施書磊

（安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 安徽淮南232001）

煤礦掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸的事故樹分析

施書磊

（安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 安徽淮南232001）

瓦斯爆炸災(zāi)害事故是我國煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害事故之一,通過構(gòu)建煤礦掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故樹模型，求解了事故樹的最小徑集，分析了事故樹的結(jié)構(gòu)重要度;其結(jié)果表明：隔離瓦斯和引火源是防止瓦斯爆炸的最有效途徑，此外，及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯超限并妥善處理也能避免瓦斯爆炸的發(fā)生。

煤礦；瓦斯爆炸；掘進(jìn)工作面；事故樹

1 引言

2006年至今全國煤礦共發(fā)生29起特別重大事故（見表1），造成1 317人死亡[1]，其中瓦斯爆炸事故14起，死亡741人，事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占總事故的48.3 %和56.3 %，可見瓦斯爆炸事故是我國煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害事故之一。2016年12月03日，內(nèi)蒙赤峰市寶馬煤炭物資有限責(zé)任公司寶馬礦業(yè)公司煤礦發(fā)生一起瓦斯爆炸特別重大事故，造成32人死亡。煤礦瓦斯爆炸重大事故的頻發(fā)不但造成礦工生命和國家財(cái)產(chǎn)的巨大損失，而且也影響了我國的國際聲譽(yù)。為了減少和防止煤礦瓦斯爆炸重大災(zāi)害事故的發(fā)生，需要科學(xué)、系統(tǒng)地找出導(dǎo)致煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害發(fā)生的各種關(guān)鍵影響因素和途徑，采取有效措施切斷導(dǎo)致事故發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對防止事故發(fā)生極其重要。本文利用事故樹分析法對煤礦掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故進(jìn)行分析，并提出預(yù)防瓦斯爆炸的措施。

表1 2006年至今全國煤礦發(fā)生的特別重大事故統(tǒng)計(jì)[1]

2 瓦斯爆炸致因分析

瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5 %～16 %，氧氣濃度在12 %以上，當(dāng)遇到火源（瓦斯最低點(diǎn)火溫度650-750 ℃）或火花（瓦斯最低點(diǎn)火能0.28 mJ），就會(huì)發(fā)生爆炸[2]。瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生高溫火焰（溫度可達(dá)2 000℃）、爆炸產(chǎn)生沖擊波（最高達(dá)1.2 MPa），并造成礦井空氣成分改變。高溫火焰造成人員皮膚、呼吸器官和消化器官粘膜燒傷，并造成電氣設(shè)備毀壞，形成二次火源，引起火災(zāi)。爆炸沖擊波可造成人員創(chuàng)傷直至死亡；造成設(shè)備毀壞、支護(hù)破壞、頂板冒落、破壞通風(fēng)系統(tǒng)。瓦斯爆炸使氧氣濃度降低，造成人員窒息；分解出的有毒有害氣體使人中毒死亡，并產(chǎn)生新的爆炸性氣體，存在二次爆炸的可能，進(jìn)而引起煤塵爆炸。

煤體內(nèi)的瓦斯賦存狀態(tài)有游離和吸附兩種，在煤層中一般處于平衡狀態(tài)，當(dāng)采掘工作面進(jìn)行作業(yè)時(shí)，煤層中游離瓦斯和吸附瓦斯的動(dòng)平衡狀態(tài)遭到破壞，原來處于吸附于煤體中的瓦斯開始解吸為游離瓦斯，在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生單方向的轉(zhuǎn)化，在壓力的作用下向采掘工作面空間釋放，形成瓦斯積聚，在有引爆火源時(shí)會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸。

發(fā)生瓦斯爆炸的主要原因有：礦井通風(fēng)異常。主扇風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)不可靠，備扇不能及時(shí)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成礦井停風(fēng)；通風(fēng)設(shè)施受到破壞或通風(fēng)網(wǎng)路上出現(xiàn)單道風(fēng)門，造成采掘工作面風(fēng)流短路，采面微風(fēng)（無風(fēng)）、掘進(jìn)面的局扇風(fēng)機(jī)喝循環(huán)風(fēng)；掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)不可靠，無計(jì)劃停電、停風(fēng)；不合理的串聯(lián)通風(fēng)；掘進(jìn)巷道貫通沒有及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng);若采、掘工作面生產(chǎn)布置過于集中在一翼或一個(gè)水平，造成通風(fēng)阻力增大，井下用風(fēng)地點(diǎn)調(diào)配風(fēng)量困難。如果網(wǎng)路結(jié)構(gòu)不合理，可能會(huì)出現(xiàn)角聯(lián)風(fēng)路，造成微風(fēng)區(qū)域或無風(fēng)段出現(xiàn)瓦斯積聚，一旦有火花產(chǎn)生，就會(huì)導(dǎo)致瓦斯爆炸;掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)無計(jì)劃停電、停風(fēng)，沒有備扇或采掘供電沒有分開，造成工作面迎頭停風(fēng)引起瓦斯積聚;預(yù)防措施不當(dāng)。采面回風(fēng)隅角風(fēng)量小，沒有采取措施進(jìn)行稀釋，造成局部瓦斯積聚;明火或電火花。明火放炮、糊炮、空心炮、炮眼未填炮泥、用動(dòng)力線放炮，放連珠炮、炮眼里有煤粉、炸藥或雷管質(zhì)量差等；電器失爆，漏電保護(hù)、接地保護(hù)、過流保護(hù)失效；靜電火花，機(jī)械摩擦火花，沖擊產(chǎn)生火花等都能引起瓦斯燃燒或爆炸;瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)不可靠，瓦斯斷電儀失效或瓦斯傳感器出現(xiàn)故障;瓦斯管理失誤。巷道貫通前未排除積存的瓦斯，貫通后沒有及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)；瓦斯檢查空班、漏檢、偽檢；啟封巷道密閉沒有制定排放瓦斯措施或“一風(fēng)吹”。

3 瓦斯爆炸事故樹分析

現(xiàn)以事故樹分析法對掘進(jìn)工作面產(chǎn)生瓦斯爆炸的原因和防治瓦斯爆炸事故的各種措施加以剖析，以達(dá)到從源頭上杜絕事故的發(fā)生。掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故樹圖，如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸事故樹圖

最小割集有320個(gè)，數(shù)量較多，而最小徑集只有6個(gè)，因此用最小徑集進(jìn)行分析。

最小徑集的求解：

T′=M1′+X1′+M2′+X22′ =M3′+M4′+M5′+X1′+M6′X2′X3′X4′M7′+X22′ =X19′X20′X21′X5′+X6′X7′X8′X9′+X10′X11′+X1′+X12′X13′X14′X2′X3′X15′X16′X17′X18′X4′+X22′

最小徑集的組合為：

P1={X19，X20，X21，X5}；

P2={X6，X7，X8，X9}；

P3={X10，X11}；

P4={X1}；P5={X12，X13，X14，X2，X3，X15，X16，X17，X18，X4}；

P6={X22}。

結(jié)構(gòu)重要度大小為：

IФ（1）=IФ（22）=1

IФ（2）=IФ（3）=IФ（4）=IФ（12）=IФ（13）=IФ（14）=IФ（15）=IФ（16）=IФ（17）

=0.125

結(jié)構(gòu)重要度大小排列如下：IФ（1）=IФ（22）>IФ（10）=IФ（11）>IФ（6）=IФ（7）=IФ（8）=IФ（9）>IФ（5）=IФ（19）=IФ（20）=IФ（21）>IФ（2）=IФ（3）=IФ（4）=IФ（12）=IФ（13）=IФ（14）=IФ（15）=IФ（16）=IФ（17）=IФ（18）

事故樹最小割集有320組，說明頂上事件發(fā)生的途徑有320條。事故樹最小徑集有6組，其中任何一組最小徑集的基本事件都不發(fā)生，頂上事件就不可能發(fā)生。因此這個(gè)系統(tǒng)有6條控制頂上事件發(fā)生的途徑。

從6組最小徑集分析可以看出，P4和P6中的基本事件最少，其次是P3的基本事件較少。但是氧氣無法控制，所以首先選擇P6作為控制頂上事件發(fā)生的途徑，即隔離瓦斯和引火源，其次可選擇P3作為控制頂上事件發(fā)生的途徑，這說明及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯超限并妥善處理也能避免瓦斯爆炸的發(fā)生。

4 瓦斯爆炸預(yù)防措施

4.1 建立健全瓦斯安全檢查制度

根據(jù)相關(guān)規(guī)定,礦井瓦斯等級需每年鑒定，結(jié)果報(bào)省煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局備案。因此礦井應(yīng)建立完善的瓦斯檢查制度，加強(qiáng)安全檢查和監(jiān)測工作，不斷完善安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，使其技術(shù)水平滿足本礦的發(fā)展要求，并應(yīng)有適當(dāng)?shù)某啊?/p>

4.2 建立瓦斯安監(jiān)系統(tǒng)

在采掘工作面以及與其相聯(lián)接的上下順槽中設(shè)置瓦斯報(bào)警儀，監(jiān)測風(fēng)流中的瓦斯動(dòng)態(tài)，并將信息及時(shí)傳送到地面控制室。在主要工作地點(diǎn)設(shè)置瓦斯斷電儀,當(dāng)采掘工作面及其他作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中，電動(dòng)機(jī)或其開關(guān)安設(shè)地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5 %時(shí)，必須停止工作，切斷電源，撤出人員，查找原因，及時(shí)處理。

4.3 通風(fēng)

通風(fēng)是防止瓦斯積聚的行之有效的方法，礦井通風(fēng)必須做到有效、穩(wěn)定和連續(xù)不斷，防止生產(chǎn)過程中瓦斯?jié)舛瘸蓿共删蚬ぷ髅婧蜕a(chǎn)巷道中瓦斯?jié)舛确稀睹旱V安全規(guī)程》要求。為避免掘進(jìn)工作面停風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)采用雙風(fēng)機(jī)、雙電源，安設(shè)“三專兩閉鎖”設(shè)施，使用高效局部通風(fēng)機(jī)，并制定嚴(yán)格的局部通風(fēng)管理制度。如啟封密閉必須制定專門安全措施，報(bào)總工程師審批后方可啟封，無安全措施不得隨意啟封。

4.4 防止瓦斯引燃

要努力杜絕引爆火源，嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行井下電氣設(shè)備和電纜的選型、使用和維護(hù)，防止電氣火花,嚴(yán)格控制和加強(qiáng)管理生產(chǎn)中可能引火的熱源。采掘工作面及其他作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0 %時(shí)，必須停止用電鉆打眼；爆破地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0 %時(shí)，嚴(yán)禁爆破；采掘工作面及其他巷道中，體積大于0.5m3的空間內(nèi)積聚的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2.0 %時(shí)，附近20m內(nèi)必須停止工作，切斷電源，撤出人員，進(jìn)行處理。對因瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定被切斷電源的電氣設(shè)備，必須在瓦斯?jié)舛冉档?.0 %以下時(shí)，方可恢復(fù)供電。

4.5 防止瓦斯爆炸事故擴(kuò)大[3]

回風(fēng)井口設(shè)置防爆門，以防沖擊波毀壞風(fēng)機(jī)；井下設(shè)置隔爆水棚,及時(shí)處理局部積存的瓦斯。如回采工作面上隅角、冒落空洞等處發(fā)現(xiàn)瓦斯超限，要及時(shí)采取加強(qiáng)局部通風(fēng)等措施。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.事故簡況[EB/OL].[2017-02-15]http://media.chinasafety.gov.cn:8090/iSystem/shigumain.jsp

[2] 林柏泉,朱傳杰,江丙友, 等.煤礦瓦斯爆炸機(jī)理及防治技術(shù)[M].徐州: 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2012.

[3] 林柏泉,翟成.煤炭開采過程中誘發(fā)的瓦斯爆炸機(jī)理及預(yù)防措施[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào), 2006, 23（1）: 19-23.

2017-02-15

施書磊（1990-），女，江蘇東臺(tái)人，在讀碩士，研究方向?yàn)榻?jīng)濟(jì)管理,電話：17775209036。

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1671-4733（2017）01-0017-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2017.01.006