安全管理體系規范[S]. GB/T28004-2001,2001.

[9] 吳宗之，高進東. 重大危險源辨識與控制[M]. 北京：冶金工業出版社，2001.

[10] H.W.Heinrich,and etc Industrial Accident Prevention [M] Mc Grow-Hill.Inc,1980.

[11] 陳寶智. 系統安全評測與預測[M]. 北京：冶金工業出版社，2005.

[12] 錢新明，陳寶智. 重大危險源辨識與控制[J]. 中國安全科學學報, 1994,4(3)：16-21.

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[14] 趙益芳. 礦井防塵理論與技術[M]. 北京：煤炭工業出版社，1995.

[15] 國家安全生產管理局，國家煤礦安全監察局. 煤礦安全規程[S]. 北京：煤炭工業出版社，2005.