煤礦瓦斯爆炸應急救援力量需求計算模型

張軍波楊程濤2

（1.河南理工大學安全科學與工程學院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集團研究院有限公司，河南省鄭州市，450046）

煤礦瓦斯爆炸應急救援力量需求計算模型

張軍波1，2楊程濤2

（1.河南理工大學安全科學與工程學院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集團研究院有限公司，河南省鄭州市，450046）

針對目前煤礦瓦斯爆炸應急救援缺乏救援力量需求計算方法的情況，對應急救援力量需求影響因素進行分析，建立了救援力量需求計算模型，并將影響因素進行量化，給出模型中各參數的取值范圍。在此基礎上，以山西省焦煤集團屯蘭礦瓦斯爆炸事故為例，對應急救援時所需救援隊伍數量進行計算。

瓦斯爆炸 應急救援 力量需求 量化 模型

瓦斯爆炸發生后，短時間內缺乏事故現場詳細數據，為盡快調度救援隊伍、縮短救援時間，必須預先對應急救援隊伍進行調度，但救援隊伍調度數量往往是憑借經驗。目前，煤礦應急救援的研究領域集中在應急體系、指揮決策、應急評價、避難硐室等層面，未對應急救援行動時救援力量調度數量計算進行研究。對煤礦瓦斯爆炸事故應急救援時的相關影響因素進行分析，建立救援力量需求計算模型，確定相應的救援力量，有助于提高應急救援的效率，確保不因救援人員短缺而影響救援作戰行動的進行。

1　救援力量需求模型

1.1 救援特征

煤礦瓦斯爆炸應急救援除了具有其他領域應急救援的不確定性和突發性特征外，也有著其獨特的復雜性、空間受限性的特征。

（1）突發性和不確定性。煤礦瓦斯爆炸是個突發性事件，沒有事先預警或者預警時間很短，這就使得瓦斯爆炸應急救援具有突發性。事故一旦發生，救援行動必須迅速展開，而此時災害數據是模糊的、不完備的，給應急救援行動的進行帶來極大的不確定性。

（2）空間的受限性。救援人員同樣處于井下受限空間，決定了救援過程中很多大型設備是無法使用的，主要還是依靠救援人員自身和所攜帶的少量小型裝備，對救援隊伍的數量需求是越多越好。

（3）環境復雜性。瓦斯爆炸應急救援進行時，救援人員所處環境極為復雜，事故造成的危害仍然存在，巷道支護受損，空氣中存在著CO等有毒有害氣體，且經常有次生災害的發生。例如，淮南礦業集團謝二礦瓦斯爆炸應急救援時，又連續發生了50次瓦斯爆炸。

1.2 需求影響因素

煤礦瓦斯爆炸應急救援的特征決定了需要對救援力量需求數量的因素進行分析，從而確定合理的救援力量數量。

（1）礦井規模。據統計，2001-2012年，我國197起重特大事故中，國有礦井發生53起，死亡1987人，平均37.5人/起，鄉鎮礦井發生141起，死亡2804人，平均19.9人/起。因此，越是大型的礦井，通風系統越復雜，危險有害因素越多，瓦斯爆炸事故一旦發生，造成人員傷亡數量也越多，對救援力量的需求有著直接影響。

（2）時間。時間因素包括應急救援行動進行時間的長短和事故發生的具體時間兩個內容。應急救援行動的時間越長，需要的隊伍就越多。具體時間包括季節、時間段，對2001-2011年的瓦斯爆炸事故發生季節和時間段進行統計，分別如表1和表2所示。

表1　2001-2011年瓦斯爆炸事故季節統計表

表2　2001-2011年煤礦瓦斯爆炸事故時段統計

從表1可以看出，瓦斯爆炸在春季發生次數和死亡人數是最多的，這是因為季節變化與大氣壓力變化是直接相關的，有研究表明，有一半的瓦斯爆炸與大氣壓力變化有關。春季氣壓處于下降過程中，氣壓的下降會使瓦斯涌出量增加，從而對事故規模帶來影響。從表2可以看出，12點至16點時間段內，瓦斯爆炸死亡人數最多，在此時間段內大氣壓力處于一個下降過程，而礦井瓦斯涌出量也隨之上升。

（3）地點。對我國480起3人以上死亡瓦斯爆炸事故進行統計，其中采煤工作面發生164起，掘進工作面發生201起，巷道發生74起，火區、水倉發生35起，采空區發生6起，可以發現瓦斯爆炸事故發生最多的地點為掘進工作面，同時處于離大巷最遠的區域，因此，事故發生后，救援人員到達的難度加大，但需求救援人員的數量卻最多。

（4）瓦斯涌出量。礦井瓦斯等級不同，瓦斯爆炸的規模也不同。分析2000-2005年期間36起死亡人數在30人以上特別重大瓦斯爆炸事故可以得知，低瓦斯礦井發生瓦斯爆炸事故15起，造成676人死亡，事故次數和死亡人數分別占總次數的41.7%和總人數的27.2%；高瓦斯礦井發生瓦斯爆炸事故21起，死亡人數1805人，事故次數和死亡人數分別占總次數的58.3%和總人數的71.3%。高瓦斯礦井瓦斯爆炸事故次數并不明顯高于低瓦斯礦井，但死亡人數卻遠高于低瓦斯礦井。

1.3 計算模型

在對瓦斯爆炸應急救援影響因素分析的基礎上，可以得出瓦斯爆炸事故應急救援力量需求數量數學模型：

式中：S——瓦斯爆炸事故應急救援力量需求數量；

S0——應急救援力量數量基數；

k1——礦井規模系數；

k2——時間系數；

k3——瓦斯爆炸地點系數；

k4——礦井瓦斯涌出量系數。

《礦山救護規程》9.1.2.2和9.4.13條規定了救護隊出動小隊數量和投入作戰的小隊數量均為2隊，因此，可以確定瓦斯爆炸事故應急救援力量基數為2個小隊，即S0=2。因此，式（1）可以簡化為：

2　救援力量需求系數

2.1 礦井規模系數

從前述分析中可以看出大型礦井瓦斯爆炸后造成的人員傷亡要遠高于小型礦井，大型礦井發生瓦斯事故后波及區域要遠大于小型礦井。因此，以災害波及區域來說明礦井規模系數。災害波及一個采區系數為1，波及兩個以上采區系數為2。

2.2 時間系數

時間系數由時間長度系數、季節季數和時間段系數3部分構成：

式中：k21——季節系數；

k22——時間段系數；

k23——時間長度系數。

（1）季節系數。冬季死亡人數最少，以冬季死亡人數為季節系數的基數，設冬季系數值為1，則春季系數值為1.8，夏季系數值為1.7，秋季系數值為1.5。

（2）時間段系數。4點至8點人員傷亡數量最少，以這個時間段為時間段系數的基數，設4點至8點系數值為1，則0點至4點系數值為1.1，8點至12點系數值為2.1，12點至16點系數值為2.3，16點至20點系數值為1.5，20點至24點系數值為1.1。

（3）時間長度系數。一個呼吸器班不超過4 h，救援人員井下救援一個呼吸器班后需要休息8 h，設4 h內系數值為1，則8 h內系數值為2，8 h以上系數值為3。在救援行動開始時，往往不可能知道多長時間內完成救援任務，因此，時間長度系數取最大值3。

2.3 地點系數

由前文可知，掘進工作面瓦斯爆炸造成的人員傷亡數量最多，以掘進工作面為地點系數的基數，設掘進工作面地點系數為1，則采煤工作面地點系數為0.8，巷道地點系數為0.4，其他地點系數為0.2。

2.4 瓦斯涌出量系數

以每起瓦斯爆炸平均死亡人數來計算，低瓦斯礦井死亡45人/起，高瓦斯礦井死亡86人/起。以低瓦斯礦井死亡人數為基數，設低瓦斯礦井瓦斯涌出量系數為1，則高瓦斯礦井瓦斯涌出量系數為1.9。

3　應用實例

3.1 基本情況

山西省焦煤集團屯蘭礦為高瓦斯礦井，2009 年2月22日凌晨2時23分，四采區12403采煤工作面發生一起特別重大瓦斯爆炸事故，事故造成77人死亡、114人受傷，并破壞了整個四采區的通風系統。山西省在全省調動了4個救援大隊的18支救護小隊，進行了16 h的救援。

3.2 計算

根據屯蘭礦此次瓦斯爆炸發生的時間、地點、涉及區域和礦井瓦斯等級，可以確定應急救援力量需求相應的系數值，分別為礦井規模系數k1為1，時間系數中k21為1.8，k22為1.1，k23為3，地點系數k3為0.8，瓦斯涌出量系數k4為1.9。

將上面相關系數值代入式（2）中，可得S= 18.0576。因此，屯蘭礦此次瓦斯爆炸應急救援對救護小隊需求數量是18支。

3.3 結果分析

將屯蘭礦瓦斯爆炸應急救援的相關因素代入模型中，計算結果與實際救護小隊數量吻合。但在屯蘭礦瓦斯爆炸事故救援過程中，18支救護小隊不是在瓦斯爆炸后同時調度的。救援初期，只調度了7只小隊。瓦斯爆炸發生后，如果能夠迅速確定救護小隊數量，并同時調度，提高救援效率，屯蘭礦瓦斯爆炸的死亡人數可能就會少于77人。

4　結論

（1）瓦斯爆炸事故應急救援力量需求模型在缺少事故現場詳細數據時，預先確定所需救援力量的需求數量，能夠提高應急救援的效率。

（2）模型的建立將應急救援力量需求數量判斷由經驗型推進到科學型，為應急救援的發展提供了一個定量分析工具。

（3）瓦斯爆炸事故應急救援力量需求計算模型涵蓋了4個影響因素，可能還有其他因素未考慮到，需要繼續進行改進和優化。

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（責任編輯 張艷華）

Emergency rescue force requirement calculation model of coal mine gas explosion

Zhang Junbo1，2，Yang Chengtao2
（1.College of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo，Henan，454003；2.Research Institute of Henan Energy and Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan，450046）

For the lack of calculation methods of emergency rescue force requirement of coal mine gas explosion，this paper analysed the influential factors of emergency rescue force requirement and built calculation model of rescue force demand；quantified the influential factors and proposed the range of every parameter in the model.On this basis，taking Tunlan Mine gas explosion of Shanxi Coking Coal Group Co.，Ltd.as an example，the amount of mine incident rescue teams was calculated.

gas explosion，emergency rescue，force requirement，quantification，model

TD773

A

張軍波（1978-），男，河南濟源人，博士，研究方向：礦井瓦斯防治與應急救援。