煤礦重大事故風險評價方法的研究與應用

曹慶貴，王以功

(1.山東科技大學資源與環境工程學院,山東 青島 266590；2.山東科技大學泰安校區，山東 泰安 271019)

由于我國煤炭資源分布范圍廣泛，地質條件復雜，煤炭生產一直受到各種災害，特別是瓦斯、水害、火災及頂板事故等的威脅[1]。據近幾年煤礦重大事故統計資料，瓦斯事故死亡人數始終位居前列。2005～2008年，全國煤礦瓦斯事故死亡人數占總死亡人數的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，但也有反復。

其次，礦井水害事故和火災事故也占煤礦事故死亡人數的相當比重[4]。2010年3月的1個月內，國內就發生了2起特別重大煤礦水災事故(內蒙駱駝山煤礦死亡32人，山西王家嶺煤礦死亡38人)；2002年，全國煤礦共發生水災事故146起，死亡463人，占重特大事故死亡人數的比例僅次于瓦斯事故。而煤礦火災事故，則由于來勢兇猛，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生火災事故，造成34人死亡；2008年9月20日，黑龍江富華煤礦井下發生火災事故，31人遇難。

由上述分析可知，瓦斯煤塵爆炸事故、礦井火災事故和礦井水災事故對煤礦安全生產的威脅十分嚴重，是煤礦生產過程中應該重點予以防范的重大事故。為有效預防這些事故的發生，首先需要充分掌握它們的實際危險狀況，即應該對煤礦重大事故危險性進行有效的風險評價。本文對這3種煤礦重大事故風險評價方法及其應用工作進行了探討。

1 煤礦重大事故風險評價方法設計

1.1 風險評價方法概述

風險評價也稱為安全評價，是按照科學的程序和方法，對系統中的危險因素、發生事故的可能性及損失與傷害程度進行調查研究與分析論證，并以既定的指數、等級或概率值作出表示。再針對存在的問題，根據當前科學技術水平和經濟條件，提出有效的安全措施，以便消除危險或將危險降低到最小的程度。風險評價的種類和方法很多，根據評價指標的量化程度，可劃分為定性風險評價方法和定量風險評價方法[5]。定性風險評價主要依靠評價人員的知識和經驗進行，評價結果的正確性和可靠性很難保證，況且受人的主觀影響較大；定量風險評價則通過計算和分析，對系統中存在的危險性進行定量化處理，確定危險性的等級或發生概率，從而為事故預防和安全管理工作提供數量依據，以便科學合理地選擇并實施事故預防措施，消除或控制危險。因此，為提高風險評價的可靠性和實施效果，應優先選用定量評價方法。

定量風險評價方法有兩個主要的發展趨勢，一種是以可靠性為基礎的方法，另一種是指數法?？煽啃园踩u價法也稱為概率法，是通過計算發生事故的概率和風險率，并和社會允許的安全值(即安全指標)進行比較，以確定被評價系統的安全狀況，其評價、計算過程比較復雜，且需要足夠的基礎數據，但評價精度較高；指數法也稱為評分法，是通過評定、計算各個評價指標的危險分數來確定系統危險狀況的方法，評價、計算過程簡單，使用起來比較容易，但評價精度稍差。

1.2 煤礦重大事故風險評價方法設計

煤礦重大事故風險評價方法，既應該有足夠的可靠性，更應該具有良好的可操作性，以便在日常煤礦事故預防工作中應用。按照這一思路，本文采用指數法(評分法)進行煤礦重大事故風險評價。評價過程中，分別根據“煤礦水災事故危險性評價表”和“瓦斯煤塵爆炸與火災事故危險性評價表”對各自的評價指標進行檢查和評定，然后將各個指標的評價結果輸入計算機，由計算機計算煤礦水災危險性等級、瓦斯煤塵爆炸危險性等級和礦井火災危險性等級，進行日常風險管理工作。

為此，需設計兩個評價表，根據對它們的檢查和評定，分別評價水災、火災和瓦斯煤塵三類重大事故危險性；火災和瓦斯煤塵爆炸兩類事故危險性的評價結合進行。

2 礦井水災事故風險評價

2.1 礦井水災事故風險評價方法

本文根據專家咨詢法確定礦井水災事故風險評價指標[6-7]。即，通過召開專家座談會，在反復征詢論證的基礎上，確定礦井水災事故風險評價指標，如表1所示。表中同時列出了各個評價指標的權值。

表1 水災事故危險性評價指標及其權值

礦井水災事故危險性評價表，如表2所示。按照該表進行檢查評定，確定每一評價指標的得分，然后按下式計算礦井水災危險性指數：

(1)

式中，Fw為礦井水災危險性指數；Qi為評價指標i的權值；Fi為評價指標i的得分；n為評價指標的數目，n=9。

根據礦井水災危險性指數Fw的數值大小，劃分礦井水災危險性等級，如表3所示。

實際進行風險評價時，若其中的某些評價指標處于最高危險等級時，盡管礦井總的危險指數不是很高，但如果不能及時解決這些指標中存在的問題，則很可能會造成水災事故。為解決此問題，將這些指標作為“否決”指標。礦井水災危險性評價的“否決”指標為: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”指標的具體處理方式是：

如果有任何一個“否決”指標的評價分數達到9分，則：

若根據危險指數判斷，礦井水災危險性等級未達到Ⅱ級，則確定為Ⅱ級；

若根據危險指數判斷，礦井水災危險性等級已達到Ⅱ級，則確定為Ⅰ級。

表2 礦井水災事故危險性評價表(節錄)

表3 評價標準與安全對策

2.2 評價指標的評分標準

對每一評價指標i(i=1,2,…,9)，當其處于表2中的不同等級時，其評分標準如表4所示。

表4 評價指標的評分標準

2.3 評價指標的權值

我們采用層次分析法確定各個評價指標的權值，其中的判斷矩陣通過專家咨詢法求得。為了便于應用，將由層次分析法得出的權值數乘以10，作為實際應用的各指標權值Qi。這樣，各指標的權值滿足：

(2)

經過上述計算和處理，得出各個礦井水災風險評價指標的權值，已列在表1中。

3 礦井火災及瓦斯煤塵爆炸事故風險評價

采用指數法，對礦井火災事故和瓦斯煤塵爆炸事故兩類事故危險性結合進行評價。風險評價指標共有12個，如表5所示。進行瓦斯煤塵爆炸事故風險評價時，取其中的第1～10個指標；礦井火災事故風險評價則取第7～12個指標。這兩類事故風險評價過程中，風險評價方法、危險指數計算等都與上述水災事故風險評價方式相同。

表5 礦井火災與瓦斯煤塵爆炸事故風險評價指標

我們設計應用了“礦井火災與瓦斯煤塵爆炸事故危險性評價表”。瓦斯煤塵爆炸風險評價指標中的“否決”指標為：①瓦斯濃度;②瓦斯排放與管理;③明火管理;④放炮管理。礦井火災危險性評價指標中的“否決”指標是:①明火管理;②膠帶機防火。

4 煤礦重大事故風險評價方法的應用

4.1 煤礦重大事故風險評價系統

為便于開展煤礦重大事故風險評價工作，提高風險評價的速度、準確性和規范性，并開展科學有效的風險管理工作，我們設計應用了“煤礦重大事故風險評價系統”。此系統是B/S模式的應用軟件系統[8]，與煤礦重大事故風險評價方法配套應用，在煤礦企業局域網上開展重大事故風險評價和風險管理工作。

煤礦重大事故風險評價系統的主要功能，包括風險評價計算、風險評價結果管理、重大事故風險預警、安全對策提示，以及風險監測處理等。輸入各評價指標的評定分數后，計算機自動計算瓦斯煤塵爆炸危險性指數、礦井水災危險性指數和礦井火災危險性指數，分別確定瓦斯煤塵爆炸危險等級、礦井水災危險等級和礦井火災危險等級，輸出各重大事故危險性指數、危險等級，以及存在的各種問題，即各個不合格指標情況；同時，按照既定的規則對煤礦重大事故風險進行預警，并提出相應的安全對策。例如，當重大事故風險等級為Ⅰ級時，要求停產整改，并啟動相應的重大事故應急預案。

4.2 煤礦重大事故風險評價方法的應用及效果

煤礦重大事故風險評價方法，已經應用在多個煤礦企業的事故預防工作中。其中，在新汶礦業集團公司協莊煤礦應用2年多，取得了良好效果。協莊煤礦設計生產能力120萬t/a，經改擴建后，現已達到200萬t?，F采用多水平斜井、立井混合開拓方式，多井筒混合通風方式，主要通風機工作方法為抽出式?？刹擅簩觿澐譃閮山M，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，瓦斯絕對涌出量為10.79m3/min、相對瓦斯涌出量為3.88m3/t，煤塵有爆炸危險性；煤層為自燃煤層，自然發火期為6個月；上組煤的水文地質類型為裂隙巖溶類簡單型，下組煤為Ⅲ類復雜型巖溶充水礦床，綜合水文地質類型為Ⅲ類復雜型。

按表2所示“礦井水災事故危險性評價表”進行檢查評價，2008年5月所得結果，如表6所示。

表6 礦井水災危險性評價結果表

將表6數據代入式(1)，求得協莊煤礦水災危險性指數為:Fw=20.88

由表6可知，礦井水災危險性評價的4個“否決”指標的評價分數均未達到9分，所以，其水災危險性等級為Ⅳ級——安全。需正常做好水災事故防治工作，注意防止水災危險程度擴大。

同時，應用“礦井火災與瓦斯煤塵爆炸事故危險性評價表”進行評價，求得礦井火災危險性指數為32.58，瓦斯煤塵爆炸危險性指數為21.76，危險性等級也都屬于Ⅳ級。

日常的安全工作中，按照規定周期對煤礦重大事故風險進行評價(對于評價指標中的“動指標”，每天至少檢查、匯報一次)，并在此基礎上開展安全決策和事故預防工作，既杜絕了瓦斯煤塵爆炸、礦井水災和礦井火災事故，也促進了礦井整體安全生產水平的提高。自2008年1月以來，協莊煤礦未發生重傷以上事故，也杜絕了重大非人身事故。

實踐證明，通過進行煤礦重大事故風險評價，可

以及時、準確地掌握瓦斯煤塵爆炸、礦井水災和礦井火災事故危險程度，有針對性地采取安全對策措施，有效控制重大事故風險；同時，其配套應用軟件系統在局域網的支持下，實時進行風險監控和風險預警工作，為安全決策提供科學的依據。因此，本文研究成果具有顯著的社會效益和明確的間接經濟效益。

5 結論

為保障煤礦安全生產，應有效消除或控制瓦斯煤塵爆炸、礦井水災和礦井火災等重大事故風險。本文提出的煤礦重大事故風險評價方法，科學實用、配套完善，可為煤礦重大事故風險控制和日常事故預防工作提供準確的依據和有效的對策，在煤礦企業中具有廣泛的推廣應用價值，也可在其它礦山企業中參考應用。

[1]王玉樹．煤礦五大災害事故分析和防治對策[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2006．

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[5]曹慶貴．煤礦安全評價與安全信息管理[M]．徐州：中國礦業大學出版社，1993．

[6]沈斐敏．安全系統工程理論與應用[M]．北京：煤炭工業出版社，2001．

[7]陳曉劍，梁梁.系統評價方法及應用[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1993.

[8]王建華，龐淑英，楊洪洲．計算機網絡應用技術：網站建設與網頁制作[M]．重慶：重慶大學出版社，2001．