煤礦瓦斯爆炸事故重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)與評(píng)價(jià)模型建立

丁麗娟　劉歡歡

摘要：文章從危險(xiǎn)源的概念出發(fā)，介紹了瓦斯爆炸事故中三類危險(xiǎn)源的定義與成因，分析爆炸事故的形成條件，并對(duì)煤礦進(jìn)行了危險(xiǎn)源辨識(shí)，然后結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程，建立了模型評(píng)判方法，用其對(duì)煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)判及相應(yīng)的定量化分析。通過科學(xué)有效的事前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)有效預(yù)防瓦斯爆炸和促進(jìn)安全生產(chǎn)有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯爆炸事故；重大危險(xiǎn)源辨識(shí)；評(píng)價(jià)模型；定量化分析；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD712 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

煤炭資源是我國第一大能源，其使用量占我國目前一次能源消費(fèi)量70%左右，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國的煤炭年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了37億。但是隨著煤炭產(chǎn)量的逐漸提高，相關(guān)事故的發(fā)生率也在逐年增加，如煤礦透水、冒頂、火災(zāi)以及瓦斯爆炸等。其中，瓦斯爆炸是最為嚴(yán)重的災(zāi)難事故，它造成的人員傷亡數(shù)最多，經(jīng)濟(jì)損失最大，社會(huì)影響最惡劣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2013年，我國發(fā)生的瓦斯爆炸事故多達(dá)189起，死亡總?cè)藬?shù)接近1500人。因此，采用有效的措施來評(píng)價(jià)煤礦瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于遏止瓦斯爆炸事故和安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 瓦斯爆炸危險(xiǎn)源及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源理論

對(duì)瓦斯爆炸危險(xiǎn)源的研究最早始于20世紀(jì)70年代的英國，由專門的技術(shù)咨詢委員會(huì)負(fù)責(zé)執(zhí)行。對(duì)于瓦斯爆炸危險(xiǎn)源的辨識(shí)是保證煤礦安全工作的前提與關(guān)鍵，也是整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的第一步，其優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的辨識(shí)且快速高效。辨別危險(xiǎn)源要確定哪些是潛在發(fā)生事故的危險(xiǎn)因素，通常采用經(jīng)驗(yàn)分析預(yù)測(cè)法和理論分析法兩種方法來進(jìn)行辨別。所謂的經(jīng)驗(yàn)分析法就是根據(jù)已經(jīng)發(fā)生過的事故案例，通過查找其觸發(fā)因素找出基于現(xiàn)實(shí)條件下的危險(xiǎn)源；理論分析法就是采用數(shù)學(xué)模型的方法，預(yù)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)尚未發(fā)生的事故，反推其發(fā)生原因，找出其觸發(fā)因素及潛在的危險(xiǎn)源。在本文中，主要采用理論分析法來辨別危險(xiǎn)源。

2.2 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源辨識(shí)方法

根據(jù)危險(xiǎn)源在事故中起到的作用，我國研究者提出了三類危險(xiǎn)源理論，即瓦斯爆炸事故具有第一類、第二類和第三類危險(xiǎn)源。第一類危險(xiǎn)源：根據(jù)傳統(tǒng)的能量釋放理論，我們認(rèn)為爆炸事故是危險(xiǎn)物質(zhì)或能量意外釋放的一種形式，它可能造成過量的能量作用于人體或者是釋放出干擾人體和外界自然能量交換的物質(zhì)，這些就是造成人身傷害的直接原因。第二類危險(xiǎn)源：為了防止能量的意外釋放而導(dǎo)致的限制能量措施的破壞失衡的各種因素稱之為第二類危險(xiǎn)源。第三類危險(xiǎn)源是一種主觀的危險(xiǎn)源，是由于組織者的安全管理決策上的失誤以及一些不安全的行為從而造成了系統(tǒng)的失衡而導(dǎo)致的，這類危險(xiǎn)源是一種隱藏的危險(xiǎn)源，不易辨識(shí)。這三種危險(xiǎn)源是息息相關(guān)的，第一類危險(xiǎn)源在事故中會(huì)釋放出大量的能量，是導(dǎo)致人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失的主體因素，直接決定著事故的嚴(yán)重程度；第二類危險(xiǎn)源的出現(xiàn)是第一類危險(xiǎn)源事故的產(chǎn)生的必要條件，其難易程度決定了事故發(fā)生的可能性的大小；第三類危險(xiǎn)源的出現(xiàn)又增加了人們辨別前兩類危險(xiǎn)源的難度。

瓦斯爆炸的危險(xiǎn)源存在著以下特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)性。在煤礦開采過程中，隨著生產(chǎn)過程的進(jìn)行，對(duì)象和環(huán)境不斷的更新，連續(xù)送入工作空間的新風(fēng)對(duì)瓦斯的稀釋是非均勻性的，具有動(dòng)態(tài)特征；非線性。整個(gè)瓦斯爆炸危險(xiǎn)源系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性體系，火源和瓦斯的濃度聚集具有相當(dāng)大的偶然性，瓦斯聚集的形成變化是非線性的，濃度變化具有隨機(jī)性，瓦斯和空氣的混合有可能是由于瓦斯的長時(shí)間積聚，也有可能是瓦斯無規(guī)律的大量噴涌而造成；評(píng)價(jià)單元的復(fù)雜性。主要難點(diǎn)在于復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)單元的劃分，單元內(nèi)的瓦斯?jié)舛炔粌H和開采技術(shù)、煤礦性質(zhì)、工作空間狀態(tài)等有關(guān)，還和井下通風(fēng)系統(tǒng)有關(guān)。

綜合上述觀點(diǎn)和瓦斯爆炸危險(xiǎn)源的特點(diǎn)，容易看出這種三類危險(xiǎn)源的分類方法可以全面反映危險(xiǎn)存在的原因和根源，為從多角度多方面來辨識(shí)、評(píng)價(jià)、管理控制危險(xiǎn)源提供了強(qiáng)有力的工具。

2.3 煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源概述

瓦斯是一種煤層氣，其主要成分為甲烷，主要吸附在于圍巖或者煤體中。當(dāng)甲烷和空氣以一定比例混合時(shí)，如果附近有火種，則兩者之間會(huì)發(fā)生猛烈的氧還原反應(yīng)并伴隨強(qiáng)烈的力學(xué)沖擊，存在著爆炸的危險(xiǎn)。因此，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定限度，存在高溫、火源以及氧氣充足是瓦斯爆炸的三個(gè)必須條件。

當(dāng)瓦斯的濃度累計(jì)到一定范圍時(shí)，遇到火源才會(huì)發(fā)生爆炸，這個(gè)臨界濃度稱之為瓦斯的爆炸界限，據(jù)研究，這個(gè)爆炸界限為5%～16%。如果瓦斯?jié)舛鹊陀?%，遇到火源時(shí)不會(huì)爆炸，只會(huì)產(chǎn)生一層明顯的燃燒層；瓦斯?jié)舛葹?%時(shí)，爆炸性最強(qiáng)；瓦斯?jié)舛雀哂?6%時(shí)，則失去爆炸性，但是遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒。這一爆炸界限并不是恒定的，它還受壓力，溫度，以及氣體組分的影響。瓦斯的著火溫度為650℃～750℃，受瓦斯的相對(duì)濃度、火源性質(zhì)以及氣壓的影響。另外環(huán)境中的氧氣濃度達(dá)到12%時(shí)，瓦斯與空氣混合氣體才會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在開啟封閉區(qū)域的時(shí)需要格外慎重，必須在火種完全熄滅后才能打開，防止新鮮空氣的進(jìn)入導(dǎo)致瓦斯爆炸。因此，通過分析我們得出，瓦斯爆炸事故危險(xiǎn)源模型與下述的五種因素緊密相關(guān)：（1）固有的瓦斯危險(xiǎn)源，瓦斯涌入量（第一類危險(xiǎn)源）；（2）引燃瓦斯的火源（誘發(fā)危險(xiǎn)源，第二類危險(xiǎn)源）；（3）環(huán)境中的氧氣濃度達(dá)到12%（誘發(fā)危險(xiǎn)源，第二類危險(xiǎn)源）；（4）瓦斯?jié)舛忍幱诒ǖ臉O限范圍內(nèi)（誘發(fā)危險(xiǎn)源，第二類危險(xiǎn)源）；（5）人為的管理缺陷，制度缺失（第三類危險(xiǎn)源）。

一般來說，絕大多數(shù)瓦斯爆炸事故只有在這五種因素同時(shí)存在并且相互作用時(shí)才有可能發(fā)生。采用這種因素分析方法模型，能夠準(zhǔn)確地描述事故的過程，迅速地確定事故的發(fā)生原因。

3 瓦斯爆炸危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的建立

建立瓦斯爆炸危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系有以下原則：（1）理論性原則。根據(jù)危險(xiǎn)源理論分析得到的指標(biāo)，必須和實(shí)際工況相聯(lián)，真實(shí)地反映爆炸事故的特征；（2）明確性原則。指標(biāo)的概念必須要明確，明確指標(biāo)的范圍；（3）層次性原則。各指標(biāo)之間需要有明確的從屬關(guān)系和相互作用關(guān)系，具有明晰的層級(jí)結(jié)構(gòu)，更好地反映系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)功能；（4）適用性原則。建立評(píng)價(jià)體系時(shí)要結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況和特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)事故發(fā)生理論可知，人、機(jī)器和環(huán)境這三個(gè)必需的要素只有在同一時(shí)空中兩兩相交的時(shí)候才有可能發(fā)生事故，圖1所示為瓦斯爆炸人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，有三種危險(xiǎn)因素，圖中兩個(gè)圓交叉的部分為事故較易發(fā)生區(qū)，三個(gè)圓的交叉部分為事故高發(fā)頻率區(qū)。

圖1 瓦斯爆炸的人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)示意圖

為了研究煤礦瓦斯事故爆炸的危險(xiǎn)性，尋找整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全性，我們?cè)谧袷匚ｋU(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建立原則的基礎(chǔ)上，充分考慮瓦斯爆炸“人-機(jī)-環(huán)境”這一特點(diǎn)，初步建立了重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型并將其應(yīng)用于實(shí)踐。

重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型方程。本文根據(jù)煤礦瓦斯的爆炸特點(diǎn)和對(duì)以往事故的分析，參考其他行業(yè)的評(píng)估方法，提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

H=K*D/6000 （1）

式1中H為系統(tǒng)危險(xiǎn)源總的風(fēng)險(xiǎn)度，0

其中：

K=（P1+P2+P3）/3 （2）

P1，P2，P3分別為人，機(jī)器和環(huán)境的不安全系數(shù)。

D=L*E*C （3）

L為事故發(fā)生的可能概率，E為作業(yè)場(chǎng)所的人口密度，C為預(yù)估的事故嚴(yán)重度

上述公式中的所有參數(shù)都可以在相應(yīng)的國標(biāo)中查出。該方法簡(jiǎn)便易行，分析簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的實(shí)際操作意義。

4 相關(guān)案例分析

某礦區(qū)發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，作業(yè)人員64人，死亡52人，受傷12人中重傷2人，直接經(jīng)濟(jì)損失200萬。勘測(cè)得瓦斯涌出量為1.9cm3/min，濃度達(dá)到10%以上。勘測(cè)得事故原因?yàn)橄嚓P(guān)人員違章操作拉出電線，電火花引起了瓦斯爆炸。

根據(jù)我國相關(guān)國標(biāo)的規(guī)定，可以得到可能發(fā)生事故的概率L=10，作業(yè)場(chǎng)所人口密度E=6，事故嚴(yán)重度C=100，計(jì)算得到D=6000，查找相關(guān)規(guī)定，屬于極其危險(xiǎn)的級(jí)別，企業(yè)應(yīng)該停產(chǎn)整頓。

由經(jīng)驗(yàn)可以判斷，在本事故中，人、機(jī)、環(huán)境的不安全情況均比較嚴(yán)重，P1、P2、P3均取0.6，則K=0.6。

根據(jù)公式1，H=0.6，屬于風(fēng)險(xiǎn)較大的級(jí)別，該事故是極其容易發(fā)生的。

5 結(jié)語

本論文以安全工程學(xué)、危險(xiǎn)源學(xué)說以及相應(yīng)的事故致因理論為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際情況下煤礦瓦斯爆炸的特點(diǎn)，對(duì)如何辨識(shí)煤礦瓦斯爆炸危險(xiǎn)源進(jìn)行了探討，提出了評(píng)價(jià)瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)的半定量模型和計(jì)算方法，通過實(shí)際案例分析證實(shí)了其可能性，對(duì)于瓦斯爆炸的事前預(yù)防具有積極的意義。但是瓦斯爆炸是一種非常復(fù)雜的現(xiàn)象，因此該評(píng)價(jià)模型仍需進(jìn)一步的完善，從而更好地預(yù)測(cè)事故可能性，進(jìn)一步降低瓦斯爆炸造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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作者簡(jiǎn)介：丁麗娟（1983-），女，河南南陽人，河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司助理工程師，研究方向：煤礦設(shè)備檢（監(jiān)）測(cè)。

（責(zé)任編輯：王 波）