陸余輝

煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害態(tài)勢評估與預(yù)警研究

陸余輝

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色 533000）

瓦斯爆炸災(zāi)害一直威脅著我國煤炭企業(yè)的健康發(fā)展，導(dǎo)致出現(xiàn)巨大的財產(chǎn)損失與人員傷亡，本文針對煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害防控與預(yù)警進(jìn)行研究，通過理論研究，為煤礦安全水平的提高、煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供參考。

煤礦瓦斯爆炸；災(zāi)害；預(yù)警

1 煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害評估和預(yù)控基本情況

我國煤炭資源十分豐富，且分布面較廣，但絕大多數(shù)煤礦均處于地下，開釆條件相對復(fù)雜，對開采技術(shù)也提出了更高的要求。隨著煤礦開采深度的加大，煤礦呈現(xiàn)出“高瓦斯、高應(yīng)力、低強(qiáng)度和低滲透性”的特征，很多發(fā)生礦難的礦井均是由于瓦斯、火災(zāi)、煤塵造成的。近年來，政府和各級部門加大了對煤炭企業(yè)的查糾力度，也要求煤炭企業(yè)不斷加強(qiáng)自身的安全設(shè)備的購置和安全舉措的采取，煤礦的事故率已得到大大下降，從兩個指標(biāo)就可以看出：①死亡人數(shù)；②事故數(shù)量。如圖1所示，統(tǒng)計1978～2012年期間的全國煤礦生產(chǎn)死亡人數(shù)與百萬噸死亡率，呈現(xiàn)出快速下降趨勢，截止2012年已經(jīng)下降到1.0以下，且處于持續(xù)下降之中。但我們也要清醒的認(rèn)識到，與西方老牌的發(fā)達(dá)國家相比，與世界主要產(chǎn)煤國相比，我們的差距還是比較大的，發(fā)展的潛力還是巨大的。

圖1 全國煤礦生產(chǎn)死亡人數(shù)與百萬噸死亡率

縱觀這些事故災(zāi)難，瓦斯災(zāi)害占據(jù)了比例的大頭，也是被社會公認(rèn)的安全生產(chǎn)的主要威脅，俗稱“第一殺手”，據(jù)國家權(quán)威部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖2所示，顯示的是我國煤礦生產(chǎn)一次死亡3人以上死亡人數(shù)和事故起數(shù)，以及瓦斯爆炸事故一次死亡3人以上的死亡人數(shù)和事故起數(shù)，從曲線可以看出，兩條曲線基本趨勢一致，且變化程度也相同，這說明瓦斯爆炸事故是影響安全生產(chǎn)的內(nèi)因和主要方面。分析來看，瓦斯爆炸主要有以下幾個方面特點(diǎn)比較鮮明：①爆炸力和破壞力都比較大；②事故易發(fā)，隱患苗頭多；③風(fēng)險較高。主要原因是煤礦開采系統(tǒng)比較復(fù)雜，導(dǎo)致一些高瓦斯煤礦的產(chǎn)生，這些風(fēng)險的存在將是煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅，影響和制約了煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。所以，探索瓦斯爆炸的態(tài)勢評估和預(yù)警方法機(jī)制是當(dāng)前急需研究解決的問題，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，產(chǎn)生了一些交叉學(xué)科，研究瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)控也要引入其他學(xué)科知識，促進(jìn)其研究水平和應(yīng)用水平的提高。

圖2 全國煤礦一次死亡人以上事故起數(shù)和死亡人數(shù)

2 煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)控存在的問題

煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害形成的條件主要是“人和環(huán)境”，是一個時間和空間組成的復(fù)雜系統(tǒng)，環(huán)境主要包括三個方面：①瓦斯；②氧氣；③火源。其形成是煤礦生產(chǎn)活動中各種微觀因素相互作用的結(jié)果，當(dāng)前國際上的前沿理論在研究瓦斯爆炸機(jī)理上，主要存在以下幾個問題：①對瓦斯形成的復(fù)雜性認(rèn)識不足，只對其中的某些主要環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，這是片面的，其未能從總體上全面的分析相關(guān)危險因素相互作用和影響，對形成機(jī)理認(rèn)識分析不深入。②缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息支撐，在對瓦斯災(zāi)害發(fā)生缺乏一整套的辨識、評估和預(yù)警的體系，所以此時數(shù)據(jù)和信息的準(zhǔn)確性、規(guī)律性、可靠性就顯得尤為重要，只有這些先決條件具備了，才能讓這套系統(tǒng)正常運(yùn)行起來。當(dāng)前，我國很多礦井都安排了各種監(jiān)控系統(tǒng)，這些監(jiān)控系統(tǒng)有效有力的保障了煤礦的安全性，但由于這些系統(tǒng)目前還處于彼此的獨(dú)立狀態(tài)，數(shù)據(jù)信息根本不能實(shí)現(xiàn)共享。③信息盲區(qū)和信息孤島還不同程度存在。主要由于礦井下的構(gòu)造和空間的動態(tài)變化特點(diǎn)，一些監(jiān)控裝置設(shè)備根本無法有效安裝，一些區(qū)域成為了災(zāi)害預(yù)測預(yù)防的盲區(qū)，信息盲區(qū)效應(yīng)十分明顯。此外，一些瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)有的只對數(shù)據(jù)做簡單的數(shù)據(jù)處理，在預(yù)警和決策方面的智能化水平較低，有的處于“信息孤島”狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏危險源整體評價預(yù)警。④瓦斯爆炸災(zāi)害評估和預(yù)警的方法體系和理論支撐不夠完善，據(jù)筆者調(diào)研，目前我國對于瓦斯爆炸的預(yù)警監(jiān)控還僅僅停留在濃度是否超限的層次上，但隨著煤礦開采深度的加大，一些煤礦的瓦斯?jié)舛葎t會不規(guī)律的快速增加，其風(fēng)險和安全隱患也隨之增大，再加上其本身形成的原因也是多種多樣的，有的甚至就是一點(diǎn)點(diǎn)微觀的量變就會引起整個質(zhì)變，其動態(tài)性、模糊性和非線性的特征十分明顯，各種因素相互交織影響，所以，雖然超限預(yù)警的作用對于當(dāng)前瓦斯爆炸災(zāi)害的發(fā)生有積極的意義，但總體來說其準(zhǔn)確性，有效性還可以針對實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步提高。

3 建設(shè)完善的瓦斯爆炸災(zāi)害評估與預(yù)警體系

一個科學(xué)的瓦斯爆炸災(zāi)害評估與預(yù)警體系從字面上來理解主要包括評估和預(yù)警兩個方面；從內(nèi)部成因來分析，主要包括人、安全設(shè)備、環(huán)境和制度機(jī)制建設(shè)等方方面面，這些環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)、相互聯(lián)系；從預(yù)測預(yù)防角度考慮，就是要利用系統(tǒng)的、科學(xué)的數(shù)據(jù)信息，為預(yù)警提供災(zāi)害決策服務(wù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作用流程，提高安全生產(chǎn)能力。

（1）積極圍繞瓦斯災(zāi)害態(tài)勢評估與預(yù)警的主要目標(biāo)。當(dāng)前預(yù)防瓦斯爆炸已經(jīng)成為了各級煤礦安全問題的頭等大事，隨著科技的進(jìn)一步提升，其技術(shù)手段和預(yù)防控制的理論都得到了長足的進(jìn)步，一些措施的采取也初見成效，但要看到瓦斯災(zāi)害態(tài)勢評估與預(yù)警的目標(biāo)要求必須從事后的處理到事前的科學(xué)評估和預(yù)警上來，對照這個要求，瓦斯爆炸的管理手段還是稍顯滯后，有的還處于經(jīng)驗(yàn)式的處理階段，有的安全信息系統(tǒng)集成性不好，形成不了安全知識數(shù)據(jù)庫；有的不能連續(xù)起來思考問題，在斷續(xù)的信息數(shù)據(jù)中找不出規(guī)律，不能拿來有效的指導(dǎo)瓦斯爆炸災(zāi)害的預(yù)控。所以，必須建立動態(tài)的煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警管理體系，較好的改善煤礦企業(yè)安全管理現(xiàn)狀，有效減少瓦斯爆炸災(zāi)害發(fā)生。一方面構(gòu)建態(tài)勢評估與預(yù)警體系，不間斷檢測系統(tǒng)的運(yùn)行情況，這是瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)防的基礎(chǔ)工作，深入探索發(fā)現(xiàn)“人、機(jī)、環(huán)境和管理”四個方面的關(guān)系，分析四個方面內(nèi)部的因果關(guān)系，有效預(yù)防安全隱患缺陷，確保有效應(yīng)對生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的安全問題。另一方面要建立科學(xué)的瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系。沒有具體的指標(biāo)，煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警就是一句空話，就還會落入經(jīng)驗(yàn)主義和形式主義的陳舊做法，必須將這種隨機(jī)的過程變成可參照可尋找規(guī)律的過程，在這個背景下，建立煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害狀況的具體預(yù)警指標(biāo)體系就顯得尤為重要，在形成動態(tài)傳輸和采集信號數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、比較、處理，做出不同的行為控制決策，將各種風(fēng)險降到最低。

（2）切實(shí)掌握態(tài)勢評估與預(yù)警的特點(diǎn)內(nèi)涵。煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害與一般企業(yè)的災(zāi)害相比，有著自己鮮明的特點(diǎn)。一個是危險源比較復(fù)雜，瓦斯爆炸呈現(xiàn)的是非線性動力學(xué)特性，危險的來源多雜，從整體上來看，瓦斯爆炸雖然是安全系統(tǒng)的一個方面，但與其他系統(tǒng)聯(lián)系比較緊密。危險源不僅僅來自瓦斯爆炸本身，其他系統(tǒng)的元素有時也會對其造成直接和間接的影響。另一個是必須以預(yù)防為核心，建立科學(xué)的評估和預(yù)測舉措，有效落實(shí)風(fēng)險評估。

再一個是其具有突發(fā)性和累積性。瓦斯爆炸災(zāi)害一般瞬時發(fā)生，突發(fā)性非常強(qiáng)，從哲學(xué)角度講，量變才能引起質(zhì)變，瓦斯爆炸這一點(diǎn)體現(xiàn)尤為明顯，就是要善于發(fā)現(xiàn)其潛伏期，讓其演化和積累始終處于萌芽狀態(tài)。最后其還具有一定的動態(tài)性，瓦斯爆炸始終處于一個動態(tài)變化的過程，煤礦的采掘系統(tǒng)會隨著環(huán)境和時間變化而變化，不同的階段，所有的環(huán)境也處于不斷變化之中。此外，煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警還是一個持續(xù)反饋閉環(huán)式的管理系統(tǒng)，即發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，再持續(xù)發(fā)現(xiàn)問題，再持續(xù)解決控制隱患問題，處于這樣一個不斷循環(huán)持續(xù)的檢測之中，每一個都是一個閉環(huán)管理。

（3）建立瓦斯爆炸災(zāi)害應(yīng)對對策庫。針對以往煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)瓦斯爆炸的各種事故隱患，建立一個預(yù)防處置的方案庫，以便在災(zāi)害發(fā)生時能及時尋找出最有效，最科學(xué)的對應(yīng)控制舉措，實(shí)現(xiàn)事故預(yù)防智能化和科學(xué)化。

4 瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警的程序、機(jī)制與功能

（1）瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警的程序。主要如圖3所示，主要由明確警義、發(fā)現(xiàn)警源、分析警兆、預(yù)報警度和排除警患等環(huán)節(jié)組成，明確警義主要指對可能發(fā)生爆炸災(zāi)害因素的確認(rèn)，對應(yīng)評估指標(biāo)體系，是預(yù)警的前提。發(fā)現(xiàn)警源是探索災(zāi)害發(fā)生的原因，一般區(qū)分為內(nèi)在警源和外生警源2種，顧名思義一個是隱患來自于內(nèi)在，一個是隱患來自于外部。分析警兆主要是災(zāi)害導(dǎo)致警情的先兆。預(yù)報警度主要指預(yù)報警情的威脅程度，并采取合理的預(yù)控舉措和方法。排除警患主要指根據(jù)警度警情采取的針對性舉措，達(dá)到降低災(zāi)害、消除隱患的目的。

圖3 瓦斯爆炸災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警程序

（2）瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警的機(jī)制與功能。建立瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警的機(jī)制必須建立在探索和發(fā)現(xiàn)事故和災(zāi)害發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用機(jī)制去糾正一些不正確的做法，從而形成較好的行為管控。在具體功能上，主要包括常規(guī)預(yù)警功能、矯正功能、免疫功能等，所謂常規(guī)預(yù)警功能就是對瓦斯爆炸進(jìn)行監(jiān)測、識別、分析、判斷的過程，對可能發(fā)現(xiàn)的問題及時警告和識別，對一些具體特征指標(biāo)監(jiān)測、識別、診斷，確保煤礦開采活動始終處于安全狀態(tài)。同時要針對管理預(yù)警提出反饋、評價、修正、調(diào)整。所謂矯正功能，主要是一種預(yù)控和糾錯的功能，根據(jù)瓦斯爆炸預(yù)警提供的數(shù)據(jù)信息，及時對將要發(fā)生的問題做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證不確定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我均衡。所謂免疫功能，就是可以實(shí)現(xiàn)對同類型、同性質(zhì)的問題進(jìn)行預(yù)測和識別，并做出有效防范的管理對策，在管理中如果出現(xiàn)相同或類似的失誤征兆，能夠準(zhǔn)確的予以制止，回避問題發(fā)生。其核心主要是將以往的事故教訓(xùn)轉(zhuǎn)化為安全管理上的水平。

5 煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)功能框架

根據(jù)實(shí)際情況，從軟件系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)上分，可以將煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害態(tài)勢評估與預(yù)警系統(tǒng)分為瓦斯管理、系統(tǒng)設(shè)置、預(yù)警方法與規(guī)則、瓦斯爆炸預(yù)警、應(yīng)急預(yù)案和瓦斯爆炸事故管理等功能模塊，具體見圖4。

圖4 功能框架

5.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

瓦斯爆炸災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)采用多文檔設(shè)計模式，結(jié)構(gòu)類似于絕大多數(shù)的辦公軟件，使得軟件系統(tǒng)界面更加友好，用戶使用更加快捷方便。

5.3 信息采集與錄入

信息采集與錄入功能主要實(shí)現(xiàn)瓦斯爆炸災(zāi)害系統(tǒng)信息源的釆集、導(dǎo)入以及輸入功能，實(shí)現(xiàn)多源信息的融合，為預(yù)警決策提供一定的數(shù)據(jù)支持。

6 結(jié)束語

本文通過對煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害態(tài)勢評估與預(yù)警研究，為煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)、煤礦本質(zhì)安全化水平的提高以及礦山企業(yè)防災(zāi)抗災(zāi)能力的提升提供參考。

[1]熊延偉.煤礦瓦斯爆炸預(yù)警技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2005，04.

[2]李潤求.煤礦瓦斯爆炸災(zāi)害風(fēng)險模式識別與預(yù)警研究[D].西安科技大學(xué)，2008，04.

[3]郭佳.瓦斯爆炸風(fēng)險在線評價與動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)研究[D].西安科技大學(xué)，2008，04.

TD712

A

1004-7344（2016）33-0202-02

2016-11-5

陸余輝（1969-），男，工程師，大專，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。