安全工程学 课件 第4、5章 安全人机环境管理工程、安全工程技术

安全工程学基本概念与研究内容安全系统中的主体因素人机环境管理安全工程设计人机环境管理安全工程实现第4章安全人机环境管理工程4.1基本概念与研究内容4.1.1基本概念人-机-环境系统工程的提出人-机-环境系统工程是由中国著名科学家钱学森先生指导，于1981年在中国建立的交叉学科。通过系统科学理论整合人、机、环境三要素关系，追求安全、高效、经济三大系统目标，开创了用系统科学方法分析人、机、环境交互关系的研究范式。4.1.1基本概念人-机-环境-管理安全系统工程毋庸置疑，“管理”是安全系统工程的重要组成部分，将“管理”提升为与“人”、“机”、“环”并列的核心要素，强调其在整个系统中的规划、组织、协调、控制和改进功能，已是行业共识。人-机-环境-管理安全工程是一门综合性边缘学科，是人、机、环境、管理构成的系统工程与安全工程的结合，并在实际应用的基础上产生和发展起来的。安全人机环境管理工程：研究人机环境管理系统的安全本质，并使“人、机、环境、管理”四者在安全上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门科学。4.1.1研究内容安全人机环境管理工程的内在基本关系人机环境管理系统是一个结构庞大的巨系统，人、机、环境、管理各自又构成复杂的子系统。其内在基本关系有七个：人-机：以工效设计与管理规程保障安全交互人-环：控制环境危害，实施监测与个体防护装备管理人-管：以责任制、培训、规程和文化管理规范人员行为机-环：通过设备选型适应、防护与维护管理确保环境下的可靠运行机-管：实施设备全生命周期管理，涵盖选型、安装、运行、维护、报废与变更环-管：以环境标准、监测、工程控制和个体防护装备管理维持安全作业环境人-机-环-管协同：管理通过方针目标、法规制度、风险管理、能力建设、应急响应与绩效改进，整合优化人、机、环要素人-机-环-管协同4.1.2研究内容安全人机环境管理工程围绕人、机、环、管四要素及其相互关系展开，主要研究内容有五个方面。①人、机、环、管的各自特性人的工作能力与生理、心理特性，机器的结构与防错设计，环境的构成与监测控制，安全管理的特征与机制②人机交互安全协同与工效管理使机器设备的设计符合人的生理、心理特性和能力极限，减少操作失误与疲劳③环境对人安全的影响及适应性管理识别和控制环境危害，创造符合人的生理心理需求的作业环境④机器设备的环境适应性及安全防护防止环境因素导致设备故障、性能下降或引发火灾、爆炸、触电等次生事故⑤人-机-环-管的协同安全与优化分析系统整体的运行状态与潜在风险，寻求系统层面的优化方案4.1.2研究内容人、机、环、管的各自特性人的安全特性研究内容·工作能力与基本素质测试、评价·生理子系统：呼吸、消化、循环、内分泌、神经、运动等系统的生理活动因素·心理子系统：工作态度、动机水平、情绪状态、知识水平、意志品质·行为科学、生理心理测量技术·人员技能与素质的培训机的安全特性研究内容·机械技术系统由动力、传动、工作、操纵等子系统组成·被控对象的基本结构组成·动力学系统·机器的防错设计·机器特性对系统性能的影响环境的安全特性研究内容·环境是人、机、管共同存在的空间条件·自然环境、人造环境、社会环境·环境的基本构成要素·环境因素状态的监测技术·环境因素状态的控制技术安全管理的特性定义在特定环境中，为保护人员、机器设备、环境、财产和信息免受潜在威胁的侵害，采取一系列措施和方法以达到预期安全目标的活动。①全面性②科学性③综合性④全员参与性4.1.2研究内容整体性：将人、机、环、管视为相互关联、相互作用的复杂系统系统性：在安全、高效的目标下分析系统整体的运行状态与潜在风险动态性：系统状态随人员、设备、环境和管理活动不断变化，需要持续辨识与调整优化目标：通过四要素的优化组合与协同作用，实现“1+1+1+1＞4”的系统安全涌现系统安全表示为S＝H-M-E-G，其中H为人、M为机、E为环境、G为管理。四要素协同作用，使系统整体安全性高于各部分安全性的简单叠加。人-机-环-管的协同安全与优化4.2安全系统中的主体因素4.2人在安全系统中的主体地位在人、机、环境、管理组成的安全系统中，人是系统的主体因素，占有主导地位。人作为主体因素的关键人包括相当多的子系统，且子系统之间的关系复杂人与外界（机器设备、环境等）之间进行物质、能量和信息的交流人-机-环境之间最本质的联系人与人、人与机器、人与环境之间最本质的联系是信息交换人在系统中起传递、加工和利用信息的作用必须从信息理论角度分析人的功能，以了解并增强人的信息传递能力机人环境物质·能量·信息物质·能量·信息人与外界（机器、环境）的物质、能量与信息交流人既是信息的接收者，也是信息的发出者人与机器、人与环境之间最本质的联系是信息交换；人通过信息的传递、加工与利用对整个系统实施控制。人的信息处理可分为接收、中枢加工、输出三个环节4.2.1人的信息接收：信息传递的基本模式人机系统中，人与机器互为信息的信源，也互为信息的信宿，信息在两者之间往复传递。信源发出的信息不能直接传送，需要经过编码，以某种符号或信号的形式进行传送。人-机系统的信息传递4.2.1人的信息接收信源：信息的始发源或发出者，可以是机器、人，也可以是系统的环境因素载体：携带信息的符号或信号，信源发出的信息经编码后以载体的形式传送编码：把信息变换成符号或信号的措施信道：信息载体所经过的通道，最常用的是视觉信道和听觉信道噪声：一切影响信息传递效果的干扰源，包括环境噪声和人机系统内部的噪声译码：把信息从载体上分离出来、恢复信息原来面目的过程信宿：信息传递的目的地，人与机器互为信息的信源，也互为信息的信宿信息传递的七个基本概念信源编码载体信道译码信宿噪声信息传递链：信源→编码→载体→信道（叠加噪声）→译码→信宿4.2.1人的信息接收信源的信息除直接编码传送外，还可引入中介机器加工后，以复制信号的方式间接传送间接传送可以延伸人的感受能力，增大信息传递的距离和效率随着自动化技术的发展，机器信源向人信宿的传递越来越多地采用间接方式信息从初始源到感受接受器的通路模式从机器到人的信息传递通路4.2.1人的信息接收感受器是接受刺激的专门装置，按接受刺激的性质可分为视、听、触、嗅等多种感受器每一种感受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感绝对感觉阈限下限是刚能引起感觉的最小信号刺激能量，上限是刚能引起不适或异常感觉的最大值差别感觉阈限（最小可觉差别）刚能引起差别感觉的刺激间的最小差别对最小差别量的感受能力称为差别感受性为保证信息的有效传递，机器信源发出的信号能量值应尽可能远离感觉阈限的上下限。人的信息接受能力阈下：不可觉察适宜区间：可觉察并可辨别上限以上：不适或异常绝对感觉阈限下限绝对感觉阈限上限▲差别感觉阈限（最小可觉差别ΔI）：刚能引起差别感觉的两刺激间的最小差别4.2.2人对信息的中枢加工人对信息的加工系统相对独立，由三个相互作用的子系统组成，每个子系统都配有功能上相对独立的记忆储存器与加工处理器。感知系统由感觉器官及相关的记忆缓冲器组成，最重要的是视觉的形象储存器和听觉的声像储存器缓冲器暂时储存并编码感觉信息，再输送到加工环节认知系统接收感知系统传入的经编码信息并存入工作记忆从长时记忆中提取相关信息与加工规律，综合分析后做出反应决策运动系统接收认知系统输出的信息并付诸实践，做出运动动作把执行过程的信息反馈回感知系统4.2.2人对信息的中枢加工人信息加工系统的三个子系统与记忆结构刺激信息感知系统认知系统运动系统感觉器官（视、听、触、嗅…）感觉缓冲器暂存并编码感觉信息视觉形象储存器听觉声像储存器工作记忆长时记忆提取相关信息与加工规律综合分析与反应决策配备记忆储存器与加工处理器运动动作手、脚的运动姿势变换·眼神最终输出编码信息指令作用于系统反馈把执行过程的信息反馈回感知系统，形成闭合的信息处理环路三个子系统相互作用，每个子系统都配有功能上相对独立的记忆储存器与加工处理器：感知系统负责暂存与编码，认知系统负责比较、判断与决策，运动系统负责执行与反馈。4.2.3人的信息输出人在接收来自系统的信息并对其进行中枢加工以后，便根据加工的结果对系统做出行为反应，即人的信息输出。信息输出是对系统进行有效控制、使其正常运转的必要环节信息输出的主要形式言语：是信息输出的一种形式运动输出：最重要的输出方式，手、脚的运动、姿势的变换甚至眼神都是具体形式运动输出有多种类型，并有各自的特点系统（机器）运行状态人的接收与中枢加工输出：言语·运动动作作用于系统，改变状态闭环：输出改变系统状态→生成新的信息→再次被人接收4.2.4影响人传递信息能力的主要因素信号方面的因素信道：输出通道的影响大于输入通道，信息输入可并行而输出只能串行信号维量：多维量信号能力高于单维量，但小于各单一维量之和信息编码：码子的选用影响传信能力刺激信号：刺激与反应越复杂，反应时间越长分时：同时做两件以上工作会明显降低传信能力人的主体因素练习：能够提高反应速度、准确度和耐久力个体差异：智力、素质、个性、年龄、经验等各不相同预备状态：预备时间过短或过长都会降低传信率疲劳：降低注意力、肌肉工作能力、动作准确性和协调性环境的影响因素温度、湿度：影响作业舒适性与注意力气压：影响人的生理状态照明：影响视觉辨认能力噪声：掩蔽听觉信号振动：影响操作的准确性传信率预备时间最佳预备状态过短：准备不足过长：准备衰退启示信号输出宜有时间先后，或事先给出暗示；尽量用两个以上感觉通道接受同一信息。预备时间与传信率的关系（示意）4.3人机环境管理安全工程设计4.3.1系统的整体特点与设计理念人是主导，管理是纽带人机环境管理系统包括人子系统、机子系统和环境子系统，以及围绕人机环的管理子系统：人：系统的主动者，过程由人操纵、控制、观察、监督和维护，始终居于主导地位机：机器的设计要符合人的要求，符合人的心理和生理特点人-机：两者相互作用、相互配合，又相互制约，共同组成协调的人机关系环境：保证人机关系安全、高效、经济运行的不可缺少因素管理：人、机、环三要素的串行纽带，四者形成不可分割的整体系统化工装置现场作业——人是主动者4.3.1系统的整体特点与设计理念七个维度，把人-机-环-管全部覆盖①人-机→交互安全性工效设计+操作规程深度融合②人-环→风险预控性监测+工程控制+个体防护③机-环→可靠性全生命周期的环境适配管理④人-管→协同规范性责任制+培训+安全文化⑤机-管→本质安全性设备全流程精细化管理⑥环-管→环境可控性标准引领+监测合规⑦系统整合→协同优化四要素动态平衡与最佳匹配实拍：现场团队共同核对方案4.3.1系统的整体特点与设计理念维度①②③：人-机、人-环、机-环①以工效适配为核心的人-机交互安全性工效设计与管理规程深度融合：通过科学的界面设计、操作流程优化及标准化管理，确保人与设备的安全交互系统根据人体生理特征和操作习惯优化设备布局与操作方式，同时制定明确的操作规范和应急处置流程，减少人为误操作风险②全维度覆盖的人-环风险预控性建立完善的环境监测网络，对粉尘、噪声、有毒气体等危害因素进行24小时监控；通过通风、降噪等工程措施改善作业环境根据环境风险等级为人员配备相应的防护用品，并建立环境风险预警机制，确保环境参数超限时能及时干预③全生命周期保障的机-环可靠性选型阶段根据作业环境的温湿度、腐蚀性等特征选择耐环境性能强的设备型号；安装过程采取防振动、防腐蚀等防护措施运行阶段制定针对性维护计划，定期检查设备在环境作用下的损耗情况，及时更换老化部件，确保复杂环境下稳定可靠运行4.3.1系统的整体特点与设计理念维度④⑤⑥⑦：人-管、机-管、环-管与系统整合④管理制度驱动的人-管协同规范性建立清晰的安全责任体系，将安全职责层层分解到每个岗位和人员；定期开展针对性的安全培训，提升人员安全意识和操作技能⑤全流程管控的机-管本质安全性设计规划阶段进行安全风险评估；采购环节严格审核设备的安全认证和技术参数；安装调试进行安全性能测试⑥标准引领的环-管环境可控性建立符合国家和行业标准的环境质量指标体系，明确各类作业环境的安全限值；依托监测技术构建环境监测网络，实时掌握环境质量动态⑦系统性整合的多要素协同优化性以方针目标为导向、以法规制度为框架，通过风险管理、能力建设、应急响应和绩效改进等手段提升整体安全绩效，实现四要素动态平衡与最佳匹配4.3.2人机交互安全协同与工效管理设计人机交互安全的四个抓手①功能分配·机器承担：单调、高重复、高强度、高精度与极端环境任务·人保留：灵活性、判断力、应急处置与创造性工作·管理制定并监督分配原则，避免角色错配②界面工效·显示与控制装置符合人的生理心理特性和认知习惯·布局符合人体测量学，减少姿势劳损·警报分级明确、急停显著、控制器防误触③安全规程·标准化操作程序、启停流程、异常处理与维护规程·明确操作权限、安全确认点与应急处置措施·设备检修执行“上锁挂牌”，确保能量隔离④培训管理·基于岗位风险和人机交互需求设计培训内容·岗前、在岗、转岗培训+定期复训考核·提供操作手册与应急指南，减少技能不足失误实拍：立式加工中心与操作面板4.3.2人机交互安全协同与工效管理设计先分工，再让界面符合人的习惯1.人机功能安全分配单调、高重复性、高强度、高速度、高精度或极端环境下的任务赋予机器；需灵活性、判断力、应急处置和创造性的任务保留给人管理制定并监督执行分配原则；管理规程应规定自动化设备故障时如何平稳移交控制权给人2.人机界面工效学设计显示装置（视觉、听觉、触觉）与控制装置（按钮、手柄、触摸屏）须符合人的生理心理特性和认知习惯；工作台、座椅、显示器、控制器位置符合人体测量学信息显示清晰、准确、及时、抗干扰；警报须有足够强度、区分度和优先级；急停按钮位置显著；控制器布局合理、操作力适中、防误触自动化生产线——机器承担重复高精任务4.3.2人机交互安全协同与工效管理设计规程管住动作，培训管住能力3.人机交互安全规程建立并强制执行标准化的操作程序、启停流程、异常处理步骤和维护规程，明确操作权限、操作步骤、安全确认点和应急处置措施防止因随意操作、误操作或信息沟通不畅引发事故；典型要求：设备检修必须执行“上锁挂牌”程序，确保能量隔离，保护人员安全4.人员技能与培训管理基于岗位风险和人机交互需求设计培训内容；实施岗前、在岗和转岗培训；定期进行技能复训和考核；提供清晰易懂的操作手册和应急指南有效培训能显著提升人员对机器性能、局限性和风险的认识，减少因不熟悉、不理解或技能不足导致的操作失误4.3.3环境对人安全的影响及适应性管理设计物理·化学·生物·心理，四类环境都要管（1）物理环境安全微气候、照明、噪声、振动（2）化学环境安全有毒有害气体、粉尘、蒸汽、烟雾后果：急慢性中毒、职业病、火灾爆炸风险（3）生物环境安全致病微生物、寄生虫、致敏动植物（4）心理环境安全工作负荷、单调重复、时间压力、轮班作业、人际关系紧张粉尘作业环境4.3.3环境对人安全的影响及适应性管理设计微气候·照明·噪声·振动，各有硬指标微气候温湿度与气流速度须维持在舒适或可耐受范围；高温致中暑、疲劳、判断力下降，低温致冻伤与操作灵活性降低照明充足、均匀、无眩光；照度不足易致视觉疲劳与误判，眩光、频闪影响操作安全噪声损害听力，干扰语言交流与警报识别；采取隔声、吸声、消声措施并配备听力保护装置振动全身振动伤脊柱、局部振动致神经血管疾病，影响操作精准度和稳定性焊接作业的强光、烟尘与高温4.3.3环境对人安全的影响及适应性管理设计先识别评估，再工程控制与监测危害识别与风险评估系统性识别作业场所存在的物理（噪声、振动、照明、微气候、辐射）、化学（有毒有害物质）、生物（病原体）及心理社会（工作压力、组织氛围）等环境因素，评估其对人员安全健康的潜在风险——这是制定有效控制措施的基础工程控制与环境改造优先采用工程技术手段从源头或传播途径上控制危害：隔声罩与消声器控制噪声；通风除尘排毒系统控制化学危害；隔热屏障与空调系统改善高温环境；优化照明设计消除眩光和频闪环境监测与合规管理建立并执行作业环境的定期监测制度（噪声水平、空气中有害物质浓度、照度、温湿度），确保符合国家/行业安全卫生标准；发现超标及时整改；保证监测设备校准、维护和数据的有效管理4.3.3环境对人安全的影响及适应性管理设计工程控制兜不住时，靠个体防护与职业健康5.个体防护装备管理工程控制无法完全消除风险时，按风险评估为暴露人员选择、提供合规有效的个体防护装备（耳塞、防毒面具、防护服、安全眼镜）开展使用培训，建立发放、检查、维护和更换制度，强制监督现场正确佩戴6.职业健康管理与心理支持实施岗前、在岗、离岗职业健康监护，关注环境因素对人员的长期健康影响建立轮班与工间休息制度减轻疲劳，营造积极组织安全文化，提供心理支持渠道个体防护装备（安全帽、工装、防护手套）4.3.4机器设备的环境适应性及安全防护设计1.设备的环境适应性设计与选型选型即匹配环境：在设备设计或采购阶段充分考虑温度、湿度、粉尘、腐蚀性、易燃易爆性、振动冲击等特性，选择相应防护等级（IP代码、Ex防爆等级）气候防护高温致电子元件过热失效、润滑油粘度降低、材料强度下降；低温致材料脆化、启动困难；高湿引发电气短路与金属腐蚀防尘防水/防腐防爆/抗振动冲击防尘防水达到相应IP等级，采用密封圈、防护罩、正压通风；腐蚀环境选用不锈钢、工程塑料、防腐涂层易燃易爆环境采用本质安全型、隔爆型、增安型；振动环境加强结构刚性、加减震装置、精密部件特殊固定数控加工设备4.3.4机器设备的环境适应性及安全防护设计2.设备的环境危害隔离与安全防护管理管理需确保机器设备配备必要的本质安全设计或附加安全防护装置，防止人员接触危险运动部件或设备故障时造成伤害防火防爆隔离危险区域与非危险区域之间设置防火墙、防爆墙与安全距离；使用阻燃或难燃材料；设置泄爆口，将爆炸压力导向安全方向电气隔离潮湿、多尘或存在导电粉尘的环境采用加强绝缘、双重绝缘、安全特低电压、漏电保护装置，防止触电事故物理屏障设置防护罩、防护栏、安全联锁装置，防止人员接触旋转、切割、挤压等危险运动部件配电柜接线作业（电气隔离与检修）4.3.5人-机-环-管的协同安全与优化设计耦合·联控·改进：三套协同机制机制一管理驱动的系统耦合·目标协同：系统级安全目标分解为设备故障率、有害物浓度、违章率等要素指标·规则协同：操作规程、维护制度、环境管理规范消除要素间的规则空白·接口协同：人机界面标准、防护装备选用规则、设备环境适应性认证机制二风险联控与屏障叠加·信息共享：人员巡检报告+设备自诊断+环境监测，形成统一风险信息平台·屏障分层：消除—替代—工程控制—管理控制—个体防护装备·动态闭环：屏障失效即启动预案补偿，并触发改进流程机制三持续改进与安全文化浸润·绩效驱动：事故率、隐患整改率、设备完好率、环境达标率定期测量·安全文化：影响人（价值内化）、影响机（选型优先本质安全）、影响环（源头治理）·知识循环：操作经验、故障模式、监测趋势→实践→知识→改进→实践实拍：现场协同与作业交底4.3.5人-机-环-管的协同安全与优化设计目标协同·规则协同·接口协同目标协同安全管理制定明确的系统级安全目标（如“零重大事故”“风险受控”）和分解指标（设备故障率上限、环境有害物浓度限值、人员违章率阈值），使所有人、机、环三要素的活动指向同一安全基准规则协同建立覆盖人、机、环境三大物理要素的强制性规范体系：操作规程规定人如何操作特定设备（人-机）在特定环境（环）下的标准作业；设备维护制度消除机—环—管之间的规则空白与冲突接口协同重点优化人-机-环关键交互节点的安全设计与管理：人机界面设计标准确保信息传递（机→人）与操作控制（人→机）高效准确；个体防护装备选用规则确保人员防护适配；设备环境适应性认证管控机—环接口核心：顶层设计+强制约束+接口管控，使四要素活动在同一基准上协同4.3.5人-机-环-管的协同安全与优化设计多层屏障叠加，构建纵深防御风险共担与信息共享人员巡检报告人机界面异常与设备异响；设备自诊断反馈运行状态、故障信息与环境超限报警；环境监测系统提供异常数据；管理建立统一风险信息平台，形成全局风险态势感知安全屏障要素化与协同响应屏障分层：本质安全设计（机/环）→工程防护（机）→环境控制（环）→管理控制与人员行为（管/人）→个体防护装备（最后防线）典型示例：化工厂毒气泄漏——无毒替代→密闭通风→检测报警→自动切断与应急通风→操作员应急处置→佩戴呼吸防护动态调整与闭环管理某屏障失效（如设备联锁故障）时，管理启动预案，调动其他屏障补偿，并触发改进流程纵深防御屏障层次4.3.5人-机-环-管的协同安全与优化设计（3）持续改进与安全文化浸润机制绩效驱动的要素协同优化管理设定安全绩效指标（事故率、隐患整改率、培训完成率、设备完好率、环境达标率），定期测量各要素及系统整体绩效通过事故/事件调查、隐患排查、审核、管理评审，深入分析绩效短板背后的要素交互问题，如人员技能不足（人）导致设备误操作（机）在复杂环境（环）下引发事故跨要素协同改进：人员——调整培训、优化规程、改进激励；设备——升级改造、加强维护、引入更适应环境的设备；环境——工程改造、提升监测精度、优化作业安排安全文化对要素行为的深层塑造影响人：价值观内化，自觉遵守规程、主动报告隐患、互助监督；影响机：选型与改造优先考虑固有安全性；影响环：重视源头治理与持续改善知识积累与经验反馈循环捕获操作经验、故障模式、监测趋势等知识并系统化、制度化，形成“实践→知识→改进→实践”的正向循环班组安全培训课堂4.3.5人-机-环-管的协同安全与优化设计（2）协同安全优化设计：先分析，再分层优化①识别系统元素与交互明确系统中人的角色/能力/数量、机的类型/功能/状态、环的物理化学生物社会心理构成、管的管理体制与运行机制，以及物质流、能量流、信息流的交互关系②辨识系统失效路径分析人失误+设备防护失效+环境干扰+管理疏忽等多重因素耦合的连锁反应，理解系统整体失效（事故）的形成路径③评估系统安全裕度评估系统在负荷波动、环境参数变化、人员操作波动、管理体制不健全时维持安全状态的能力：冗余、容错机制与安全屏障是否足够系统安全优化四步目标设定→多因素综合决策（权衡安全与效率、成本）→层级化策略（本质安全设计＞工程防护＞管理控制＞个体防护装备）→协同优化（多要素同步改进并验证不相互抵消）4.4人机环境管理安全工程实现4.4人机环境管理安全工程实现系统实现的主要程序步骤：六步闭环①系统安全目标与范围界定目标可量化，边界要清晰②全要素风险辨识与评估人、机、环、管逐项排查，风险矩阵/FTA排序③协同安全方案设计与优化人-机、人-环、机-环、管理四路并进④安全设计方案评审与验证跨专业评审+现场试验与模拟运行⑤实施与试运行管理分阶段落地，实时记录人机环管数据⑥效果评估与持续改进对照目标考核，风险复评、动态优化主线：目标→风险→方案→验证→实施→改进实拍：工程项目现场4.4.1系统安全目标与范围界定先定目标，再划边界安全目标在协同安全设计初期，结合行业安全标准、法律法规要求及系统实际功能需求，制定具体可量化的安全目标，如事故发生率、设备故障率、环境达标率等关键指标范围界定界定系统涉及的人员群体、设备类型、作业环境区域及管理职责边界，明确各要素在系统中的作用与交互关系示例化工生产系统中，需明确操作人员、反应设备、车间环境及安全管理部门的具体范围，为后续设计提供清晰框架4.4.2全要素风险辨识与评估人、机、环、管逐项排查四要素逐项辨识人员：操作技能、安全意识、生理心理状态设备：设计缺陷、运行损耗、维护不足环境：温湿度、有害物质、噪声等危害因素管理：制度漏洞、责任缺失、培训不足评估与排序采用风险矩阵、故障树分析（FTA）等方法，评估各风险的发生概率和影响程度，确定高风险项并排序，形成风险清单现场作业与隐患巡查4.4.3协同安全方案设计与优化四路并进，形成技术与管理的双重保障人-机交互方面优化设备工效设计，如采用符合人体工学的操作台和操作界面，制定标准化操作流程人-环适配方面规划通风、降噪等环境改善工程，配备个体防护装备机-环协同方面选择耐环境性能强的设备型号，设计设备防护装置管理体系设计方面建立责任制、培训制度、应急规程等方案优化通过模拟仿真、专家论证等方式优化方案，确保各要素设计相互协调，形成“技术防护+管理防控”的双重保障体系4.4.4安全设计方案评审与验证跨专业评审，试验验证组织跨专业团队对设计方案进行评审：安全专家、设备工程师、操作人员、环境监测人员及管理人员，从各要素视角评估方案的科学性和可行性重点验证三项方案是否覆盖所有高风险项；各要素设计是否冲突；应急机制是否健全验证方式通过现场试验、模拟运行等方式验证，如在生产线试点运行设备防护装置，测试人员操作适配性和环境参数变化根据评审和验证结果，对方案进行修订完善，确保设计方案满足协同安全要求跨专业评审与讨论4.4.5实施与试运行管理分阶段落地，实时记录分要素实施人员：开展操作技能和安全知识培训，确保人员掌握协同操作规范设备：按设计标准进行安装调试，校准安全防护装置环境：推进工程改造并监测环境参数达标情况管理：发布制度文件，明确各岗位安全职责试运行管理将优化后的设计方案分阶段落地实施，明确各要素的实施主体、时间节点和资源需求进入试运行阶段后实时监测系统运行数据，记录人员操作情况、设备运行状态、环境指标及管理措施执行效果，及时发现问题并调整4.4.6效果评估与持续改进对照目标考核，形成闭环效果评估对照初期设定的安全目标，通过数据分析、现场检查、人员反馈等方式，考核事故率、设备可靠性、环境达标率等指标的达成情况专项评审分析设计方案的不足，如人-机交互仍存在操作隐患、环境管控措施效果不佳等持续改进建立持续改进机制，定期开展风险复评，动态优化安全方案，更新设备防护、环境控制、管理制度等内容实现四要素协同安全的闭环管理，确保系统安全绩效持续提升安全工程学第五章安全工程技术目录第5章安全工程技术煤矿安全技术5.1公共安全技术5.2化工安全技术5.3机械安全技术5.4电气安全技术5.55.1煤矿安全技术顶板事故瓦斯事故（内因）火灾煤尘事故突水（透水）事故煤矿五大灾害顶板事故发生原因及位置为什么先讲顶板事故？第一位，不仅事故频发，事故导致的死亡人数更是居高不下，占约25~43%，“零敲碎打”。顶板事故的直接原因是管理、支护施工的缺陷，间接原因是地质构造、矿山压力。顶板事故的发生位置主要在巷道掘进工作面、回采过程中的两巷端头和煤壁处。5.1.1顶板事故防治技术定义是指在地下采煤过程中，顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产终止等的事故。顶板事故防治常规技术及管理合理布置巷道，避免水平应力过大，避免受上覆煤柱作用导致应力集中；及时支护悬露顶板，加强敲帮问顶；防止放顶线附近局部冒顶，要加强地质及观察工作，在大块岩石范围内加强支护，必要时用木支架代替单体金属支架；加强支护管理，支护规范化，提高支柱初撑力；爆破卸压技术。5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术巷道掘进工作面新型高效支护设备的研发掘锚支（护）一体机，在掘的基础上，前方加强临时护顶，后方及时锚固尽量减少空顶距离和空顶时间5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术回采巷道新型高效支护设备的研发（控制两端头及超前顶板）门式液压支架支护面积小很难使顶板成为整体5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术回采巷道新型高效支护设备的研发（控制两端头及超前顶板）柔性接顶及自动行走超前液压支架在超前液压支架顶梁上离散布设支座承压腔及压力传感器，构成柔性支护单元，并在支架底座四周设置测距仪，根据位移信号自动调整支架液压驱动系统，实现了超前液压支架的柔性接顶及自动行走。5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术矿压监测技术及新设备（1）位移监测技术及新设备的研发5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术矿压监测技术及新设备（2）压力监测技术及新设备的研发地音监测锚杆锚索应力监测支架阻力监测微震信号监测5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术采场及回采巷道的顶板高效卸压技术水力切顶卸压成套装备在回采巷道内，超前工作面一定距离，向煤层顶板施工穿层钻孔，再注高压水压裂，人为释放顶板压力。目前主要是深入研究卸压增效技术，如水锤技术的设计。5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术采场及回采巷道顶板高效卸压技术（2）二氧化碳气化相变爆破卸压（有缺陷，可能导致工作面低氧，故少用）二氧化碳由液态到气态突然相变，瞬间膨胀，释放的压力可达数兆帕，可实现对岩石的爆破致裂。5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术（3）切顶成巷技术5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术（3）切顶成巷技术5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术（3）切顶成巷技术5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术（3）切顶成巷技术5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术（3）切顶成巷技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术5.1.1顶板事故防治技术顶板事故防治新技术针对采场及回采巷道的顶板高效卸压技术（3）切顶成巷技术5.1.1顶板事故防治技术瓦斯事故分类第一类：瓦斯超限事故，导致断电停产虽然危害较轻，但却是非常频发的事故，严重制约矿井高效生产。也是导致瓦斯爆炸的直接原因和主要原因。煤矿安全规程规定：1）矿井总回风巷或一翼回风巷风流中瓦斯浓度超过0.75%，矿总工程师必须立即查明原因，进行处理，并报告矿务局总工程师。2）采区回风巷、回采工作面回风巷、掘进工作面风流中瓦斯浓度超过1%时，必须停止工作，撤出人员。3）一般，煤矿将0.8%作为采掘工作面瓦斯浓度的预警值。务必牢记5.1.2瓦斯事故防治技术第二类：瓦斯爆炸事故瓦斯爆炸瓦斯浓度（5%，16%）氧浓度（12%，21%）火源温度（650℃，+∞）氧浓度是井下生产必备因素，因此，瓦斯浓度和火源是瓦斯爆炸防治的管控对象。这也是为什么将1%（0.8%）的瓦斯浓度作为规程规定上限的原因。瓦斯事故分类5.1.2瓦斯事故防治技术第三类：煤与瓦斯突出是一种复杂的动力灾害。至今人们对其征兆仍无定论，处于猜测中。如美国工程院士彭赐灯（华人）验证的非红屑论。是一种类型的瓦斯特殊涌出的现象，即在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象。瓦斯事故分类5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯事故防治一般技术：风排瓦斯+瓦斯抽采按时间先后按抽采位置5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术钻孔布置新技术——地面钻孔（立井）1）当不适宜在井下抽采时，如突出煤层，还未圈出工作面时采前预抽，消突徐建军,韩保山,吴信波,贾秉义.地面钻井辅助消突与瓦斯抽采一体化工程实践[J].煤炭技术,2014,33(08):289-292.对于井下石门或巷道在揭煤过程中存在安全风险的突出矿井，若采用井下钻孔瓦斯预抽，存在工程量大、施工难、成本高、抽采时间长等问题。同时在井下钻孔过程中,易发生孔内瓦斯突出和瓦斯超限事故。采用地面钻井辅助消突,可提高突出矿井的瓦斯灾害治理水平,同时又能通过地面煤层气的抽采获得良好的经济和社会效益。

5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术钻孔布置新技术——地面钻孔（立井）2）当井下没有抽采布置条件时，如对采空区的抽采。周韬,杨洋.特厚煤层综放工作面地面抽采钻孔一孔多用方案研究[J].煤炭技术,2021,40(03):19-22.针对特厚煤层综放工作面地面钻孔瓦斯抽采技术,提出地面垂直钻孔“一孔多用”方案。在钻孔超前工作面20～25m时进行采动卸压瓦斯抽采；在钻孔进入采空区0～180m内进行采空区瓦斯抽采；钻孔进入采空区超过180m后可停止采空区抽采，利用地面钻孔进行采空区自然发火防治。

5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术一般瓦斯钻孔的直径在100mm以内，超大直径钻孔的提出是为了代替顶抽巷/高抽巷。优点是负压低，减小了因抽采导致采空区大量漏风的问题，可降低采空区遗煤自燃的危险。钻孔布置新技术——超大直径钻孔顶抽巷650mm超大直径钻机5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术钻孔布置新技术——地面L型定向近水平多分支开展了地面L型定向近水平多分支瓦斯抽采井试验研究。地面瓦斯抽采井由1个主孔、2个支孔和1个泄水孔组成的L型井组，累计抽采187天，共抽采瓦斯41105m3，最大抽采瓦斯浓度74.1%，单日最大瓦斯抽采量8430m3。该研究成果为煤矿采煤工作面采动瓦斯抽采提供了一种新的技术方法，可替代现有的地面瓦斯抽采立井、井下高位瓦斯抽采孔和高位瓦斯抽采巷，以达到集成、高效的目标。倪建明,侯晨.地面L型定向近水平多分支瓦斯抽采井试验研究[J].安徽理工大学学报(自然科学版),.缺点：①主孔废的话，整体抽采都失效；②分支孔护孔难度大，易塌孔；③分支孔的排水排渣难度大，易堵孔。严重影响抽采。主要是由于当前技术的成孔率和钻孔维护成功率不太高，难度大，亟待突破。5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术增透技术——水力冲孔造穴闫贺贺.玉溪煤矿煤巷掘进工作面增透瓦斯抽采技术研究与应用[J].煤矿现代化,2021,30(05):43-45.水力冲孔增透技术工艺流程如下:1）将高压注水泵与高压胶管连接，高压胶管再连接螺旋高压密封钻杆，通过钻杆注入高压水；2）钻机进钻作业，通过水力冲孔进行煤体切割；3）反复在造穴范围内进行进钻与退钻作业，重复进行水力冲孔，以确保冲孔效果。5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术增透技术——水力压裂割缝王正帅.水力化增透技术在碎软煤层瓦斯抽采中的应用研究[J].煤炭工程,2021,53(02):85-89.水力割缝和水力压裂后单孔平均浓度与普通抽采孔相比分别提高了7.7和5.7倍，钻孔工程量大幅减少、总工期大幅缩短。当前研究焦点：①出水口喷头结构设计。结构不同，出水压力、冲击力等均不同，割缝效果也不同。②压裂液的设计，骨料起到支撑，化学药剂起到润湿促进瓦斯解吸的作用5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术增透技术——CO2相变致裂沈玉旭,张文阳,等.煤层液态CO_2相变致裂增透技术试验研究[J].矿业研究与开发,2022,42(01):133-138.基本原理类似卸压，比较适用于高瓦斯突出煤层。单孔液态CO2相变致裂爆破煤层的最大破坏范围为6m，爆破孔中间设置空孔可以扩大相变爆破致裂的破坏范围。5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术封孔位置及长度在3-20m左右。封孔技术是影响瓦斯抽采效果、制约瓦斯抽采能力的技术瓶颈。目前对于封孔技术的攻关主要是高效封孔材料的研发。封孔技术5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术封孔技术—非凝固膏体材料该技术利用膨胀水泥与非凝固膏体材料配合形成多段"固、液、固"结构,利用膨胀水泥材料形成三段固体封孔段,然后在不同抽采时间段在固体封孔段中注入非凝固膏体材料,实现了钻孔抽采全过程的有效密封及抽采不同时间段的二次、多次封孔。得到最佳注浆压力为1.2MPa,最佳黏度为0.001～0.03Pa·s。大直径钻孔非凝固膏体材料封孔技术原理：固体材料封堵非凝固膏体，非凝固膏体封堵气体1.5MPa压力下，注浆时间为10、30min时不同距离的浆液压力变化在研究最佳注浆压力时应考虑注浆时间和浆液黏度2个因素。唐卫东等.大直径瓦斯抽采钻孔非凝固膏体材料封孔技术及设备研究[J].工矿自动化,2021,47(01):28-35.5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术封孔技术—筛管+封孔材料张起,等。基于蠕变变形的顺煤层钻孔筛管封孔技术研究[J].中国安全科学学报,2019,29(03):133-138.核心思想：将Φ50mm瓦斯专用管套在Φ32mm筛管进行封孔，钻孔预置筛管封孔。这是一篇具有创新思维的论文。一般情况下，我们是尽可能的去封堵钻孔周围的裂隙。钻孔刚开始进行一次封堵，钻孔围岩塑性变形后，裂隙新生，再封孔，再出裂隙，再封孔……..一直在封堵裂隙的路上该论文一开始就在钻孔内下筛管支撑孔壁，控制钻孔的变形，减少了封孔次数。5.1.2瓦斯事故防治技术瓦斯抽采新技术防塌孔技术—下筛管技术瓦斯抽采防塌孔技术—高水、速凝、早强、多孔道材料待研发全程筛管难度大，工艺复杂，几乎不能实现。5.1.2瓦斯事故防治技术煤自燃防治常用技术均压：常规预防堵漏：常规预防采空区注氮、CO2：常规预防喷洒阻化剂、三相泡沫：常规预防灌浆（黄泥浆、粉煤灰浆）：应急灭火5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治常用技术均压在回风巷用局扇吹在进风巷挂风帘5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治常用技术两端头堵漏“O”型圈以里10~30m为大型漏风裂隙发育区，因此，工作面进、回风隅角三角漏风区域的充填封堵是有效防治漏风、降低遗煤自燃发火危险的有效办法。充填材料为高分子聚合物、引发剂和增效剂，按1:1:0.3混合；根据巷道尺寸，充填体尺寸设计为5m×4m×2m；工作面每隔6米施工1次充填工序。5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治常用技术采空区注氮、CO2在进风巷注氮，可以随着风流进入采空区5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治常用技术喷洒阻化剂、三项泡沫两巷都进行喷洒/在进风巷随注氮喷洒5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治常用技术灌浆（黄泥浆、粉煤灰浆）灌浆一般在特殊情况下用，如遇陷落柱导致工作面暂停推进，煤有自然发火期，过了就容易氧化自燃；或者是工作面搬家过程中，由于搬家耽误了时间，预防性灌浆；或者是已经发生阴燃或火情了，应急灌浆。5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治新技术目前有了丰硕的煤自燃防治技术研究成果，各个技术应用效果较好，但基本没有太大变革。对于煤自燃来说，新技术主要是针对特殊条件研发的。大区域抽采是目前瓦斯抽采的常用方法，特别是针对采空区析出瓦斯的抽采。采空区不止有瓦斯解吸涌出，更存在遗煤氧化自燃的问题。负压抽采采空区瓦斯，必然造成采空区漏风，漏风供氧是采空区遗煤自燃的直接原因。因此，采空区瓦斯抽采和遗煤自燃防治是一个不可分割的命题。瓦斯与火协同防治技术5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治新技术瓦斯与火协同防治技术核心技术一：瓦斯抽采条件下，采空区遗煤氧化自燃危险区域的变化规律。核心技术二：瓦斯抽采动态平衡控制技术。抽的多，容易自燃，抽的少，瓦斯涌出多，超限。应该控制在一个合理的区间。核心技术三：特定瓦斯抽采技术参数下，采空区防灭火技术参数的确定。阻化液的浓度配多少，喷洒的间距是多少，注氮量是多少，注氮步距是多少……….5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治新技术近距离煤层开采防灭火技术下部回采工作面风流漏至上层采空区，导致上层采空区遗煤氧化自燃；上部采空区遗煤解吸的瓦斯以及自燃产生的CO随风流漏入下部工作面，导致窒息中毒事故。5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治新技术近距离煤层开采防灭火技术——穿层钻孔监测技术5.1.3煤自燃防治技术煤自燃防治新技术近距离煤层开采综合防灭火技术本煤层采空区注氮惰化高位插管向上部采空区注浆5.1.3煤自燃防治技术粉尘防治常规技术煤层注水喷雾降尘干式捕尘（采用抽尘管捕尘）通风降尘、引射器降尘等5.1.4粉尘防治技术粉尘防治新技术尘雾凝并湿式除尘技术由于煤矿井下生产条件的特殊性，除煤层注水预湿润煤体技术外，尘露-凝并湿式降尘技术是当前国内采煤工作面普遍采取的一种有效措施。通过露滴.尘粒的重力沉降、惯性碰撞，截留、布朗扩散与静电效应，对扩散的粉尘可进行有效消除。程卫民,周刚,陈连军,王刚,聂文,等.我国煤矿粉尘防治理论与技术20年研究进展及展望[J].煤炭科学技术,2020,48(02):1-20.5.1.4粉尘防治技术粉尘防治新技术局部雾化封闭控除尘方法及关键技术将采煤机区域与液压支架区域视作2个既相互联系又相对独立的局部区域，一方面针对采煤机区域，通过采煤机湿式除尘器与采煤机喷雾构筑局部雾化空间封闭截割煤尘的逸散区域，并抑制截割湍流风扰动下的偏移风流向人行道偏移或减缓其偏移分速度，从而抑制人行道中的煤尘污染状况继续恶化;另一方面针对液压支架区域，通过文氏负压二次降尘装置在人行道中形成的负压流场能够有效卷吸滞留于呼吸带附近的移架煤尘，并将其喷射至支架区域的局部雾化封闭空间。程卫民,周刚,陈连军,王刚,聂文,等.我国煤矿粉尘防治理论与技术20年研究进展及展望[J].煤炭科学技术,2020,48(02):1-20.5.1.4粉尘防治技术粉尘防治新技术风雾双幕协同增效控除尘技术程卫民,周刚,陈连军,王刚,聂文,等.我国煤矿粉尘防治理论与技术20年研究进展及展望[J].煤炭科学技术,2020,48(02):1-20.该技术攻克了水雾幕受高速轴向压风流影响不易成型的难题，实现了掘进机截割粉尘先由水雾幕包裹捕集，然后逃逸粉尘再由三向旋流风幕与除尘风机等有效控除的突破。成套装备具有安装简便、移动快捷、适应性强等优点，满足了我国不同类型巷道快速掘进的需求。该技术由轻质三向旋流风幕装置、高效湿式除尘风机、增润剂定量添加装置等构成。5.1.4粉尘防治技术突水防治技术探疏放堵5.1.5矿井透水防治技术突水防治新技术探水新技术——三维地震勘探技术从地震地质条件来说，煤层在回采完毕后，冒落带、裂隙带的地震波速度低，衰减大，地震波在该带内传播以散射为主。在采空区中心附近，上覆岩层产生了大量破坏，整个层状介质的地震条件已不复存在，地震波在此产生大量散射，致使在这一区域不能形成反射波。因此，可利用这一现象探测老窑采空区分布，确定老空水的位置和分布区域。2435.1.5矿井透水防治技术突水防治新技术探水新技术—地面瞬变电磁探测技术水和岩石的电阻率不同，根据这一原理可利用瞬变电磁探测积水区。采用地面发射复合频率电磁场、井下钻孔接收瞬变电磁信号进行积水探测，成套地井三维复合频率电磁探测仪由现场主机、探头和复合频率电磁信号发射器构成。这种探测有效避免了地表存在的各种电磁干扰及低阻和高阻覆盖层的影响，探测信号质量更高、穿透深度更大。5.1.5矿井透水防治技术突水防治新技术探水新技术—井下直流电法超前探技术井下直流电法超前探以全空间电场分布理论为基础，研究掘进头前方地层电性变化规律，预测掘进头前方含、导水构造的分布和发育情况的。5.1.5矿井透水防治技术突水防治新技术探水新技术—随钻随探技术中国工程院武强院士团队提出和研发了随钻随探技术，探测方法是将探头直接放在钻杆中，在钻进的同时进行积水超前探测。利用的分析技术是电磁波层析成像技术，电磁层析成像(EMT)是一种基于电磁感应原理的新型过程层析成像技术，具有测量时“非接触和非介入”的特点，避免了电极和物体之间接触电阻的影响，测量精度不受电极必须与被测物体接触良好的限制。5.1.5矿井透水防治技术5.2公共安全技术党和国家领导人多次强调公共安全的重要性。外部势力的干预（乱我中华之心不死）、国内不安定因素的躁动、自然灾害的突发（如郑州特大暴雨致灾事件）、群体性流行病事件（新冠疫情）、食品安全等问题总是在影响着社会公共安全。清华大学范维澄院士、袁宏永教授、申世飞教授等牵头成立清华大学公共安全研究院，另外还有清华大学合肥公共安全研究院、深圳公共安全研究院等多个科研机构均已开展公共安全理论、技术等研究多年。公共安全研究迫在眉睫，非常必要，大有可为5.2.1公共安全概述我国公共安全的概念涉及到4个方面：一是自然灾害，包括地震、台风、滑坡、泥石流、森林火灾等；二是事故灾难，环境生态的灾难，安全生产在各个领域的事故；三是公共卫生事件，包括食品安全，群体不明原因的疾病，以及动物的疾病；四是社会安全事件，既包括刑事案件、恐怖袭击，也包括了大规模的群体事件和经济安全事件。5.2.1公共安全概述公共安全三角形理论(范维澄院士）突发事件、承灾载体以及应急管理这种三维体系构成公共安全科技的整体突发事件包括自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件。突发事件产生的作用有3种类型，包括能量、物质与信息。能量的作用例如火灾，火灾释放热能。物质作用例如病毒、细菌，可能造成伤害。另外就是信息，有时人群中出现一些传言、谣传，由此可能引发一部分社会人员的恐慌与群体事件，造成伤害。在突发事件的作用下产生破坏，其实是对承灾载体的损害。承灾载体是指各种人、物和经济社会运行系统。承灾载体在突发事件的作用下，可能产生本体的破坏，也可能产生功能的缺失。而在同样的突发事件作用下，产生破坏的大小也不尽相同。范维澄.公共安全的研究领域与方法5.2.2公共安全基础理论①风险评估与预防技术风险评估与预防技术是以预防或减少突发事件的发生，增强承灾载体的抵御能力和增强应急能力为目标，包括风险隐患识别技术、风险分析与评价技术、风险防范与控制技术等二级技术。②监测预测预警技术监测预测预警技术以实现突发事件的全方位监测、精确定位、准确态势预测和全覆盖实时预警为目标，包括公共安全监测监控技术、突发事件预测预报技术、突发事件预警与发布技术等二级技术；5.2.5公共安全四大核心技术③应急处置与救援技术④综合保障技术应急处置与救援技术以实现对突发事件的高效应急为目标，包括灾情评估与综合研判技术、应急决策支持技术、应急现场传感与通信技术、人员搜救与疏散避难技术、现场处置与控制技术等二级技术。综合保障技术以为公共安全预防与应急准备、监测预警、应急处置与救援和恢复重建全过程提供基础与技术保障为目标，包括应急过程与能力评估技术、公共安全数据支撑技术、公共安全标准化及认证认可技术、公共安全实验试验与仿真技术、突发事件情景构建与推演技术、公共安全培训演练与科普教育技术等二级技术。5.2.5公共安全四大核心技术4、城市公共安全相关研究案例

——清华大学合肥公共安全研究院1.地下管网安全实验平台地下管网安全实验平台由燃气、供水、排水、热力等子系统组成，能够模拟燃气燃爆、供水及热力爆管、地面塌陷等事故的致灾过程。是我国目前唯一的全尺寸综合埋地管线安全实验设施。5.2.7公共安全研究案例4、城市公共安全相关研究案例1.地下管网安全实验平台4、城市公共安全相关研究案例1.地下管网安全实验平台4、城市公共安全相关研究案例1.地下管网安全实验平台1.地下管网安全实验平台5.2.7公共安全研究案例2.桥梁安全监测实验平台桥梁安全监测实验平台建设有全国体量最大的桥梁结构实体模型。由钢箱梁、混凝土连续梁、大跨斜拉等六种不同类型桥梁组成的环形桥面可承受7吨以下的车辆在桥面连续通行以实现动静力加载。140余个结构类、环境类及荷载类传感器布设在桥梁及其周边，用以记录数据并开展实验研究。平台具有二十余种桥梁典型风险如桥墩沉降、单板受力、拉索断裂、主梁倾覆等的场景模拟复现能力，可用于安全预警模型研究、监测设备检验认证、监测系统综合测试等工作。5.2.7公共安全研究案例2.桥梁安全监测实验平台5.2.7公共安全研究案例4、城市公共安全相关研究案例2.桥梁安全监测实验平台2.桥梁安全监测实验平台5.2.7公共安全研究案例3.边坡安全实验室滑坡全过程模拟与声发射监测实验平台，可模拟滑坡变形破坏的全过程，研究滑坡体在降雨、冲刷、切脚、加载等多触发因素耦合作用下的滑动机理和灾变前兆。实验平台可验证声发射传感设备功能，也可为其他多类监测技术装备测试标定提供手段，实现多点位布置多设备同步测试和对比验证。实验平台可精确控制滑动位移，滑动速度在0-6mm/s范围连续可调，最大位移超过400mm，平台的倾斜角度可在0-20°之间自由调整。建立了机器学习智能算法，可以利用声发射数据自动量化滑坡深部变形行为。5.2.7公共安全研究案例3.边坡安全实验室5.2.7公共安全研究案例4、城市公共安全相关研究案例3.边坡安全实验室4、城市公共安全相关研究案例3.边坡安全实验室3.边坡安全实验室5.2.7公共安全研究案例5.3化工安全技术化学及化工基本灾害防治原理反应性化学物质构成的系统在反应时一般都伴有热量的释放，从而构成一个放热系统。一个放热系统的基本特征是有热量产生，其能量守恒就是热量的得失平衡。热失衡是化学反应及化工工艺过程引发灾害事故的条件，如燃烧或爆炸。热平衡原理着眼于预防事故的能量控制理论，明确化工生产事故的本质是能量的不正常转移，通过对事故的能量作用类型的研究，采用减少非预期因素的相关技术预防反应能量失控，进而预防灾害性事故的发生。5.3.1热平衡原理及技术诸多化学反应及化工工艺过程的灾害事故多是由于外界条件的变化激发了化学物质的自发反应所造成的。化学反应的自发进行，既与反应的焓变有关，又与反应的熵变有关。一般来说体系能量减小和混乱度增加都能促使反应自发进行。过程切断原理着眼于化学反应是否能够自发进行，综合考虑反应系统的焓变和熵变，评估灾害发生的可能性。过程切断技术通过对反应方向的研究，研究危险化学物质的结构和反应能力之间的关系，寻找阻止反应发生的技术，最终达到控制化学反应过程的目的。5.3.2过程切断原理及技术动态平衡是化学平衡一大重要特点，当条件发生变化，旧平衡会被打破直至新的平衡达成，即化学反应平衡移动。反应条件和反应组分物量的改变都会影响平衡移动，而平衡打破的过程常常导致反应突变，甚至失控进而引发事故。平衡移动技术是利用化学反应平衡移动的热力学和动力学原因，定性定量的分析条件改变时化学平衡的移动，并通过改变反应的宏观量对平衡移动进行有效控制。5.3.3平衡移动原理及技术基于反应减速原理，有目的的选定反应物分子的能态和碰撞角度来完成特定分子状态的反应，通过改变体系的状态等技术，使灾害反应惰性化，达到减少危害的目的。5.3.4反应减速原理及技术条件阻隔技术既是采取隔离的手段，有效的避免伴随或者连锁事故的发生，达到控制甚至是防止事故的目的。根据化学链反应事故理论，要使已经反应的系统终止，必须使系统中的活性基团等产物的销毁速率大于其增长速率，防止灾害反应基本条件的同时存在或避免它们的相互作用。5.3.5条件阻隔原理及技术5.4机械安全技术安全设计可最大限度地减小风险。虽然目前许多机械在安全设计方面已有更为比较成熟的理论与方法，但是随着科学技术的进步与发展，又有新的课题需要解决。此外，对于有些大型、复杂的关键机械设备，目前安全设计只有理论，还没有成熟的、理想的安全设计算法。1.机械安全设计技术机械安全设计是指在机械设计阶段，从零件材料到零部件的合理形状和相对位置，从限制操纵力、运动件的质量和速度到减少噪声和振动，采用本质安全技术与动力源，应用零部件间的强制机械作用原理，结合人机工程学原则等多项措施达到安全的目的。可以通过选用安全的设计结构，尽可能避免或减小危险；也可以通过提高设备的可靠性、操作机械化或自动化以及实行在危险区之外的调整、维修等措施，避免或减小危险。1.机械安全设计技术目前许多机械工程专家正在研究一些新的机械故障诊断技术与方法,如小辩证法波包变换诊断的理论与方法、人工神经网络模型方法、虚拟现实技术、非线性三维理论与技术等。机械故障诊断技术是一种了解和掌握机器在运行过程的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。油液监测、振动监测、噪声监测、性能趋势分析和无损探伤等是其主要的诊断技术方式。2.机械故障诊断系统及技术分布式监测诊断系统是针对大型机电设备主机和多辅机功能分布和地域分布的特点设计的，它通过工业局域网把分布的各个局部现场、独立完成特定功能的本地计算机互联起来，成为实现资源共享、协同工作、分散监测和集中操作、管理、诊断的工业计算机网络系统。专家诊断系统是一种完整的技术体系，用以获取机器技术状态信息并加以处理，进而判断和预测机器技术状态。诊断系统一般包括状态监测、故障检测(发现故障)、故障定位（故障隔离）和故障识别。机电设备监测诊断模式经历了从单机监测诊断系统到分布式监测诊断系统，再到基于网络远程监测诊断系统这样一个发展过程。3.机械故障专家诊断技术机械安全保障体系应该由感知体系，信息传输、提取与处理体系，分析体系，安全反应体系，自诊断体系和管理体系构成。现代机械的发展方向为大型、重载和高速化，智能化及微型化三化一体。由于涉及安全的因素很多，单一学科的理论与方法已经不能解决问题。在这种情况下，人们提出了建立机械安全保障体系的思路。4.机械安全保障技术5.5电气安全技术电气危险因素是由于电能非正常状态形成的。电气危险因素分为触电危险、电气火灾爆炸危险、静电危险、雷电危险、射频电磁辐射危害和电气系统故障等。按照电能的形态，电气事故可分为触电事故、雷击事故、静电事故、电磁辐射事故和电气装置事故。触电的后果取决于电流通过人体的持续时间。因此，使触电者尽快摆脱电流，并立即给予医疗救护是十分重要的。这一点同样适用于触电即死的事故，因为诊断死亡期可延续数分钟。在任何触电情况下，必须立即对触电者进行不间断的抢救，同时立即请医生。（1）摆脱电流作用为了使触电者摆脱电流，首先应迅速地切断他所接触的那部分电气设备的电源。如果触电者位于高处，必须采取预防坠落或保证其安全的措施。在任何情况下，救护人员都应当使触电者尽快摆脱电流的作用，并且当心自己，不要触及带电部分和触电者的身体，也不要处于跨步电压的作用下。5.5.1触电急救及安全防护1.触电急救触电时的急救包括两个阶段：（2）医生到达前对其进行医疗救护每一个电气工人，都要学会对触电进行急救的技能。但必须注意，在医生到达之前，急救工作不能间断，有时甚至要坚持数小时，记载的许多复苏触电者，一般是在3~4小时后复苏的，个别的在10~12小时以后才复苏。在这段时间内，救护者对触电者不断地施行人工呼吸和心脏按摩。5.5.1触电急救及安全防护触电时的急救包括两个阶段：5.5.1触电急救及安全防护2.安全防护（1）安全电压安全电压是制订电气安全规程和一系列电气安全技术措施的基础数据，它取决于人体电阻和人体允许通过的电流。我国的安全电压为36V和12V。如无特殊安全结构和安全措施，危险环境和特别危险环境的局部照明、手提照明灯等，其安全电压应为36V；工作地点狭窄，周围有大面积接地导体环境（如金属容器内）的手提照明灯，其安全电压应采用12V。（2）绝缘通常采用的绝缘材料有陶瓷、橡胶、塑料、云母、玻璃、木材、布、纸、矿物油，以及某些高分子合成材料