煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用

曹慶貴，王以功

(1.山東科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,山東 青島 266590；2.山東科技大學(xué)泰安校區(qū)，山東 泰安 271019)

由于我國煤炭資源分布范圍廣泛，地質(zhì)條件復(fù)雜，煤炭生產(chǎn)一直受到各種災(zāi)害，特別是瓦斯、水害、火災(zāi)及頂板事故等的威脅[1]。據(jù)近幾年煤礦重大事故統(tǒng)計(jì)資料，瓦斯事故死亡人數(shù)始終位居前列。2005～2008年，全國煤礦瓦斯事故死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的30.3％；在特別重大煤礦事故中，瓦斯煤塵爆炸事故更是明顯高于其他事故[2-3]。雖然近年來瓦斯事故得到了較為有效的控制而呈下降趨勢(shì)，但也有反復(fù)。

其次，礦井水害事故和火災(zāi)事故也占煤礦事故死亡人數(shù)的相當(dāng)比重[4]。2010年3月的1個(gè)月內(nèi)，國內(nèi)就發(fā)生了2起特別重大煤礦水災(zāi)事故(內(nèi)蒙駱駝山煤礦死亡32人，山西王家?guī)X煤礦死亡38人)；2002年，全國煤礦共發(fā)生水災(zāi)事故146起，死亡463人，占重特大事故死亡人數(shù)的比例僅次于瓦斯事故。而煤礦火災(zāi)事故，則由于來勢(shì)兇猛，容易造成眾多人員傷亡。2006年11月12日，山西省晉中市南山煤礦井下發(fā)生火災(zāi)事故，造成34人死亡；2008年9月20日，黑龍江富華煤礦井下發(fā)生火災(zāi)事故，31人遇難。

由上述分析可知，瓦斯煤塵爆炸事故、礦井火災(zāi)事故和礦井水災(zāi)事故對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅十分嚴(yán)重，是煤礦生產(chǎn)過程中應(yīng)該重點(diǎn)予以防范的重大事故。為有效預(yù)防這些事故的發(fā)生，首先需要充分掌握它們的實(shí)際危險(xiǎn)狀況，即應(yīng)該對(duì)煤礦重大事故危險(xiǎn)性進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。本文對(duì)這3種煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用工作進(jìn)行了探討。

1 煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

1.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法概述

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也稱為安全評(píng)價(jià)，是按照科學(xué)的程序和方法，對(duì)系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素、發(fā)生事故的可能性及損失與傷害程度進(jìn)行調(diào)查研究與分析論證，并以既定的指數(shù)、等級(jí)或概率值作出表示。再針對(duì)存在的問題，根據(jù)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件，提出有效的安全措施，以便消除危險(xiǎn)或?qū)⑽ｋU(xiǎn)降低到最小的程度。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的種類和方法很多，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化程度，可劃分為定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[5]。定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要依靠評(píng)價(jià)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，評(píng)價(jià)結(jié)果的正確性和可靠性很難保證，況且受人的主觀影響較大；定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則通過計(jì)算和分析，對(duì)系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行定量化處理，確定危險(xiǎn)性的等級(jí)或發(fā)生概率，從而為事故預(yù)防和安全管理工作提供數(shù)量依據(jù)，以便科學(xué)合理地選擇并實(shí)施事故預(yù)防措施，消除或控制危險(xiǎn)。因此，為提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的可靠性和實(shí)施效果，應(yīng)優(yōu)先選用定量評(píng)價(jià)方法。

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法有兩個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)，一種是以可靠性為基礎(chǔ)的方法，另一種是指數(shù)法。可靠性安全評(píng)價(jià)法也稱為概率法，是通過計(jì)算發(fā)生事故的概率和風(fēng)險(xiǎn)率，并和社會(huì)允許的安全值(即安全指標(biāo))進(jìn)行比較，以確定被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全狀況，其評(píng)價(jià)、計(jì)算過程比較復(fù)雜，且需要足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但評(píng)價(jià)精度較高；指數(shù)法也稱為評(píng)分法，是通過評(píng)定、計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)來確定系統(tǒng)危險(xiǎn)狀況的方法，評(píng)價(jià)、計(jì)算過程簡(jiǎn)單，使用起來比較容易，但評(píng)價(jià)精度稍差。

1.2 煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，既應(yīng)該有足夠的可靠性，更應(yīng)該具有良好的可操作性，以便在日常煤礦事故預(yù)防工作中應(yīng)用。按照這一思路，本文采用指數(shù)法(評(píng)分法)進(jìn)行煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過程中，分別根據(jù)“煤礦水災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表”和“瓦斯煤塵爆炸與火災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表”對(duì)各自的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行檢查和評(píng)定，然后將各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算煤礦水災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)、瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性等級(jí)和礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)，進(jìn)行日常風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

為此，需設(shè)計(jì)兩個(gè)評(píng)價(jià)表，根據(jù)對(duì)它們的檢查和評(píng)定，分別評(píng)價(jià)水災(zāi)、火災(zāi)和瓦斯煤塵三類重大事故危險(xiǎn)性；火災(zāi)和瓦斯煤塵爆炸兩類事故危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)結(jié)合進(jìn)行。

2 礦井水災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 礦井水災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本文根據(jù)專家咨詢法確定礦井水災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)[6-7]。即，通過召開專家座談會(huì)，在反復(fù)征詢論證的基礎(chǔ)上，確定礦井水災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。表中同時(shí)列出了各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值。

表1 水災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)值

礦井水災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表，如表2所示。按照該表進(jìn)行檢查評(píng)定，確定每一評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分，然后按下式計(jì)算礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)：

(1)

式中，F(xiàn)w為礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)；Qi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)值；Fi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的得分；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)目，n=9。

根據(jù)礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)Fw的數(shù)值大小，劃分礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)，如表3所示。

實(shí)際進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，若其中的某些評(píng)價(jià)指標(biāo)處于最高危險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，盡管礦井總的危險(xiǎn)指數(shù)不是很高，但如果不能及時(shí)解決這些指標(biāo)中存在的問題，則很可能會(huì)造成水災(zāi)事故。為解決此問題，將這些指標(biāo)作為“否決”指標(biāo)。礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的“否決”指標(biāo)為:①礦井探、放水；②斷裂與陷落柱；③鉆孔通道；④防水煤巖柱。

“否決”指標(biāo)的具體處理方式是：

如果有任何一個(gè)“否決”指標(biāo)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)達(dá)到9分，則：

若根據(jù)危險(xiǎn)指數(shù)判斷，礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)未達(dá)到Ⅱ級(jí)，則確定為Ⅱ級(jí)；

若根據(jù)危險(xiǎn)指數(shù)判斷，礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)已達(dá)到Ⅱ級(jí)，則確定為Ⅰ級(jí)。

表2 礦井水災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表(節(jié)錄)

表3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與安全對(duì)策

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)每一評(píng)價(jià)指標(biāo)i(i=1,2,…,9)，當(dāng)其處于表2中的不同等級(jí)時(shí)，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值

我們采用層次分析法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值，其中的判斷矩陣通過專家咨詢法求得。為了便于應(yīng)用，將由層次分析法得出的權(quán)值數(shù)乘以10，作為實(shí)際應(yīng)用的各指標(biāo)權(quán)值Qi。這樣，各指標(biāo)的權(quán)值滿足：

(2)

經(jīng)過上述計(jì)算和處理，得出各個(gè)礦井水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值，已列在表1中。

3 礦井火災(zāi)及瓦斯煤塵爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用指數(shù)法，對(duì)礦井火災(zāi)事故和瓦斯煤塵爆炸事故兩類事故危險(xiǎn)性結(jié)合進(jìn)行評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)共有12個(gè)，如表5所示。進(jìn)行瓦斯煤塵爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，取其中的第1～10個(gè)指標(biāo)；礦井火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則取第7～12個(gè)指標(biāo)。這兩類事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法、危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算等都與上述水災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方式相同。

表5 礦井火災(zāi)與瓦斯煤塵爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用了“礦井火災(zāi)與瓦斯煤塵爆炸事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表”。瓦斯煤塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的“否決”指標(biāo)為：①瓦斯?jié)舛?②瓦斯排放與管理;③明火管理;④放炮管理。礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)中的“否決”指標(biāo)是:①明火管理;②膠帶機(jī)防火。

4 煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

4.1 煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

為便于開展煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的速度、準(zhǔn)確性和規(guī)范性，并開展科學(xué)有效的風(fēng)險(xiǎn)管理工作，我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用了“煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”。此系統(tǒng)是B/S模式的應(yīng)用軟件系統(tǒng)[8]，與煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法配套應(yīng)用，在煤礦企業(yè)局域網(wǎng)上開展重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的主要功能，包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果管理、重大事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、安全對(duì)策提示，以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)處理等。輸入各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)定分?jǐn)?shù)后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性指數(shù)、礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)和礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)，分別確定瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)等級(jí)、礦井水災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)和礦井火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)，輸出各重大事故危險(xiǎn)性指數(shù)、危險(xiǎn)等級(jí)，以及存在的各種問題，即各個(gè)不合格指標(biāo)情況；同時(shí)，按照既定的規(guī)則對(duì)煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，并提出相應(yīng)的安全對(duì)策。例如，當(dāng)重大事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)時(shí)，要求停產(chǎn)整改，并啟動(dòng)相應(yīng)的重大事故應(yīng)急預(yù)案。

4.2 煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用及效果

煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，已經(jīng)應(yīng)用在多個(gè)煤礦企業(yè)的事故預(yù)防工作中。其中，在新汶礦業(yè)集團(tuán)公司協(xié)莊煤礦應(yīng)用2年多，取得了良好效果。協(xié)莊煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬t/a，經(jīng)改擴(kuò)建后，現(xiàn)已達(dá)到200萬t。現(xiàn)采用多水平斜井、立井混合開拓方式，多井筒混合通風(fēng)方式，主要通風(fēng)機(jī)工作方法為抽出式。可采煤層劃分為兩組，二、四、六層煤為前組，十一、十三、十五層煤為后組。中厚煤層(前組煤)采用綜合機(jī)械化采煤方法，薄煤層采用炮采。礦井屬低瓦斯礦井，瓦斯絕對(duì)涌出量為10.79m3/min、相對(duì)瓦斯涌出量為3.88m3/t，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性；煤層為自燃煤層，自然發(fā)火期為6個(gè)月；上組煤的水文地質(zhì)類型為裂隙巖溶類簡(jiǎn)單型，下組煤為Ⅲ類復(fù)雜型巖溶充水礦床，綜合水文地質(zhì)類型為Ⅲ類復(fù)雜型。

按表2所示“礦井水災(zāi)事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表”進(jìn)行檢查評(píng)價(jià)，2008年5月所得結(jié)果，如表6所示。

表6 礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果表

將表6數(shù)據(jù)代入式(1)，求得協(xié)莊煤礦水災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)為:Fw=20.88

由表6可知，礦井水災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的4個(gè)“否決”指標(biāo)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)均未達(dá)到9分，所以，其水災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅳ級(jí)——安全。需正常做好水災(zāi)事故防治工作，注意防止水災(zāi)危險(xiǎn)程度擴(kuò)大。

同時(shí)，應(yīng)用“礦井火災(zāi)與瓦斯煤塵爆炸事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表”進(jìn)行評(píng)價(jià)，求得礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)為32.58，瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性指數(shù)為21.76，危險(xiǎn)性等級(jí)也都屬于Ⅳ級(jí)。

日常的安全工作中，按照規(guī)定周期對(duì)煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)(對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)中的“動(dòng)指標(biāo)”，每天至少檢查、匯報(bào)一次)，并在此基礎(chǔ)上開展安全決策和事故預(yù)防工作，既杜絕了瓦斯煤塵爆炸、礦井水災(zāi)和礦井火災(zāi)事故，也促進(jìn)了礦井整體安全生產(chǎn)水平的提高。自2008年1月以來，協(xié)莊煤礦未發(fā)生重傷以上事故，也杜絕了重大非人身事故。

實(shí)踐證明，通過進(jìn)行煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可

以及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握瓦斯煤塵爆炸、礦井水災(zāi)和礦井火災(zāi)事故危險(xiǎn)程度，有針對(duì)性地采取安全對(duì)策措施，有效控制重大事故風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，其配套應(yīng)用軟件系統(tǒng)在局域網(wǎng)的支持下，實(shí)時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工作，為安全決策提供科學(xué)的依據(jù)。因此，本文研究成果具有顯著的社會(huì)效益和明確的間接經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

為保障煤礦安全生產(chǎn)，應(yīng)有效消除或控制瓦斯煤塵爆炸、礦井水災(zāi)和礦井火災(zāi)等重大事故風(fēng)險(xiǎn)。本文提出的煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，科學(xué)實(shí)用、配套完善，可為煤礦重大事故風(fēng)險(xiǎn)控制和日常事故預(yù)防工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)和有效的對(duì)策，在煤礦企業(yè)中具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，也可在其它礦山企業(yè)中參考應(yīng)用。

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