危險源辨識與評價課程設(shè)計-煤礦巷道和采掘面危險源辨識與評價

1、<p><b>　　安徽建筑大學(xué)</b></p><p>　　《危險源辨識與評價》課程設(shè)計</p><p>　　2013~2014學(xué)年第2學(xué)期</p><p>　　課程名稱： 危險源辨識與評價 </p><p>　　題 目： 煤礦巷道和采掘面危險源辨識與評價</p>

2、;<p>　　專 業(yè)： 安全工程專業(yè) </p><p>　　班 級： 11安全(1)班 </p><p>　　學(xué) 號： 11201040121 </p><p>　　姓 名： 李 靜

3、 </p><p>　　設(shè)計時間： 2014年6月18日~6月23日 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 許紅利 </p><p>　　土木工程學(xué)院安全工程系</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

4、t;　　1.摘要……………………………………………………3</p><p>　　2.煤礦中的危險源………………………………………3</p><p>　　3.煤礦水害事故模型簡介………………………………3</p><p>　　4.事故樹分析概述………………………………………4</p><p>　　5.用事故樹法確定煤礦防治水評價指標體系…………

5、5</p><p>　　6. 工程實例 ……………………………………………5</p><p>　　6.1 某煤礦六采區(qū)地質(zhì)水文條件概述……………5</p><p>　　6.2六采區(qū)突水事故樹分析………………………7</p><p>　　7.預(yù)先危險分析法概述…………………………………9</p><p>　　7.1預(yù)先危

6、險分析法步驟…………………………10</p><p>　　7.2煤礦水災(zāi)預(yù)先危害分析………………………11</p><p>　　8.煤礦水災(zāi)安全評價……………………………………11</p><p>　　9.總結(jié)……………………………………………………12</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

7、<p><b>　　1.摘要</b></p><p>　　隨著我國煤礦企業(yè)向大型化和設(shè)備現(xiàn)代化的飛速發(fā)展,從政府部門對煤礦企業(yè)災(zāi)害的宏觀控制與煤礦企業(yè)自身對事故預(yù)防兩方面考慮,開發(fā)重大危險源控制系統(tǒng)已成為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。重大危險源辨識和評價技術(shù)是預(yù)防重大事故發(fā)生的重要手段,也是重大危險源控制和管理的前提。本文根據(jù)安全系統(tǒng)工程中事故樹原理，利用事故樹分析手段，對煤礦水災(zāi)

8、事故資料進行了邏輯分析，從中找出煤礦水災(zāi)事故的最小削集、最小徑集，并對其結(jié)構(gòu)重要度進行了分析，以便掌握煤礦水災(zāi)事故的原因、規(guī)律，為防范煤礦水災(zāi)事故提供了科學(xué)依據(jù)，同時提出了有效的安全防范措施。</p><p><b>　　煤礦中的危險源</b></p><p>　　在煤礦重大事故中，導(dǎo)致人員和財產(chǎn)重大損失的根源，既有井下采掘系統(tǒng)內(nèi)危險物質(zhì)與能量，例如: ：瓦斯、自燃的

9、煤、爆炸性的煤塵，也有采掘系統(tǒng)外的失控的能量和物質(zhì)等，例如: ：大面積冒頂事故中具有很大勢能的巖石、透水事故中有很大壓力的地下水或地表水、瓦斯突出事故中在地應(yīng)力與瓦斯壓力作用下突出的煤、瓦斯及巖石等。</p><p>　　從三類危險源的角度分析掘進工作面可能發(fā)生的事故，有頂板事故，瓦斯爆炸事故，煤與瓦斯突出，透水事故和職業(yè)病。</p><p>　　3.煤礦水害事故模型簡介</p>

10、;<p>　　依據(jù)事故致因理論，煤礦危險源可分為四類：第一類是由于突水水源積聚引起的固有突水危險源；第二類是各類突水通道的形成；第三類是生產(chǎn)過程中技術(shù)、管理和操作漏洞、失誤等“不安全行為"”；第四類是人為危險因素，即應(yīng)急措施的失誤與不利。前兩類危險源構(gòu)成礦井水能量意外釋放的物質(zhì)條件，使礦井處于“不安全狀態(tài)’’”。第三類危險源則是導(dǎo)致非正常涌水量增加的人為誘發(fā)因素，再加之第四類危險源，最終惡化成突水事故。上述煤礦水

11、害的發(fā)生過程可用煤礦突水事故概念模型來表示，如圖1所示。</p><p>　　圖1煤礦水事故概念模型</p><p><b>　　4.事故樹分析概述</b></p><p>　　事故樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)是以一種不希望發(fā)生的事件為最后狀態(tài)(頂上事件)，然后使用系統(tǒng)分析的方法尋找造成這一狀態(tài)的一系列原因(基本事

12、件)，將這些原因由上至下依照邏輯關(guān)系繪制成樹狀圖。事故樹可以對事故做定性分析也可以做定量分析。定量分析必須知道基本事件的概率，但在實際中得到基本事件的概率非常困難，所以煤礦事故樹分析以定性分析為主。定性分析包括最小割集、最小徑集、結(jié)構(gòu)重要度3個方面。</p><p>　　針對煤礦水災(zāi)事故，馮治斌較早應(yīng)用事故樹分析礦井突水事故并通過查閱礦井水災(zāi)資料提出13個突水事故基本事件；陳文學(xué)等通過計算機編程，開發(fā)了事故樹分析

13、系統(tǒng)，對老空區(qū)積水透水事故進行事故樹分析，并根據(jù)分析結(jié)果，提出了該類透水事故的預(yù)防方案；王長申等基于事故致因理論建立煤礦突水事故模型，并提出基于事故樹方法的煤礦突水危險性專項評價方法。諸多學(xué)者研究表明，事故樹分析法可用于指導(dǎo)煤礦突水事故預(yù)防，但缺乏對煤礦防治水系統(tǒng)的專項安全評價研究。</p><p>　　5.用事故樹法確定煤礦防治水評價指標體系和專項安全檢查表</p><p>　　為克服傳

14、統(tǒng)安全檢查表專家打分將不同事件同等對待的缺點，選用基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為基本數(shù)據(jù)，對每一評價指標體系內(nèi)的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度加和，結(jié)果可以作為該安全評價指標的權(quán)重值。依此構(gòu)建含有權(quán)重值的專項安全檢查表。</p><p>　　針對不同礦區(qū)實際情況構(gòu)建不同的事故樹，則權(quán)重計算結(jié)果與專項安全檢查表內(nèi)容也不同。因此，該方法可對不同礦區(qū)不同水害類型的防治水系統(tǒng)做專項安全檢查評價。</p><p>&

15、lt;b>　　6. 工程實例</b></p><p>　　6.1 某煤礦六采區(qū)地質(zhì)水文條件概述</p><p>　　某煤礦位于山東省濟寧市轄區(qū)，六采區(qū)位于井田的西南部。本區(qū)地層由老到新有：奧陶系(O)、石炭系(C)、二疊系(P)、侏羅系(J)、第四系(Q)。采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶曲為主，斷層較發(fā)育。巖溶陷落柱</p><p><b>　　等不

16、發(fā)育。</b></p><p>　　六采區(qū)開采對象為煤田淺部的二疊系山西組3煤，開采方法為綜采，放頂煤時，煤層上覆含水層成為安全開采的主要威脅。根據(jù)礦井勘查報告、礦井水文地質(zhì)資料認為該采區(qū)開采3煤時，主要充水含水層為第四系下組砂層、侏羅系上統(tǒng)砂巖(以下簡稱紅層)、煤頂板(部)砂巖。其中第四系不整合于侏羅系上統(tǒng)和二疊系之上,厚度在 110~227 m，平均 170 m。按巖性、顏色、含水性劃分為上、中、

17、下3組。上、下組為含水層組，中組為隔水層組。中組平均厚度為58.14 m，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，隔水性能良好。下組平均厚度 52 m，巖性主要為中砂、砂礫層，中間夾有薄層粘土層。第四系下組又進一步分為上、下2段，下段簡稱為底含。底含單位涌水量0.52~1.143 L/(s*.m)，滲透系數(shù) 3.89~7.10 m/d，為孔隙承壓水，富水性中等。采區(qū)內(nèi) 3 煤頂板至第四系底界距離80~171.19 m，平均136.16 m。紅層厚0~84.01

18、m，平均厚51.68 m。單位涌水量為0.001 93 L/(s*m)，滲透系數(shù) 0.037 m/d。從抽水資料看，含水較弱，補排條件不良。但采動作用下，易迅速產(chǎn)生豎向的采動裂隙，巖層的導(dǎo)水性</p><p>　　6.2六采區(qū)突水事故樹分析</p><p>　　應(yīng)用煤礦突水事故樹基本模型，再綜合該礦采礦、地質(zhì)、水文等實際情況。建立該礦六采區(qū)突水事故樹，見圖2。在圖2中，以該礦六采區(qū)突水為頂

19、上事件(T)。突水事故是由非正常涌水量(M1)，超過排水能力(M2)，預(yù)防及應(yīng)急反應(yīng)失效(M3)同時發(fā)生的結(jié)果，屬于邏輯“與門”的關(guān)系，此作為事故樹的第一層。在第二層中，非正常涌水量(M1)是由松散層突水(M4)、紅層突水(M5)、煤頂板砂巖突(M6)、老空水突水(M7)、地表水或洪水潰入(M8)引起的，為邏輯“或門”關(guān)系；超過排水能力(M2)是由于突水量同時超過該煤礦的設(shè)備排水能力(M9)與水倉能力(M10)的結(jié)果，為邏輯“與門”關(guān)系

20、；預(yù)防與應(yīng)急失效(M3)包括技術(shù)問題(M11)與管理不善(M12)，為邏輯“或門”關(guān)系；在第三層，松散層富水(X1)和防水煤柱問題(M13)是引起松散層水突水的原因，為“與門”。防水煤柱問題包括留設(shè)不合理(X2)和采動破壞(X3)，兩者是“或門”關(guān)系。紅層突水(M5)是紅層富水(X4)與裂隙導(dǎo)水(M14)共同作用的結(jié)果，兩者為“與門”關(guān)系。裂隙導(dǎo)水(M14)包括采動破壞(X3)裂隙和斷裂導(dǎo)水(X5)，兩者為“或門”關(guān)系。煤頂?shù)?lt;/

21、p><p>　　圖2某煤礦六采區(qū)突水事故樹</p><p>　　利用布爾代數(shù)的方法求解六采區(qū)突水事故樹模型的最小割集，方程為：</p><p>　　T=M1M2M3=[M4+M5+M6+M7+M8][M9M10][M11+M12] (1)</p><p>　　式中 T，M 分別為頂上事件和中間事件。</p><p>　　

22、式(1)經(jīng)過化簡計算得到結(jié)果如下：{X5 X16 X21X4 X17}；{X7 X16 X21 X6 X17}；{X10 X16 X21 X8X17}…{X3 X15 X21 X18}；{X3 X16 X21 X18}；{X3X13 X21 X18}總共 116 個最小割集。每個最小割集代表煤礦的一種突水模式或基本事件組合。</p><p>　　編程計算各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度如下：</p><

23、p>　　I(1)=0.004 5； I(2)=0.013 6； I(3)=0.087 5；</p><p>　　I(4)=0.018 2； I(5)=0.013 6； I(6)=0.018 2；</p><p>　　I(7)=0.013 6； I(8)=0. 05 9 1； I(9)=0.059 1；</p><p>　　I(10)=0.013 6；I(

24、11)=0.017 0； I(12)=0.0170；</p><p>　　I(13)=0.079 5；I(14)=0.020 5； I(15)=0.0205；</p><p>　　I(16)=0.101 1；I(17)=0.040 9； I(18)=0.1807；</p><p>　　I(19)=0.010 2；I(20)=0.018 2；I(21)=0.096 6

25、；</p><p>　　I(22)=0.020 5；I(23)=0.010 2；I(24)=0.065 9。</p><p>　　基本事件的結(jié)構(gòu)重要度大小順序為：I(18)></p><p>　　I(16)>I(21)>I(3)>I(13)>I(24)>I(8)>I(9)>I(17)>I(22)=I(14)=I(

26、15)>I(4)=I(6)=I(20)>I(11)=I(12)>I(7)=I(5)=I (10)=I(2)>I(19)=I(23)>I (24) (1)</p><p>　　由以上基本事件結(jié)構(gòu)重要度可知：在非正常涌水量(M1)中，事件松散層突水(M4)是六采區(qū)主要面臨的問題。防水煤柱的留設(shè)問題是主要的誘發(fā)因素。</p><p>　　在超過排水能力(M2)中

27、，設(shè)備能力、水倉能力是主要問題。預(yù)防和應(yīng)急反應(yīng)失效方面(M3)中，避災(zāi)路線設(shè)計缺陷(X21)、水文地質(zhì)工作不合規(guī)程(X22)、工人缺乏防水意識(X24)結(jié)構(gòu)重要度大。</p><p>　　7.預(yù)先危險分析法概述</p><p>　　預(yù)先危險分析(Preliminary Hazard Analysis,縮寫 PHA)又稱初步危險分析。預(yù)先危險分析是系統(tǒng)設(shè)計期間危險分析的最初工作。也可運用它作

28、運行系統(tǒng)的最初安全狀態(tài)檢查,是系統(tǒng)進行的第一次危險分析。通過這種分析找出系統(tǒng)中的主要危險,對這些危險要作估算，或許要求安全工程師控制它們,從而達到可接受的系統(tǒng)安全狀態(tài)。最初 PHA 的目的不是為了控制危險,而是為了認識與系統(tǒng)有關(guān)的所有狀態(tài)。PHA 的另一用處是確定在系統(tǒng)安全分析的最后階段采用怎樣的故障樹。當(dāng)開始進行安全評價時,為了便于應(yīng)用商業(yè)貿(mào)易研究中的這種研究成果(在系統(tǒng)研制的初期或在運行系統(tǒng)情況中都非常重要)及安全狀態(tài)的早期確定,在

29、系統(tǒng)概念形成的初期,或在安全的運行系統(tǒng)情況下,就應(yīng)當(dāng)開始危險分析工作。所得到的結(jié)果可用來建立系統(tǒng)安全要求,供編制性能和設(shè)計說明書等。另外,預(yù)先危險分析還是建立其他危險分析的基礎(chǔ),是基本的危險分析。英國 ICI 公司就是在工藝裝置的概念設(shè)計階段,或工廠選址階段,或項目發(fā)展過程的初期,用這種方法來分析可能存在的危險性。</p><p>　　在 PHA 中,分析組應(yīng)該考慮工藝特點,列出系統(tǒng)基本單元的可能性和危險狀態(tài)。這

30、些是概念設(shè)計階段所確定的,包括:原料、中間物、催化劑、三廢、最終產(chǎn)品的危險特性及其反應(yīng)活性;裝置設(shè)備;設(shè)備布置;操作環(huán)境;操作及其操作規(guī)程;各單元之間的聯(lián)系;防火及安全設(shè)備。當(dāng)識別出所有的危險情況后,列出可能的原因、后果以及可能的改正或防范措施。</p><p>　　7.1預(yù)先危險分析法步驟</p><p>　　(1)通過經(jīng)驗判斷、技術(shù)診斷或其他方法調(diào)查確定危險源(即危險因素存在于哪個子系

31、統(tǒng)中),對所需分析系統(tǒng)的生產(chǎn)目的、物料、裝置及設(shè)備、工藝過程、操作條件以及周圍環(huán)境等,進行充分詳細的了解；</p><p>　　(2) 根據(jù)過去的經(jīng)驗教訓(xùn)及同類行業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生的事故或災(zāi)害情況,對系統(tǒng)的影響、損壞程度,類比判斷所要分析的系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的情況,查找能夠造成系統(tǒng)故障、物質(zhì)損失和人員傷害的危險性,分析事故或災(zāi)害的可能類型；</p><p>　　(3) 對確定的危險源分類,制成預(yù)先危

32、險性分析表;</p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)化條件,即研究危險因素轉(zhuǎn)變?yōu)槲ｋU狀態(tài)的觸發(fā)條件和危險狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿?或災(zāi)害)的必要條件,并進一步尋求對策措施,檢驗對策措施的有效性；</p><p>　　(5) 進行危險性分級,排列出重點和輕、重、緩、急次序,以便處理；</p><p>　　(6) 制定事故或災(zāi)害的預(yù)防性對策措施。</p><p>

33、　　7.2煤礦水災(zāi)預(yù)先危害分析</p><p>　　8.煤礦水災(zāi)安全評價</p><p>　　煤礦水災(zāi)基本事件可以歸納為兩個因素，即客觀因素和人為因素。要控制煤礦水災(zāi)事故的發(fā)生，就要控制基本事件的發(fā)生，即控制客觀因素和人為因素。</p><p>　　控制客觀因素來減少煤礦水災(zāi)事故的發(fā)生可以采取以下措施：</p><p><b>　　

34、做好水文觀測工作</b></p><p>　　收集地面氣象、降水量與河流水文資料；查明地表水體的分布、水量和補給、排泄條件；通過探水鉆孔和水文地質(zhì)觀測孔、觀測各種水源的水壓、水位和水量的變化規(guī)律。分析水質(zhì)等。</p><p>　　(2)做好礦井水文地質(zhì)工作</p><p>　　掌握沖擊層的厚度和組成。各分層的透水、含水性；掌握斷層和裂隙的位置，破碎帶范圍

35、及其含水和導(dǎo)水性能；掌握含水層與隔水層數(shù)量、位置、厚度、巖性，各含水層的涌水量、水壓、滲透性等。調(diào)查老窯和現(xiàn)采小窯的開采范圍、采空區(qū)的積水及分布狀況。</p><p>　　(3)控制人為因素來減少煤礦水災(zāi)事故的發(fā)生可以采取以下措施：</p><p>　　設(shè)計方面合理，包括井口設(shè)計標高、地面防洪設(shè)施、各種防水</p><p>　　煤柱留設(shè)尺寸和設(shè)計依據(jù)、探放水鉆孔設(shè)計

36、、預(yù)計涌水量大小、水倉設(shè)計容積、水泵排水能力、井田邊界；制定切實可行的安全措施；落實安全措施；選擇合理的設(shè)備。設(shè)施；</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　用煤礦水災(zāi)事故樹分析可以將引起事故的各個基本事件清楚的分析出來，使安全工作能夠更好的，有效的，有側(cè)重性的進行。通過事故樹分析可以更加看出防水知識缺乏、違章指揮、違章作業(yè)、回采前未做探水工作、

37、雖做探水工作但不準確、斷層發(fā)育、裂隙發(fā)育、防水煤柱等對礦井水災(zāi)事故影響很大，應(yīng)該給予極大的重視，繼而采取有效的措施來控制煤礦水災(zāi)的發(fā)生。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李潤求,施式亮,念其鋒，羅文柯 ?；诨疑到y(tǒng)理論的煤礦安全 生產(chǎn)形勢預(yù)測 ；</p><p>　　[2]高進東 、吳宗之 ,王廣亮