（安全技术及工程专业论文）基于危险源理论的采煤工作面风险评价研究.pdf

s u b j e c t：s t u d yo nr i s ka s s e s s m e n to fc o a lw o r k i n gf a c eb a s e do nt h e t h e o r yo fh a z a r d s p e c i a l t y ：s a f e t yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g n a m e ：w a n g t a o i n s t r u c t o r ：t i a ns h u i c h e n g a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) 吻垄 ( s i g n a t u r e ) c o a lm i n ea c c i d e n t sa r ea p tt oh a p p e ni nc o a lw o r k i n gf a c e r o o fa c c i d e n t s ，f l o o d i n g a c c i d e n t s ，c o a l - s e l f i g n i t i o na c c i d e n t s ，g a se x p l o s i o na c c i d e n t s ，c o a ld u s te x p l o s i o na c c i d e n t s a n do c c u p a t i o n a ld i s e a s e st a k eah i g hp r o p o r t i o ni nc o a lw o r k i n gf a c e s o ，s t u d y i n go nr i s k a s s e s s m e n ti nc o a lw o r k i n gf a c eb e c o m e st h ep r o b l e mt h a tc o a lm i n es a f e t ym a n a g e m e n t u r g e n t l yn e e dt os o l v e d f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec u r r e n td e v e l o p m e n ta n ds a f e t ys i t u a t i o ni nc h i n ac o a l i n d u s t r y ，t h e ni l l u s t r a t e st h es i g n i f i c a n c ea n db a s i cc o n t e n to ft h eh a z a r dr i s ka s s e s s m e n ti n c o a lw o r k i n gf a c e ，a n db r i e f l yi n t r o d u c e dt h er e s e a r c hs t a t u so nr i s ka s s e s s m e n ta th o m ea n d a b r o a d f r o mt h ea n g l eo ft h et h r e et y p e so fh a z a r dt h e o r y ，t h ep a p e ra n a l y z e dt h eo r i g i no f s i xk i n d so fa c c i d e n t s ( c o a l s e l f l g n i t i o na c c i d e n t s ，r o o fa c c i d e n t s ，g a se x p l o s i o na c c i d e n t s ，c o a l d u s te x p l o s i o na c c i d e n t s ，f l o o d i n ga c c i d e n t sa n do c c u p a t i o n a ld i s e a s e s ) b yc o m b i n i n gt h e h a z a r dt h e o r y 、析ms i xk i n d so fa c c i d e n t so f t e nh a p p e ni nc o a lw o r k i n gf a c e s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt ot h eo c c u r r e n c el a w o fs i xk i n d so fa c c i d e n t si nc o a lw o r k i n gf a c e a n da s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m ，s t a r t i n gw i t ht h ea n a l y s i so ft h ev a r i o u sa c c i d e n t sc a u s e sa n di t s i n f l u e n c ef a c t o r si nc o a lw o r k i n gf a c e ，t h i sp a p e rm a d eac o m p a r a t i v ea n a l y s i so nt h ed i f f e r e n t i n f l u e n c ef a c t o r so fa c c i d e n t s ，a n di d e n t i f i e dt h er e p r e s e n t a t i v ei n d i c e s ，t h e ns e t t e du pt h er i s k a s s e s s m e n ti n d e xs y s t e mo nh a z a r d si nc o a lw o r k i n gf a c eb yc o m b i n i n g 、析廿lt h ee x p e r t s e x p e r i e n c e s i nt h ee n d ，t h ei n d i c a t o r sc a nb em a d eb yu s i l 唱e x p e r tq u s e t i o n a i r em e t h o da n d a n a l y t i ch i e r a c h yp r o c e s s t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h eh a z a r d so nr i s ka s s e s s m e n tf o rt h es i x k i n d so fa c c i d e n t sw h i c ho f t e nh a p p e ni nc o a lw o r k i n gf a c eu s i n gt h em e t h o do ff u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i nt h e a p p l i c a t i o n ，t h ep a p e rw o r k e do u t as a f e t yc h e c k l i s td e p e n d i n g0 1 1s o m e i n t e r r e l a t e dt e c h n i c a ls t a n d a r d sa n dr e g u l a t i o n so nm i n ea n dd e t e r m i n e dt h em e m b e r s h i p d e g r e eo f e a c hi n d e xt h r o u g he x p e r te s t i m a t i o nf o rs a f e t yc h e c k l i s t o nt h es p o t t h ep r o c e d u r e o ft h eh a z a r dr i s ka s s e s s m e n ts y s t e mi nc o a lw o r k i n gf a c ew a sc o m p i l e dw i t ht h ev b ，w h i c h r e a l i z e dt h ev i s i b l eo p e r a t i o no fs a f e t ya s s e s s m e n ta n dp r e d i g e s t e dt h ec a l c u l a t i o nw o r ko f r i s ka s s e s s m e n t f i n a l l y ，a na p p l i c a t i o ne x a m p l ei sg i v e nt oa s s e s s $ 2 0 1c o a lw o r k i n gf a c ei n s o m ec o a lm i n e ，a n dd r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h ec o a lw o r k i n gf a c ei si nt h ec o m p a r a t i v e s a f e t yl e v e l k e yw o r d s ：c o a lw o r k i n g f a c er i s ka s s e s s m e n t i n d e xs y s t e m a n a l y t i ch i e r a c h y p r o c e s s f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n t h e s i sg a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 西要料技大肇 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：互童，日期：加彦毕，岁 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： z i 多 指导教师签名：孑乃讯 。0 动年步爿日 l 绪论 1 1 研究背景 1 绪论 我国是世界产煤大国，迄今为止，煤炭仍是我国第一大能源，占一次性能源的7 5 左右。每年产量已达到2 0 多亿吨，居世界首列。而煤层赋存条件及地质条件复杂，自 燃发火、高瓦斯、煤与瓦斯突出、透水事故、顶板事故、煤尘爆炸等事故频发，导致煤 矿安全问题严重。煤矿的特殊环境给安全生产带来了很大的难度，其特殊性、复杂性和 多变性是其他行业所无法比拟的。近1 0 年来，随着开采深度的进一步加大和高强度机 械化采掘和集约化生产，自然灾害的威胁更加突出，瓦斯涌出量急剧增大，不少煤矿由 低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井，原来没有瓦斯突出危险的煤层变为有瓦斯突出危险；由于 煤层地质条件复杂，使顶板事故和透水事故的潜在危险性增大；大功率采煤机、掘进机 和带式输送机等机电设备产生的摩擦火花等引起瓦斯、煤尘爆炸的潜在危险性增大。为 了使煤炭行业健康有序的发展，必须确保矿井的安全生产。 长期以来，我国政府和煤炭企业为煤矿安全投入了较大的人力、物力和财力，提出 并坚持实行“安全第一，预防为主的生产方针，初步建立了安全法律法规、标准体系， 制定了以安全生产法、煤矿安全监察条例、矿山安全法、煤矿安全规程等为 “龙头的有关安全生产管理体制，采取了安全监察、安全管理、安全培训、教育和文 化宣传等一系列措施，使得煤矿安全生产状况的总趋势有所好转，百万吨死亡率有所下 降，但由于目前我国大部分煤矿的开采条件面对的是地质构造复杂、埋藏深、高瓦斯、 煤层赋存不稳定的煤田，因而自然条件和生产环境的变化使得不安全因素增多，危险性 更加严重。以下是1 9 9 8 2 0 0 7 年间煤矿事故死亡人数统计表，见表1 1 所示。 表1 11 9 9 8 2 0 0 7 年间煤矿事故死亡人数统计表 从上述的统计数据可以看出，虽然煤矿事故的死亡人数有所下降，但是从整体上看， 安全生产形势依然严峻。如2 0 0 5 年4 月5 日，重庆市天府矿业有限公司三汇一矿，井 下2 1 2 7 采煤工作面发生瓦斯爆炸。共造成2 3 人死亡。2 0 0 6 年1 1 月2 9 日，甘肃武威地 区天祝县炭山岭镇一号煤矿采煤工作面发生局部瓦斯爆炸事故，共造成1 1 人死亡。2 0 0 7 年3 月1 0 日，辽宁省抚顺矿业集团老虎台矿7 3 0 0 3 采煤工作面发生透水事故，2 9 人涉 难。2 0 0 7 年5 月2 4 日，湖南郴州市临武县金江镇凤凰岭煤矿，井下四石门东大巷采煤 西安科技大学硕士学位论文 工作面发生一起瓦斯突出事故，共造成1 3 人死亡。这些事故给人们极大的震憾，煤矿 事故必须遏制。从大量的事故中可以看出，许多事故都是发生在采煤工作面，事故发生 的原因几乎都可以归因于矿井安全管理不健全或组织因素。风险评价是安全管理中的关 键技术，风险评价对预防煤矿事故的发生，搞好煤矿的安全管理工作具有一定的指导意 义。所以加强煤矿尤其是采煤工作面的风险评价技术及其方法的研究，成为了目前煤矿 安全管理迫切需要解决的问题。 1 2 国内外研究现状及发展现状 1 2 1 国外的研究及发展现状 风险评价也叫危险性评价或安全评价，起源于2 0 世纪3 0 年代的保险行业，保险公 司为客户承担各种风险，必然要收取一定的费用，而收取费用的多少是由所承担风险大 小决定的【h j 。因此，就产生了一个衡量风险大小的问题，这个衡量风险程度的过程就 是当时美国保险协会所从事的风险评价。虽然保险业的风险评价与生产系统的风险评价 目的不同，但却为后续的产业安全管理和评价工作指明了技术方向。风险评价有两类， 一类是对企业安全工作的评价，一类是对企业生产危险性的评价。第二次世界大战后， 工业化进程加快，工业生产系统日趋大型化和复杂化，尤其是化学工业，在生产规模和 产品种类迅速发展的同时，生产过程中的火灾、爆炸、有毒有害气体泄漏和扩散等重大 事故不断发生，推动了对企业、装置、设施和环境等风险评价的开展。2 0 世纪6 0 年代 进入了全面、系统地研究企业、装置和设施的安全评价原理和方法的历史阶段【l 】。 2 0 世纪4 0 年代，z u c k e r m a n 教授领导的研究小组对德军1 9 3 9 , - , 1 9 4 1 年间空袭英国 时造成的人员伤亡情况进行了全面调查，基于这些工作，系统思想被引入风险评价领域。 1 9 6 1 年，美国w a t s o n 在研究民兵式导弹发射控制系统的安全性评价时提出了f t a ( 事 故树分析) 方法，对以后的安全评价发展推动很大。1 9 6 4 年，美国道( d o w s ) 化学公 司开创了化工生产危险度安全评价的历史，该公司根据化工企业使用原料的物理、化学 性质，生产中的特殊危险性，考虑到具体工艺处理过程中的一般性和特殊性之间的差别 以及物体数量等因素的影响，以火灾、爆炸指数形式评价化工生产系统的危险程度，形 成了经典的道化学火灾、爆炸指数评价方法【5 】。以后，又分别于1 9 6 6 、1 9 7 2 、1 9 7 6 、1 9 8 0 年发表了第2 、3 、4 、5 版，1 9 8 7 年发表了第6 版【6 】，1 9 9 4 年又发表了第7 版 7 1 。 道化学公司的火灾爆炸指数法推出后，各国积极研究和开发，推动了该项技术的迅 速发展，并在此基础上提出了一些独具特色的评价方法【8 】。1 9 7 4 年英国帝国( i c i ) 化 学公司蒙德( m o n d ) 分公司在吸取道化公司评价方法优点的基础上，根据化学工业的 特点，提出了m o n d 公司火灾、爆炸、毒性指数评价方法。该方法是在道火灾爆炸指数 的基础上扩充了毒物危险因素，考虑了系统中影响安全状态的其他因素，并以补偿系数 2 1 绪论 的形式引入到评价模型的结构之中，比同期的道指数评价从原理上更加完善。 日本国劳动省参照道火灾爆炸评价法、蒙德指数评价法的思想，在1 9 7 6 年开发出 了“化学工厂六步骤安全评价法桫p ，这种方法除对评价的程序、内容作了进一步的完善 以外，其定量评价通过把装置分成工序、再分成单元，根据具体的情况给单元的危险指 标赋以危险程度指标值，以其中最大危险程度作为本工序的危险程度；在分析阶段引入 了系统工程的有关技术，使分析过程比以前的方法更全面、更系统。前苏联提出了苏联 化工过程危险性评价法【l o j 。 上述方法均为指数法，主要是针对化工企业评价而发展起来的。在评价原理上无质 的变化，仍然遵循了道化学公司以系统内危险和危险能量为评价对象的原则，这些方法 仍然在不断的发展和完善之中。 6 0 年代后期，随着航天、航空和核工业等高技术的迅速发展，以概率风险评价( p r a ) 为代表的系统安全评价技术得到了研究和开发，并在工业发达国家的许多项目中得到了 广泛的应用，随之，又开发出一系列以概率论为理论基础的有特色的安全评价方法【h a 2 ， 最常用的有人员可靠性分析( h r a ) 、故障树分析法( f t a ) 、事件树分析法( e t a ) 【1 3 】、 危险与可操作性研究( m 忆o p ) 、预先危险性分析( p h a ) 、管理失效与风险分析( m o r t ) 等。1 9 8 4 年和1 9 8 6 年发生了两起大的事故以后，人们对安全问题有了更加深入的认识， 各研究机构都对安全评价进行了深入且广泛的研究，并开发了相关软件【1 4 1 。 国外煤炭工业的安全评价是随着其他行业的安全评价技术的发展而逐步建立起来 的，无论是研究还是应用的深度与广度，都不如核工业、化工、航天以及航空等领域。 主要有以下几个阶段： 1 9 7 4 年由英国化工协会制定的优良可劣评价法开始对煤矿企业安全状况进行评价， 并制定了企业安全活动评价标准，把煤矿的组织管理、安全操作规程、工作人员选 用、灾害事故处理计划等生产活动定性地划分为优、良、可和劣四个等级，依据被评价 矿井生产现状作出定性的评价【1 5 】。 1 9 7 6 年在日本隧道工程安全评价中使用的矿山工程安全评价方法开始在煤矿企业 应用并得到了发展。矿山工程安全评价方法是对各主要危险源分别给出不同的评价函 数，根据情况确定评价函数中评价因子的取值，然后计算评价函数的函数值，最后根据 函数值的大小进行危险分级，并采取适当的防范措施【1 6 】。该方法把煤矿中瓦斯、水、火 和顶板作为评价指标，建立瓦斯爆炸评价函数、水灾评价函数、火灾评价函数和冒顶评 价函数，根据四个评价函数的得分，并对照危险性分级表确定矿井的危险等级。 1 9 7 7 年美国颁布联邦矿山安全与健康法，内容以“井下煤矿法定安全暂行标准 使用范围”为主，包括了煤矿的详细检查标准：从设计到施工、从开- r n 报废、从地面 到井下、采煤、掘进、通风、瓦斯、煤尘、防火、治水和环保等。此外，各州政府还根 据各自情况，制定本州的法规，作为补充，加强了对煤矿的检查力度【1 7 1 。法制化的轨道， 3 西安科技大学硕士学位论文 使煤矿安全状况明显改善，进入9 0 年代，煤矿事故继续减少，保持世界最好水平。 欧共体1 9 8 2 年颁布了关于工业活动中重大危险源的指令，欧共体成员国陆续制 定了相应的法律；国际劳工组织( i l o ) 也先后公布了1 9 8 8 年的重大事故控制指南、 1 9 9 0 年的重大工业事故预防实用规程，这些法规都对安全评价提出了严格的要求 【1 8 ，1 9 】 o 随着现代科技的迅速发展，特别是数学方法和计算机科学技术的发展，以模糊数学 为基础的安全评价方法得到了发展和投入应用，并拓展了原有的方法和应用范围，如模 糊故障树分析、模糊概率法等【2 啦! 1 。应用计算机专家系统、决策支持系统、人工神经网 络技术，对生产系统进行实时、动态的安全评价等【2 2 l 。 目前国外煤炭工业安全评价领域，其研究和应用开发主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 矿山安全评价主要以概率风险评价为基础【2 3 洲，就是把矿井生产系统中隐患 导致事故的概率与隐患造成的损害经过统计数据获得。其它的安全评价方法有r v 罗曼 尼教授提出的以韦布尔分布确定事故平均周期、每天的危险率、安全性指数法；澳大利 亚的a r 格材提出的煤矿操作安全评价法；波兰m 费利卫皮提出的以人一机为主的安全 评价和灾害预测方法以及日本的隧道安全评价方法等。 ( 2 ) 在伤亡事故统计方面，建立了包括损失时间、职业病、死亡、重伤、轻伤以 及与其它因素相关的工伤数据库等，其中有代表性的是美国宾夕法尼亚州r v 罗曼尼教 授所研究的评价危险和安全工伤事故类型分析，工种和工伤源的分析，致伤的身体部位、 致伤的程度、可靠性分析和经济分析等。 ( 3 ) 数据库与计算机技术在生产系统安全评价工作中得到较大范围的推广和应用。 应用这些技术实现对评价对象的客观存在属性、危险物质的物理化学指标数据，系统运 行过程状态的历史数据，系统已有的灾变种类、原因、发展态势及发生过程等有效数据 的计算管理，为准确地确定评价过程中的有关参数、合理地推测系统可能的危险灾害模 式及其存在形态提供了现代化的技术手段。人工智能技术和安全评价技术的结合使得安 全评价过程的判断、推理和边界条件的确定成为可能，为建立新的安全评价方法结构体 系创造了有利条件，对安全评价技术手段而言，这无疑是一场新的技术革命。如1 9 8 2 年英国t e c h n i c l t d 公司开发完成的易燃、易爆、毒性物质评价软件包，到1 9 9 1 年有 2 5 个子系统运行成功，其中含1 2 类事故模型。 ( 4 ) 安全评价过程的局部关键技术得到了较快发展。在安全评价的系统理论和方 法发展的同时，局部关键技术开发得到了足够的重视。如在可靠性理论研究过程中研究 了系统及元件失效概率的估计问题，以及可供矿井生产系统安全性评价借鉴的概率估计 方法【2 5 】，充分利用了人类积累的经验与系统的客观过程。 1 2 2 国内的研究及发展现状 4 1 绪论 我国在风险评价方面滞后于国外，2 0 世纪8 0 年代初期，在吸收和消化国外的评价 方法之后，才开始进行安全方法与技术的应用与研究 2 6 1 。1 9 8 1 年原劳动人事部首次组 织有关的科研机构和大专院校的研究人员开展了安全评价的研究工作。原冶金工业部开 发并颁布了“冶金工厂危险程度分级方法 。化工、机电、航空以及交通等部门和行业 同时开始在企业中实行安全评价的试点工作。1 9 8 8 年，原机械电子工业部颁布了机械 工厂安全评价标准，该标准分为安全评价的原则、程序和方法；机械工厂危险等级划 分；机械工厂安全性评价三大部分，并在1 0 0 多家机械工厂进行了推广应用，取得了良 好的效果。1 9 9 2 年，广东劳动保护研究所主持完成了工厂危险程度分级方法，同年，原 化工部制定了化工厂危险程度分析方法。1 9 9 5 年，原劳动部、北京理工大学合作完 成了易燃、易爆、有毒重大危险源辨识评价技术的研究课题。同时，一些高等院校、 研究单位和企业等相继开展了安全评价技术的研究和开发工作，如北方交通大学、东北 大学、武汉安全与环保研究院、鞍山钢铁公司、武汉钢铁公司等，都提出、开发和推广 了有指导意义的评价理论和方法。1 9 9 4 年，由于我国相继发生了多起特大火灾事故，安 全评价受到了政府部门和社会的重视，1 9 9 4 年、1 9 9 5 年分别在太原、成都召开了全国 各行业安全研究的研讨会，安全评价工作在各行业系统内得到了逐步推广和展开。1 9 9 7 年原劳动部开始对北京、上海、天津、深圳、青岛、成都六城市进行的重大危险源普查 监控试点工作，基本上是按欧共体制定的标准执行的。对危险源的研究，主要在化工领 域，如由劳动部锅炉压力容器检测研究中心完成的压力容器极限与安定性分析及体积 型缺陷安全评估工程方法研究。北京市劳动局于1 9 9 8 年1 2 月开发了“北京市重大危 险源和重大事故隐患信息管理系统。同年，青岛建成我国第一个重大危险源普查、评 价、分级、监控和管理系统，该系统是首次运用行政、经济和科技相结合的手段，对工 业危险源及隐患进行辨识、评价与监控。 煤炭工业是我国安全问题最严重的行业之一，安全问题一直未得到根本性的解决， 安全管理和评价研究与其它行业，特别是冶金、航空以及核工业相比，虽然时间上几乎 同步，但研究的规模、深入程度要明显落后。1 9 8 2 年，煤炭工业部制定了矿井通风质 量标准及检查评定办法 2 7 1 ，作为矿井通风安全管理部门的检查标准；1 9 8 6 年，煤炭 工业部又制定了生产矿井质量标准化标准 2 8 1 ，后又于1 9 9 4 年进行了修订，作为行 业标准施行，内容包括开采、通风、运输、瓦斯、掘进，是目前煤矿使用最多的评价标 准。这些标准的实施重点主要集中在煤炭工业企业的质量管理方面，没有形成独立开展 系统安全评价理论和应用的体系。煤矿安全规程则是带有法规性和强制性的执行型 法规文件，强调矿井生产系统各因素的结果控制。对于系统安全管理过程中各子系统及 因素的评价和分析以及综合的危险状态的确定，特别是煤矿井下生产系统的安全评价方 面有了一些基础性的研究。煤矿安全评价技术的研究与开发大部分集中在高校，如中国 矿业大学、福州大学、河南理工大学、山东科技大学、西安科技大学、辽宁工程技术大 5 西安科技大学硕士学位论文 学、湖南科技大学、北方交通大学等，其研究内容主要集中在管理信息系统和安全评价 的基础工作，但总体上我国煤矿地下作业系统的结构特性以及适应性强的安全评价理论 和技术研究需进一步的深入和完善，矿山重大伤亡事故的客观存在也说明了事故控制的 重大理论和技术研究的重要性。 安全是煤炭企业健康发展的保障，目前，煤炭行业虽然对安全采取了各种有效的技 术和管理措施，应用了已有的安全检查表、质量标准化检查表以及安全系统工程的理论 和方法，提高了安全管理和评价的科学技术水平，加强了安全信息和管理。但是，由于 历史的原因、政策环境以及煤炭行业内部存在的问题，煤矿安全评价技术含量不够高， 大多数矿井没有应用计算机实现安全信息管理，而且缺乏有效、实用的评价软件，使得 安全评价方法在矿井安全管理过程中受到了较大的限制。2 0 0 2 年1 1 月1 日实施的中 华人民共和国安全生产法中对安全评价做出规定，才使煤矿安全评价研究与应用走入 正轨。 在我国煤矿领域，危险源风险评价的研究与实践属起步阶段。但是随着近年来与国 外的相关研究机构的交流，也己经开展了一些这方面的研究工作，并取得了一定的成果。 2 0 0 0 年，山东科技大学王连国教授等运用数量化理论，选取了断层情况、褶曲情况、 掌握顶板变化规律和相应措施、端头支护、设备情况、通风状况、采煤工人素质等指标， 建立了一个综采工作面安全评价模型【2 9 l 。 2 0 0 3 年，西安科技大学孙斌从三类危险源角度，选取了瓦斯涌出量、机电设备的失 爆率、员工的技能和经验等1 8 个指标，对煤矿瓦斯事故进行了风险评价【3 0 1 。 2 0 0 4 年，西安科技大学陈勇刚从三类危险源角度，选取了顶板类型、瓦斯抽放率等 3 2 个指标，对掘进工作面的瓦斯爆炸事故进行了风险评价【3 l 】。 2 0 0 5 年，湖南科技大学施式亮教授等运用非线性动力学评价方法，选取了地质因素、 灾害因素、管理因素、装备因素、人员素质、环境因素和危险源等指标对矿井安全程度 进行了评价研究【j 引。 2 0 0 5 年，河南理工大学杨玉中、吴立云等运用多层次灰熵综合评价方法，选取了人、 机、环三个指标，对平顶山煤业( 集团) 有限责任公司六矿综采工作面进行了安全评价 0 3 1 o 2 0 0 6 年，枣庄矿业集团新安煤矿刘金辉等运用分层模糊动态评价方法，选取了顶板 压力集中水平、支架工作状态水平和工作面管理水平等指标对枣庄矿业集团新源井 1 2 1 0 1 回采工作面安全性进行了综合评价【3 4 】。 2 0 0 7 年，煤炭科学总院抚顺分院高建宁等运用灰熵模型对煤矿进行了安全评价，对 煤矿事故发生的可能性进行了排队分析，确定了矿井的安全程度【3 5 1 。 2 0 0 7 年，河北工程大学李万庆等运用未确知测度方法和属性层次模型，选取了设备、 作业环境、地质环境和人员等指标，建立了适用于综采工作面安全评价的基于未确知和 6 1 绪论 属性层次模型的综合评价系统【3 6 1 。 分析前人做过的研究，虽然大都运用比较新颖和先进的方法，研究评价了采煤或掘 进工作面的安全程度，但从三类危险源角度出发，对采煤工作面危险源进行评价研究较 少。本文正是从三类危险源角度出发，通过对采煤工作面事故类型及影响因素的分类研 究，建立了适合于采煤工作面危险源风险评价的模糊综合评价模型。 1 3 研究的目的和意义 采煤工作面是矿井生产的心脏，是矿井生产最基本最主要的生产场所。所以确保采 煤工作面的安全是煤矿安全生产管理中的重中之重，稍有不慎就可能造成重大乃至特大 事故的发生。因此，对采煤工作面进行风险评价研究的目的主要有以下三点： ( 1 ) 为了贯彻“安全第一，预防为主 的方针，提高煤矿的本质安全化程度和安 全管理水平，减少和控制采煤工作面安全管理中的危险、有害因素，降低采煤工作面的 风险，预防事故发生，保障煤矿的财产安全以及从业人员的身体健康和生命安全。 ( 2 ) 通过对煤矿井下采煤工作面常见事故进行分类，以三类危险源理论思想为核 心，分析和辨识各种事故发生背后的三类危险源。最终，通过建立评价模型来评价采煤 工作面的整体安全性情况，深刻揭示煤矿事故危险源的本质特征，建立一个全新的、快 速反应的采煤工作面危险源辨识评价系统。煤矿危险源风险评价是对矿井生产系统存在 的危险性、危害性进行定性、定量分析，对系统发生危险、危害的可能性及其程度的评 价，以寻求最低事故率、最低职业危害和最优的安全投资效益。 ( 3 ) 以三类危险源思想为核心，研究煤矿采煤工作面危险源系统中的不确定因素。 加强对煤矿采煤工作面危险源理论和风险管理技术的研究及实践，可以减少事故损失， 提高煤矿防灾减灾水平，有利于推动煤矿可持续发展。 对煤矿采煤工作面危险源风险评价研究的意义有以下两点： ( 1 ) 煤炭工业客观存在的采煤工作面安全问题，不仅仅是解决事故发生后的“事 后分析和对当事人的处理问题，更重要的是研究事故发生的致因因素、影响因素及其 相互关系，加强“事前”预防管理和过程的安全管理，使得事故管理的“关口前移。 因此，搞好采煤工作面危险源的风险评价研究，可以为煤矿企业安全管理的系统化、标 准化和科学化提供依据和条件，为安全管理部门实施风险管理提供依据。 ( 2 ) 研究煤矿采煤工作面常见的事故危险源风险评价技术，对于加强煤矿采煤工 作面危险源的辨识，预防煤矿采煤工作面各种事故的发生，减轻事故可能造成的损失， 具有十分重要的意义。 1 4 本文的研究内容和技术路线 7 西安科技大学硕士学位论文 1 4 1 研究内容 本文所研究的采煤工作面主要针对综采工作面，包括综采放顶煤工作面和大采高一 次采全高综采工作面。 采煤工作面空间狭窄且多变，设备多，噪声大，人员集中，环境复杂，不安全因素 多。造成了采煤工作面事故多发。煤矿顶板事故、透水事故、煤炭自燃事故、瓦斯爆炸 事故、煤尘爆炸事故以及职业病在采煤工作面的发生占有相当大的比例。这些事故一旦 发生将会造成人员伤亡，设备设施损坏，造成停工停产，给国家造成重大经济损失，给 企业带来严重恶劣影响，给家庭和个人造成巨大的痛苦。 本文正是基于对采煤工作面危险源分析的基础上，运用三类危险源理论、层次分析 法和模糊数学的原理和方法对采煤工作面存在的6 类主要事故( 煤炭自燃事故、顶板事 故、瓦斯爆炸事故、煤尘爆炸事故、透水事故以及职业病) 进行了分析评价，主要内容 如下： ( 1 ) 采煤工作面危险源理论与方法：危险源辨识理论与方法是目前辨识危险的一 种新的理论方法，是防止事故发生的第一步，它可以确定可能发生事故的潜在危险，但 在采煤工作面事故研究中其理论与方法研究、运用甚少。应用危险源辨识理论与方法对 采煤工作面的危险源进行辨识，挖掘蕴涵在采煤工作面事故中大量有用的信息，可以为 减少和控制采煤工作面事故的发生提供帮助。因而，有必要对采煤工作面6 类主要事故 的危险源进行评价研究。 ( 2 ) 采煤工作面危险源风险评价指标体系的确定：根据采煤工作面6 类主要事故 的发生规律，从分析采煤工作面6 类主要事故发生原因及影响因素开始，对影响事故发 生的各种因素进行分析比较，并结合专家经验的总结，确立了采煤工作面6 类主要事故 危险源风险评价指标体系。 ( 3 ) 模糊综合评价：针对确定的采煤工作面6 类主要事故危险源风险评价指标体 系，采用专家调查表法和层次分析法确定各评价指标的权值，并运用模糊综合评价方法， 建立采煤工作面危险源风险评价的模糊综合评价模型。 ( 4 ) 根据建立的采煤工作面危险源风险评价的模糊综合评价模型，应用v b 语言 开发采煤工作面危险源风险评价系统，并进行现场分析验证。 1 4 2 技术路线 第一，做理论分析。分析危险源辨识的理论和方法。对各种危险源理论和方法进行 分析对比，最终选用西安科技大学田水承教授的三类危险源理论作为本文分析和辨识危 险源的理论依据。 第二，辨识采煤工作面存在的危险源，通过对采煤工作面6 类主要事故发生影响因 8 1 绪论 素的分析，运用三类危险源理论，辨识出采煤工作面事故发生的三类危险源。 第三，建立采煤工作面6 类主要事故危险源风险评价指标体系，运用层次分析法和 模糊综合评价法，建立采煤工作面危险源风险评价模型。通过对辨识出的影响采煤工作 面事故发生的三类危险源进行对比分析，思考并识别影响采煤工作面6 类主要事故发生 的关键性因素，运用专家调查表法和层次分析法建立采煤工作面6 类主要事故危险源风 险评价的指标体系，并确定了其权值。建立采煤工作面危险源风险评价的模糊综合评价 模型。 第四，根据前面建立的风险评价模型，应用v b 语言开发采煤工作面危险源风险评 价系统，并结合某个煤矿企业进行验证。验证所提出的采煤工作面危险源风险评价模型 和方法的有效性和可行性。本文技术路线如图1 1 所示。 文献资料搜集，现场调研 0 1 分析并选择适用于采煤工作面的危险源辨识与评价理论与方法 士 辨识采煤工作面存在的三类危险源 上 采煤工作面危险源风险评价指标体系的建立 0 采煤工作面危险源风险评价模型的提出 用v b 语言对模型进行编程 上 i 结合某个具体煤矿企业，进行应用 上 结论与展望 图1 1 本文的技术路线 9 西安科技大学硕士学位论文 2 采煤工作面危险源风险评价的理论基础 2 1 危险源的理论基础 2 1 1 危险源的基本概念 1 9 9 3 年6 月，第8 0 届国际劳工大会通过的预防重大工业事故公约将“重大事故m p 定义为：在重大危害设施内的一项活动中出现意外的突发性的事故，如严重泄漏、火灾 或爆炸，其中涉及到一种或多种危险物质，并导致对工人、公众或环境造成即刻的或延 期的严重危害。近年来，伴随着对事故预防控制的需要，出现了“危险源、“重大危险 源 等概念。但究竟什么是危险源，危险源有哪些种类等问题，到目前为止尚无理论上 的确切的界定。因此，有必要从本质特征上将危险源加以区分，从系统科学角度理解危 险源，为安全管理提供正确的理论指导。 在现代安全科学理论中，危险源是人们认识事故形成机理的重要因素，但在学术研 究领域，目前对于危险源的描述和表达并不统一。w 哈默( 1 9 8 0 ) 定义危险源为可导致 人员伤亡或物质损失事故的潜在不安全因素【3 引。何学秋教授提出危险源是产生和强化负 效应的核心，危险能量爆发点。王金波，陈宝智等( 1 9 9 2 ) 认为：“危险源是指存在着 导致伤害、疾病或财物损失的可能性的情况或环境潜在的或固有的特性【3 9 】。其主要在 于强调危险物质，易于和系统存在状态的概念相混淆。美国化学工程研究所化工安全研 究中心定义危险源为：“存在于生产系统中，并能产生和释放能量的各种物质，在一定 的触发条件下，足以导致人员伤亡，职业危害和财产损失事故发生的潜在的各种不安全 因素m 。此定义忽视了人的因素对生产系统的影响。罗云，徐德蜀等( 2 0 0 4 + ) 认为： 危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的，在一定的触发因素作用下可转 化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。危险源是能量、危险物质 集中的核心，是能量从那里传出来或爆发的地方 4 1 】。实际上，危险源是指可能导致伤害 或疾病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的根源或状态。从这些定义可以看出 危险源是客观存在的，是导致事故的根源。 还有的学者从不同角度把生产系统中客观存在的各种能量的物质称为固有型危险 源 4 2 , 4 3 1 ，它们是系统危险和事故的内因，是造成灾害的物质决定因素。把固有型危险源 正常存在的条件遭到破坏的各种硬件和软件保障系统故障称为触发型危险源。固有型危 险源涉及到本质安全化问题，其控制更多地依赖于技术、工艺水平。触发型危险源是诱 发固有型危险源能量失控的外在因素，是危险源预防管理的主要对象。 中国安全科学技术研究院吴宗之教授提出重大危险源【3 8 ，删，指长期地或临时地生 1 0 2 采煤工作面危险源风险评价的理论基础 产、加工、搬运、使用或储存危险物质，且危险物质的数量等于或超过临界量的单元。 单元指一个( 套) 生产装置、设施或场所，或同属一个工厂的且边缘距离小于的几个( 套) 生产装置、设施或场所。系统地分析和认识危险源是人们研究工作系统、预防事故的基 础，它不仅帮助人们设计更安全的工作系统，也可以指导人们如何安全地运行，从设计、 技术到管理来满足安全条件的工作系统。 传统观点认为【4 5 1 ，重大事故隐患可理解为能导致重大伤害事故发生的人的不安全因 素、物的不安全状态或管理上的缺陷。重大危险隐患和重大危险源都可能导致重大灾难 性事故的发生，这是二者的共同点。二者的不同点在于它们涉及的范围不同，重大事故 隐患的范围大，它包括了人、机、环境三个方面的不安全因素，因而它又可能存在于国 民经济中的任何部门。重大危险源的范围小，主要针对其中的“物，存在于工业生产 中。本文对危险源的理解不仅涵盖了上述重大事故隐患、重大危险源的范畴，而且把“灾 变信息 纳入了危险源的范畴。 2 1 2 危险源的分类 危险源的上述概念为我们展示了其主要特性，为了更好地研究和分析问题，人们通 常会对问题进行适当分类，对于危险源的研究和分析也不例外。 从目前情况来看，主流的危险源分类方法包括：根源危险源和状态危险源；固有型 危险源和触发型危险源；固有危险源和变动危险源；物质性危险源和非物质性危险源； 第一类危险源和第二类危险源；第一类危险源、第二类危险源和第三类危险源等。下面 重点讨论第一类危险源和第二类危险源；第一类危险源、第二类危险源和第三类危险源 两种分类方法： ( 1 ) 东北大学陈宝智教授提出两类危险源理论1 3 8 】，第一类危险源：根据能量释放 论，事故是能量或危险物质的意外释放，作用于人体的过量的能量或干扰人体与外界能 量交换的物质是造成人身伤害的直接原因。于是把系统中存在的可能发生意外释放的能 量或危险物质称为第一类危险源。第二类危险源：在生产、生活中，为利用能量，让能 量按照人们的意图在系统中流动，转换和作功，必须采取措施约束、限制能量。导致限 制能量措施失衡或破坏的各种不安全因素称为第二类危险源。两类危险源理论认为，任 何事故的发生可归结于第一类危险源与第二类危险源共同作用的结果，第一类危险源是 事故发生的能量主体，决定事故后果的严重程度；第二类危险源是第一类危险源造成事 故的必要条件。评价危险源的危险性时，通过评价第一类危险源来确定事故后果的严重 程度，通过评价第二类危险源出现情况来评价事故发生的可能性。 ( 2 ) 西安科技大学田水承教授在两类危险源理论的基础上提出三类危险源的概念 4 2 , 4 s , 4 r l ，第一类危险源是指能量载体或危险物质；第二类危险源是指物的故障、物理性 环境因素，个体人失误，( 侧重安全设施等物的故障、物理性环境因素) ；而由于安全管 西安科技大学硕士学位论文 理决策、组织失误( 组织程序、组织文化、规则) 、不安全行为、失误等造成系统失衡 的这种不安全因素称为第三类危险源。从现实暴露的问题来看，安全工作常常只看重物 质条件而忽略安全文化、氛围等组织因素的作用和影响，因而安全管理和技术措施往往 不到位甚至失灵，比如尽管采煤工作面装备了先进的生产设备及监控系统，但往往很多 相关人员并不能完全掌握它们的用途和用法，而且因为缺少有效的日常管理而往往在关 键时刻无法发挥作用；另外监督、管理主体的重心都放在官方的行政行为上，这种管理 固然是必要的，但是单一化的行政管理也导致了它在永久性、科学性、有效性方面存在 较大的弊端。结合前面的两类危险源来看，第三类危险源是潜在于第一类危险源、第二 类危险源背后的神秘杀手，不易辨识，第三类危险源出现为危险源辨识戴上新的辨识眼 镜。因此第三类危险源与第一、二危险源息息相关的，不可分割的。三类危险源之间的 关系如图2 1 所示1 4 引。 l i f i i ! ii 第一类氘险源 r j ：i i ：第二类危险源 回第三类危险源 图2 1 三类危险源之间的关系 在图2 1 中，运用集合理论给出了三