煤礦瓦斯爆炸的風險評價

賀曉剛，張人偉，王亮，馬誌勇
(中國礦業大學能源與安全工程學院，江蘇徐州221008)

摘要:運用係統 安全學原理和 02manbetx.com 致因理論，結合 煤礦瓦斯爆炸的 特點，給出了瓦斯爆炸風險性的半定量 評價模型，對 煤礦瓦斯爆炸的風險 評價作了初步的研究。通過事前對瓦斯爆炸的風險性進行可靠性 評價，將對瓦斯爆炸預防和礦井 安全生產具有重要的現實意義。
關鍵詞:瓦斯爆炸;不 安全係數;可靠性;風險 評價
中圖分類號:TD712+.7文獻標識碼:B文章編號:1003-496X(2006) 09-0048-03
煤炭是我國第一大能源，占一次性能源的70%左右。由於我國煤炭分布範圍廣泛，埋藏地質條件複雜，煤炭生產一直受到各種災害，如瓦斯、火災、水災、煤塵及冒頂等的威脅，其中尤以瓦斯爆炸 02manbetx.com 後果最為嚴重。據不完全統計，我國采礦企業每年因傷亡 02manbetx.com 所造成的直接經濟損失高達20億元人民幣。如果能在事前對瓦斯爆炸的風險性進行正確評價，將對瓦斯爆炸預防和安全生產具有重要的現實意義。
目前 煤礦風險評價方法存在相當大的經驗成分，很少對危險源評價進行係統的研究。本文從係統論的觀點建立了一個風險評價模型，來 03manbetx 評價 煤礦瓦斯爆炸重大危險源以及瓦斯爆炸的發生概率。
1煤礦瓦斯爆炸的特征及危害
1.1瓦斯爆炸的形成條件
煤礦瓦斯爆炸的重大危險源主要是甲烷，瓦斯爆炸的必要條件有:①甲烷積聚超限且濃度達到5%一15%;②空氣中氧含量大於12%;③引燃引爆熱源必須大於甲烷最小點燃溫度650-750℃。在一般的礦井條件下，氧濃度是滿足的，隻要積聚的瓦斯達到爆炸濃度範圍，同時具有引燃熱源，就有發生瓦斯爆炸 02manbetx.com 的可能。
煤礦井下瓦斯在不同濃度下危險程度是不同的，根據2005年3月國家 煤礦安全監察局頒布的《煤礦瓦斯治理經驗五十條》，現將瓦斯積聚嚴重程度分為以下4種狀態，並予以處理。如表1所示。

瓦斯的引燃溫度為650 -750℃，最低點燃能量為0. 28 m J，明火、煤炭自燃、電弧(4 000℃)、電氣火花、赤熱的金屬表麵、吸煙、撞擊火花、磨擦火花，甚至靜電產生的火花等煤礦井下所能遇到的絕大多數火源都足以引燃瓦斯。所以，考察火源嚴重程度主要是看該火源在危險的瓦斯環境下暴露的頻率。如表2所示。

1.2瓦斯爆炸的危害
礦井瓦斯爆炸是受限空間的爆炸，它的傳播和影響範圍特別大，往往造成重大的人員傷亡和巨大的財產損失。 03manbetx 其危害主要為:高溫、衝擊波和有害氣體。
高溫。瓦斯爆炸會產生高溫的焰麵。焰麵是巷道中運動著的化學反應區和高溫氣體，其速度大、溫度高。正常的燃燒速度為1－2.5 m/s,爆轟時傳播速度可達2 500 m /s。焰麵溫度高達2 150－2 650℃。焰麵經過之處，人被燒傷或大麵積燒傷，可燃物被點燃而發生火災。
衝擊波。瓦斯爆炸會產生很強的衝擊波，衝擊波鋒麵壓力可由幾個大氣壓到20個大氣壓，前向衝擊波疊加和反射時可達100個大氣壓。其傳播速度總是大於聲速，所到之處會造成人員傷亡、設備和通風設施損壞、巷道跨塌。
有害氣體。瓦斯爆炸後生成大量的有害氣體，某些煤礦 03manbetx 爆炸後的氣體成分為:O2濃度6%-10%; N2濃度82%-88%;CO2濃度4%-8%; CO濃度2%-4%。如果有煤塵參與爆炸，CO的生成量更大，往往成為人員大量傷亡的主要原因。
2煤礦瓦斯爆炸的風險評價模型
2.1瓦斯爆炸的“人一機一環境”係統
事故致因理論認為:人、機(物)和環境這3個因素在同一時間和空間兩兩相遇時才可能發生事故。圖1是危險因素組成的瓦斯爆炸人一機一環境係統圖，圖中兩圓交叉部分為事故易發生區，而3個圓相交部分為事故高發區。

2.2瓦斯爆炸的風險評價模型
為了研究煤礦瓦斯爆炸事故的危害，尋找係統的薄弱環節以及係統安全性的技術途徑，在對瓦斯爆炸的“人一機一環境’，係統進行 03manbetx 的基礎上，根據科學性、係統性、可行性和可比性的原則，建立危險源風險評價模型。同時根據礦井瓦斯爆炸的特點和以往事故原因的分析，參照其他行業的評估方法，提出煤礦瓦斯爆炸風險評價模型方程：H＝KD /6 (1)
式中H—危險源係統的風險度;H的範圍:0 K—係統不安全係數;
D—係統的風險度。
為使H的值 標準化即處在0和1之間所以將KD的值再除以6。
很明顯，有了危險源係統的風險度H，便可得出瓦斯爆炸可能性的大小。現用自然語言去描述危險源係統的風險度H，見表3。

2.2.1係統不安全係數K的確定
根據係統論的觀點，係統不安全係數應該是人、機、環境的不安全係數的交集，本應按照概率論的方法去計算，但為簡便起見，現采用下麵的方法去估算K，即:
K＝(P1+P2+P3)/3 (2)
式中P1—人的不安全係數;
P2—機的不安全係數;
P3—環境的不安全係數。
(1)係統的不安全係數具有模糊性。瓦斯爆炸破壞性很強，事故現場難以保護，因此曆次事故的真正原因不是很準確;加之長期以來我國對設備故障率未作係統分析，很難收集這方麵的資料。因此瓦斯爆炸基本事件具有模糊性。也就是說人、機、環境的不安全係數具有模糊性。所以，我們可對某煤礦的人、機、環境的不安全係數作自然語言判斷，然後采用特爾斐(Delphi)法將這些自然語言數字化，得到人、機、環境的不安全係數P1、P2、P3。
對一基本事件的的危險程度，我們可用自然語言集A＝{嚴重，中等，一般}中的一個值表示。根據特爾斐(Delphi)方法，我們將自然語言集A大致映射成相應的數值集C={0.6,0.3,0.1}。
(2)對人、機、環境的不安全係數P, 'PI 'P3的評估方法。
對人的因素進行評價時，主要對人的素質進行評估。評估時主要考慮以下幾個方麵:①領導安全意識及 管理者接受安全教育和培訓情況;② 管理者的 安全 管理水平;③對 安全技術、安全教育的資金投入情況;④安全機構及人員配備情況;⑤職工安全教育和培訓情況;⑥職工自救能力;⑦安全部門的職能是否得到有效發揮。
對機的不安全狀態因素分析。導致瓦斯爆炸的機的因素很多，評估時主要對以下幾個方麵進行評估:①通風係統安全可靠性;②生產設備安全可靠性；③儀器儀表完好率及安全可靠性;④瓦斯監測係統及其有效性;⑤電氣防爆及防靜電能力;⑥電力係統的安全可靠性;⑦安全投入資金的多少。
對環境的不安全狀態因素分析。導致瓦斯爆炸的環境因素比較複雜，評估時主要參照以下幾個方麵:①瓦斯的抽放情況;②作業場所的溫度濕度;③有害氣體和粉塵的濃度;④作業場所的風速、風量;⑤作業場所的安全出口;⑥地質構造情況;⑦消防管路情況;⑧防爆、隔爆設施的情況。
通過上麵的評估 標準，我們可以給出人、機、環境的不安全程度的自然語言，從而得出P1 ,P2,P3的值，繼而我們可算出係統不安全係數K的值。
2.2.2係統的風險度D的估算
風險度的值為事故概率與事故後果的乘積，由於煤礦生產係統中與生產安全有關的因素較多，本文中風險度的計算采用格雷哈母提出的LE C法，即:
D=LEC (3
式中D—風險度;
L—發生事故的概率;
E—作業場所人員密度;
C—事故嚴重度。
(1)發生事故概率L的確定。確定發生事故的概率時，為簡化評價過程，可采取半定量方法。首先對導致瓦斯積聚的可能因素進行分析，然後對引燃瓦斯爆炸的可能因素進行分析。根據瓦斯爆炸的條件，氧氣濃度的因素在井下各作業地點是滿足要求的，評估時可不予考慮。綜合以上兩種可能因素得到10種有效的組合方式，然後按照不同組合方式的可能性給予不同的指標見表4。表4中瓦斯積聚的嚴重程度和引爆火源的嚴重程度分別見表1、表2。

(2)作業場所人員密度E的確定。根據作業場所人員的多少，給予E不同的值，確定方法如表5。

(3)事故嚴重度C的確定。瓦斯爆炸的後果是造成人員傷亡、設備和通風設施損壞及巷道的垮塌。為簡化計算，對C值不再分級，取值為1。
3結論
在礦井瓦斯爆炸研究中，建立定量的分析模型，對礦井瓦斯爆炸進行定量分析是十分必要的，它可以量化礦井瓦斯爆炸的可能性，為防止瓦斯爆炸提供量化指標。並可以對瓦斯爆炸發生的原因作出明確的認定，從而進行積極的預防和監控。
參考文獻:
[1]胡學義.煤礦瓦斯爆炸危險源評估方法初探[J].勞動保護科學技術，2000.
[2]林柏泉，周延.安全係統工程[M].徐州:中國 礦業大學出版社.
[3]張甫仁，景國勳.礦山重大危險源評價及瓦斯爆炸事故傷害模型建立的若幹研究[J].工業安全與環保，2002.
[4]李誌憲.瓦斯爆炸事故易發性評價模型及防治對策 [J]. 科技大觀，2001.
[5]李安貴.模糊數學及其應用[M].北京:冶金工業出版社.
[6]張國樞.通風安全學[M].徐州:中國 礦業大學出版社，2000.
[7]張國順.燃燒爆炸危險 安全技術[M].徐州:中國電力出版社，2003.
作者簡介:賀曉剛(1983-)，男，河南鞏義人，中國 礦業大學能源與安全工程學院2005級碩士研究生，主要從事 安全技術及工程方麵的研究。