地質(zhì)構造復雜工作面安全風險辨識評估

李建軍 王 堯 佟文亮

（1.山東省岱莊生建煤礦，山東 濟寧 277600；2.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東 青島 266590）

1 工作面基本情況

岱莊生建煤礦32405工作面位于四采區(qū)中部，煤巖整體為單斜構造，里高外低，走向NE，傾向SE，傾角6～12°左右。該工作面煤厚3.1～4.5m，平均3.7m，煤層堅固系數(shù)為f=1.5～2。工作面北側為尹家洼斷層，東側為4F1-1和4F4斷層，西側為4F10-1斷層和閻村斷層，尹家洼斷層和閻村斷層按規(guī)定留設了保護煤柱，其他小斷層多，導致工作面地質(zhì)構造復雜。該工作面掘進正常涌水量在1m3/h,最大涌水量2m3/h。在該面北邊的32435采空區(qū)及附近巷道內(nèi)有積水，水源主要來自3下煤層砂巖裂隙水，通過頂板淋水、裂隙涌入到工作面內(nèi)；瓦斯絕對涌出量約為0.48m3/min；煤塵爆炸指數(shù)為36.16%；自燃傾向性等級為Ⅱ類；工作面地溫24℃左右，不受熱害影響；無沖擊地壓現(xiàn)象發(fā)生；頂板巖石抗壓強度平均為31.8MPa，底板巖石抗壓強度平均為22.0MPa。

2 工作面危險因素風險等級確定

考慮到該工作面危險因素較多，所以采用模糊數(shù)學的方法對該工作面進行評價。模糊數(shù)學綜合評價就是應用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評價事物相關的各個因素。結合該工作面煤層地質(zhì)條件，對其進行危險源辨識。

2.1 危險因素辨識

對礦井進行安全風險識別時，以風險物質(zhì)為主，結合生產(chǎn)工藝、作業(yè)條件、作業(yè)方式、使用的設備設施及開采技術條件等情況進行綜合分析。通過對礦井生產(chǎn)狀況的調(diào)查與分析，對照有關法律、法規(guī)、標準等規(guī)定，辨識其可能存在的主要安全風險及重大安全風險主要有：頂板事故及刷切眼大斷面掘進、地質(zhì)構造、煤塵飛揚和積聚、機電運輸事故、水害事故。

2.2 安全風險等級劃分

風險矩陣評估法是由風險發(fā)生的可能性和可能造成的損失評定分數(shù)，進而確定相應的風險等級，風險等級劃分如表1所示。

表1 風險等級劃分

2.3 危險事件風險矩陣量化評價

風險矩陣法是根據(jù)危險事件發(fā)生的可能性及其可能造成的后果的乘積來衡量風險的大小，其計算公式是：風險值D=PC；

式中：P-給定時間間隔內(nèi)系統(tǒng)事故發(fā)生概率；

C -事故嚴重度。

該方法是運用概率危險性安全評價，以危險度作為衡量指標，將危險性量化處理。

其具體方法是列出矩陣表，將該系統(tǒng)的危險因素先進行等級判別，作為矩陣第一行和第一列，可分別用A、B、C、D、E、F代表，比較每一列的嚴重性，利用累計概率分布函數(shù)確定各類別賦值，其公式為：；式中ai為累計因子，xi為時間間隔，R為事故發(fā)生概率，由此可得風險程度矩陣如表2所示。

表2 風險程度矩陣表

2.4 量化評價分析

根據(jù)風險程度矩陣表，結合對危險因素的辨識，針對各危險因素的量化評價分析如下：

（1）工作面老巷多、頂板壓力大、應力集中，危險等級較高，施工過程中應加強監(jiān)測。事故造成的損失可能性賦值為4，事故發(fā)生的嚴重性賦值為6，安全風險值為24，為較大風險。

（2）煤塵爆炸指數(shù)為36.16% ，易引起煤塵爆炸事故，事故造成的損失可能性賦值為6，事故發(fā)生的嚴重性賦值為2，因此兩巷掘進工作面回采期間煤塵爆炸的安全風險值為12，煤層屬Ⅱ類自燃煤層，可能出現(xiàn)采空區(qū)高溫點或自燃發(fā)火事故，事故造成的損失可能性賦值為4，事故發(fā)生的嚴重性賦值為3，因此工作面回采期間火災發(fā)生的安全風險值為12，為一般風險。

（3）掘進過程中，不嚴格按照標定的方向、中線施工，易發(fā)生誤貫通事故。由于水源主要來自3上煤層砂巖裂隙水，3上1106工作面初次放頂及推采至“見方”影響區(qū)域時，在兩順槽內(nèi)可能發(fā)生礦壓顯現(xiàn)，材料巷邊采邊加、邊采邊撤，可能因為操作不當造成機電事故，事故造成的損失可能性賦值為3，事故發(fā)生的嚴重性賦值為4，安全風險值為12，為一般風險。

（4）3上1106材料巷沿3上1104采空區(qū)掘進，煤柱可能壓酥漏風，出現(xiàn)氣體溢出傷人事故，3上1106工作面開采到臨近斷層時，可能因為采動應力與構造應力疊加影響引起冒頂事故，事故造成的損失可能性賦值為2，事故發(fā)生的嚴重性賦值為4，因此工作面過斷層的安全風險值為8，為低風險。

（5）32405北面的32435采空區(qū)及附近巷道內(nèi)有積水，工作面回采前需對該積水區(qū)超前進行疏放。事故造成的損失可能性賦值為4，事故發(fā)生的嚴重性賦值為5，安全風險值為20，為較大風險。

（6）工作面采用絞車、無極繩絞車運送材料，可能因為操作不當造成運輸事故，電氣設備在安裝或使用過程中，有可能發(fā)生電氣短路故障，引起火災事故，造成的損失可能性賦值為3，事故發(fā)生的嚴重性賦值為3，因此絞車、無極繩絞車運輸及安裝或使用電氣設備的安全風險值為9，為低風險。

3 工作面危險因素預防措施

通過對危險因素的辨識及評價，針對各危險因素的安全風險值及危險度，采取如下措施：

（1）在施工工藝上，采取左右兩半交替施工；在支護上，采取錨網(wǎng)、錨索、噴漿聯(lián)合支護形式，同時在綜掘機轉載機后增打雙排戴帽木點柱加強支護，加強礦壓觀測。

（2）突出危險性區(qū)域工作面主要指存在較大、重大危險隱患的工作面區(qū)域，如回收采區(qū)煤柱工作面及32435采空區(qū)及附近巷道等，當該類工作面開始掘進后，嚴格按鉆屑指標法做證工作。隨時檢查瓦斯，發(fā)現(xiàn)有突出預兆時，立即停止工作面作業(yè)。

（3）維護防塵措施，堅持短壁注水，嚴格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人連鎖”。按規(guī)定對迎頭及后路巷道沖塵，杜絕粉塵積聚，加強監(jiān)測檢查。

（4）工作面掘進過程中應及時敷設排水管路，完善排水系統(tǒng)，將低洼點積水及時排出。確保對尹家洼斷層留足50m保護煤柱、閻村斷層留足30m保護煤柱，嚴禁進入保護煤柱內(nèi)進行采掘活動。

4 結語

結合32405工作面的實際情況，充分考慮地質(zhì)、環(huán)境、瓦斯、煤塵、地壓、水害等因素，通過對相鄰工作面的分析，運用模糊數(shù)學綜合評價與風險矩陣量化評價相結合的方法，對32405工作面進行了危險辨識。對可能存在的危險有害因素，提出了必要的安全預防措施，使該工作面具有一定的本質(zhì)安全程度，為實現(xiàn)工作面的安全生產(chǎn)奠定了基礎。