煤礦瓦斯爆炸災害態勢評估與預警研究

陸余輝

煤礦瓦斯爆炸災害態勢評估與預警研究

陸余輝

（百色百礦集團有限公司 廣西百色 533000）

瓦斯爆炸災害一直威脅著我國煤炭企業的健康發展，導致出現巨大的財產損失與人員傷亡，本文針對煤礦瓦斯爆炸災害防控與預警進行研究，通過理論研究，為煤礦安全水平的提高、煤炭工業的持續發展提供參考。

煤礦瓦斯爆炸；災害；預警

1 煤礦瓦斯爆炸災害評估和預控基本情況

我國煤炭資源十分豐富，且分布面較廣，但絕大多數煤礦均處于地下，開釆條件相對復雜，對開采技術也提出了更高的要求。隨著煤礦開采深度的加大，煤礦呈現出“高瓦斯、高應力、低強度和低滲透性”的特征，很多發生礦難的礦井均是由于瓦斯、火災、煤塵造成的。近年來，政府和各級部門加大了對煤炭企業的查糾力度，也要求煤炭企業不斷加強自身的安全設備的購置和安全舉措的采取，煤礦的事故率已得到大大下降，從兩個指標就可以看出：①死亡人數；②事故數量。如圖1所示，統計1978～2012年期間的全國煤礦生產死亡人數與百萬噸死亡率，呈現出快速下降趨勢，截止2012年已經下降到1.0以下，且處于持續下降之中。但我們也要清醒的認識到，與西方老牌的發達國家相比，與世界主要產煤國相比，我們的差距還是比較大的，發展的潛力還是巨大的。

圖1 全國煤礦生產死亡人數與百萬噸死亡率

縱觀這些事故災難，瓦斯災害占據了比例的大頭，也是被社會公認的安全生產的主要威脅，俗稱“第一殺手”，據國家權威部門數據統計，如圖2所示，顯示的是我國煤礦生產一次死亡3人以上死亡人數和事故起數，以及瓦斯爆炸事故一次死亡3人以上的死亡人數和事故起數，從曲線可以看出，兩條曲線基本趨勢一致，且變化程度也相同，這說明瓦斯爆炸事故是影響安全生產的內因和主要方面。分析來看，瓦斯爆炸主要有以下幾個方面特點比較鮮明：①爆炸力和破壞力都比較大；②事故易發，隱患苗頭多；③風險較高。主要原因是煤礦開采系統比較復雜，導致一些高瓦斯煤礦的產生，這些風險的存在將是煤礦安全生產的主要威脅，影響和制約了煤炭企業的可持續發展。所以，探索瓦斯爆炸的態勢評估和預警方法機制是當前急需研究解決的問題，隨著科學技術的不斷深入發展，產生了一些交叉學科，研究瓦斯爆炸災害預控也要引入其他學科知識，促進其研究水平和應用水平的提高。

圖2 全國煤礦一次死亡人以上事故起數和死亡人數

2 煤礦瓦斯爆炸災害預控存在的問題

煤礦瓦斯爆炸災害形成的條件主要是“人和環境”，是一個時間和空間組成的復雜系統，環境主要包括三個方面：①瓦斯；②氧氣；③火源。其形成是煤礦生產活動中各種微觀因素相互作用的結果，當前國際上的前沿理論在研究瓦斯爆炸機理上，主要存在以下幾個問題：①對瓦斯形成的復雜性認識不足，只對其中的某些主要環節進行研究，這是片面的，其未能從總體上全面的分析相關危險因素相互作用和影響，對形成機理認識分析不深入。②缺乏相關的數據和信息支撐，在對瓦斯災害發生缺乏一整套的辨識、評估和預警的體系，所以此時數據和信息的準確性、規律性、可靠性就顯得尤為重要，只有這些先決條件具備了，才能讓這套系統正常運行起來。當前，我國很多礦井都安排了各種監控系統，這些監控系統有效有力的保障了煤礦的安全性，但由于這些系統目前還處于彼此的獨立狀態，數據信息根本不能實現共享。③信息盲區和信息孤島還不同程度存在。主要由于礦井下的構造和空間的動態變化特點，一些監控裝置設備根本無法有效安裝，一些區域成為了災害預測預防的盲區，信息盲區效應十分明顯。此外，一些瓦斯監控系統有的只對數據做簡單的數據處理，在預警和決策方面的智能化水平較低，有的處于“信息孤島”狀態的監控系統缺乏危險源整體評價預警。④瓦斯爆炸災害評估和預警的方法體系和理論支撐不夠完善，據筆者調研，目前我國對于瓦斯爆炸的預警監控還僅僅停留在濃度是否超限的層次上，但隨著煤礦開采深度的加大，一些煤礦的瓦斯濃度則會不規律的快速增加，其風險和安全隱患也隨之增大，再加上其本身形成的原因也是多種多樣的，有的甚至就是一點點微觀的量變就會引起整個質變，其動態性、模糊性和非線性的特征十分明顯，各種因素相互交織影響，所以，雖然超限預警的作用對于當前瓦斯爆炸災害的發生有積極的意義，但總體來說其準確性，有效性還可以針對實際情況進行進一步提高。

3 建設完善的瓦斯爆炸災害評估與預警體系

一個科學的瓦斯爆炸災害評估與預警體系從字面上來理解主要包括評估和預警兩個方面；從內部成因來分析，主要包括人、安全設備、環境和制度機制建設等方方面面，這些環節相互協調、相互聯系；從預測預防角度考慮，就是要利用系統的、科學的數據信息，為預警提供災害決策服務，進行標準化作用流程，提高安全生產能力。

（1）積極圍繞瓦斯災害態勢評估與預警的主要目標。當前預防瓦斯爆炸已經成為了各級煤礦安全問題的頭等大事，隨著科技的進一步提升，其技術手段和預防控制的理論都得到了長足的進步，一些措施的采取也初見成效，但要看到瓦斯災害態勢評估與預警的目標要求必須從事后的處理到事前的科學評估和預警上來，對照這個要求，瓦斯爆炸的管理手段還是稍顯滯后，有的還處于經驗式的處理階段，有的安全信息系統集成性不好，形成不了安全知識數據庫；有的不能連續起來思考問題，在斷續的信息數據中找不出規律，不能拿來有效的指導瓦斯爆炸災害的預控。所以，必須建立動態的煤礦瓦斯爆炸災害預警管理體系，較好的改善煤礦企業安全管理現狀，有效減少瓦斯爆炸災害發生。一方面構建態勢評估與預警體系，不間斷檢測系統的運行情況，這是瓦斯爆炸災害預防的基礎工作，深入探索發現“人、機、環境和管理”四個方面的關系，分析四個方面內部的因果關系，有效預防安全隱患缺陷，確保有效應對生產各環節的安全問題。另一方面要建立科學的瓦斯爆炸災害預警指標體系。沒有具體的指標，煤礦瓦斯爆炸災害預警就是一句空話，就還會落入經驗主義和形式主義的陳舊做法，必須將這種隨機的過程變成可參照可尋找規律的過程，在這個背景下，建立煤礦瓦斯爆炸災害狀況的具體預警指標體系就顯得尤為重要，在形成動態傳輸和采集信號數據的基礎上，進一步將數據進行歸納、比較、處理，做出不同的行為控制決策，將各種風險降到最低。

（2）切實掌握態勢評估與預警的特點內涵。煤礦瓦斯爆炸災害與一般企業的災害相比，有著自己鮮明的特點。一個是危險源比較復雜，瓦斯爆炸呈現的是非線性動力學特性，危險的來源多雜，從整體上來看，瓦斯爆炸雖然是安全系統的一個方面，但與其他系統聯系比較緊密。危險源不僅僅來自瓦斯爆炸本身，其他系統的元素有時也會對其造成直接和間接的影響。另一個是必須以預防為核心，建立科學的評估和預測舉措，有效落實風險評估。

再一個是其具有突發性和累積性。瓦斯爆炸災害一般瞬時發生，突發性非常強，從哲學角度講，量變才能引起質變，瓦斯爆炸這一點體現尤為明顯，就是要善于發現其潛伏期，讓其演化和積累始終處于萌芽狀態。最后其還具有一定的動態性，瓦斯爆炸始終處于一個動態變化的過程，煤礦的采掘系統會隨著環境和時間變化而變化，不同的階段，所有的環境也處于不斷變化之中。此外，煤礦瓦斯爆炸災害預警還是一個持續反饋閉環式的管理系統，即發現問題，解決問題，再持續發現問題，再持續解決控制隱患問題，處于這樣一個不斷循環持續的檢測之中，每一個都是一個閉環管理。

（3）建立瓦斯爆炸災害應對對策庫。針對以往煤礦生產系統瓦斯爆炸的各種事故隱患，建立一個預防處置的方案庫，以便在災害發生時能及時尋找出最有效，最科學的對應控制舉措，實現事故預防智能化和科學化。

4 瓦斯爆炸災害預警的程序、機制與功能

（1）瓦斯爆炸災害預警的程序。主要如圖3所示，主要由明確警義、發現警源、分析警兆、預報警度和排除警患等環節組成，明確警義主要指對可能發生爆炸災害因素的確認，對應評估指標體系，是預警的前提。發現警源是探索災害發生的原因，一般區分為內在警源和外生警源2種，顧名思義一個是隱患來自于內在，一個是隱患來自于外部。分析警兆主要是災害導致警情的先兆。預報警度主要指預報警情的威脅程度，并采取合理的預控舉措和方法。排除警患主要指根據警度警情采取的針對性舉措，達到降低災害、消除隱患的目的。

圖3 瓦斯爆炸災害風險預警程序

（2）瓦斯爆炸災害預警的機制與功能。建立瓦斯爆炸災害預警的機制必須建立在探索和發現事故和災害發生機理的基礎上，利用機制去糾正一些不正確的做法，從而形成較好的行為管控。在具體功能上，主要包括常規預警功能、矯正功能、免疫功能等，所謂常規預警功能就是對瓦斯爆炸進行監測、識別、分析、判斷的過程，對可能發現的問題及時警告和識別，對一些具體特征指標監測、識別、診斷，確保煤礦開采活動始終處于安全狀態。同時要針對管理預警提出反饋、評價、修正、調整。所謂矯正功能，主要是一種預控和糾錯的功能，根據瓦斯爆炸預警提供的數據信息，及時對將要發生的問題做出適當的調整，保證不確定環境下實現系統的自我均衡。所謂免疫功能，就是可以實現對同類型、同性質的問題進行預測和識別，并做出有效防范的管理對策，在管理中如果出現相同或類似的失誤征兆，能夠準確的予以制止，回避問題發生。其核心主要是將以往的事故教訓轉化為安全管理上的水平。

5 煤礦瓦斯爆炸災害預警系統的實現

5.1 系統功能框架

根據實際情況，從軟件系統的功能結構上分，可以將煤礦瓦斯爆炸災害態勢評估與預警系統分為瓦斯管理、系統設置、預警方法與規則、瓦斯爆炸預警、應急預案和瓦斯爆炸事故管理等功能模塊，具體見圖4。

圖4 功能框架

5.2 系統功能實現

瓦斯爆炸災害預警系統采用多文檔設計模式，結構類似于絕大多數的辦公軟件，使得軟件系統界面更加友好，用戶使用更加快捷方便。

5.3 信息采集與錄入

信息采集與錄入功能主要實現瓦斯爆炸災害系統信息源的釆集、導入以及輸入功能，實現多源信息的融合，為預警決策提供一定的數據支持。

6 結束語

本文通過對煤礦瓦斯爆炸災害態勢評估與預警研究，為煤礦安全生產的實現、煤礦本質安全化水平的提高以及礦山企業防災抗災能力的提升提供參考。

[1]熊延偉.煤礦瓦斯爆炸預警技術研究[D].重慶大學，2005，04.

[2]李潤求.煤礦瓦斯爆炸災害風險模式識別與預警研究[D].西安科技大學，2008，04.

[3]郭佳.瓦斯爆炸風險在線評價與動態預警系統研究[D].西安科技大學，2008，04.

TD712

A

1004-7344（2016）33-0202-02

2016-11-5

陸余輝（1969-），男，工程師，大專，主要從事煤礦安全生產管理工作。