王書明 王笑然 劉曉斐

(1.金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院 南京 211169； 2.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院 江蘇徐州 221116)

?

戴腰山銅礦采礦技改工程安全評價研究*

王書明1王笑然2劉曉斐2

(1.金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院 南京 211169； 2.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院 江蘇徐州 221116)

為了提高戴腰山銅礦采礦技改工程本質(zhì)安全程度，辨識技改工程中存在的主要危險、有害因素；結(jié)合技改項目資料和現(xiàn)場調(diào)查，將該項目劃分為10個評價單元；針對不同評價單元特點，分別采用安全檢查表(SCL)、預(yù)先危險性分析(PHA)、事故樹分析(FTA)和作業(yè)條件危險性評價法(LEC)等對該技改工程中的危險、有害因素進行了定性、定量評價；針對安全評價中出現(xiàn)的問題提出了切實可行的安全措施建議。

采礦技改工程 安全評價 預(yù)先危險性分析 事故樹分析 作業(yè)條件危險評價

0 引言

礦山行業(yè)對我國國民經(jīng)濟發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，推動著國家經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展[1]。但礦山開采是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，存在著各種各樣的危險、有害因素，且由于其資源賦存條件復(fù)雜、生產(chǎn)技術(shù)條件和裝備總體較為落后、技術(shù)管理水平較低以及人員素質(zhì)參差不齊等原因，事故頻發(fā)[2]。尤其是小礦山的改造過程，開采系統(tǒng)從一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)，其發(fā)生危險的概率更大[3]，因此對礦井改造工程進行安全評價顯得尤其重要。本文通過對南陵縣銅鐵礦業(yè)有限責(zé)任公司戴腰山銅礦采礦技改工程進行安全評價，通過一系列定性、定量的分析和評價，辨識工程中存在的主要危險和有害因素，并針對性提出了安全措施，以期為此工程及類似項目的安全生產(chǎn)提供參考。

1 戴腰山銅礦概況

戴腰山銅礦始建于1984年，礦山位于戴公山背斜北東段北西翼，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要為縱向正斷層和北西向橫切斷層,設(shè)計生產(chǎn)能力5萬t/a，礦山提升、通風(fēng)、排水、供電、采掘等系統(tǒng)已形成，礦井原先為平硐—盲豎井—盲斜井聯(lián)合開拓，采礦方法為淺孔留礦法。戴腰山銅礦采礦技改工程建設(shè)，全部利用現(xiàn)有工程、設(shè)備、設(shè)施進行生產(chǎn)施工。完工后，利用副井作混合提升井、回風(fēng)和安全出口，利用主井(-100 m水平以上)作為第二安全出口和進風(fēng)，待深部探礦工程結(jié)束后再作進一步設(shè)計；其礦井通風(fēng)、提升、運輸、排水等系統(tǒng)均需改造。

2 戴腰山銅礦技改工程安全評價

安全評價作為預(yù)測、預(yù)防事故的重要手段，通過預(yù)先辨識系統(tǒng)的危險源，事先預(yù)測事故發(fā)生的可能，進而采取有針對性預(yù)防措施的“事前過程”[4]，從而達到提高系統(tǒng)本質(zhì)安全的目的。

2.1 危險、有害因素辨識

礦山開采過程中，存在著很多危險源[5-6]。礦山危險源通常具有較大的能量，一旦意外釋放，往往會造成嚴重傷害與損失。依據(jù)《戴腰山礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案》的內(nèi)容，辨識出該技改項目中存在的主要危險、有害因素有：冒頂片幫、透水、火災(zāi)、觸電、中毒窒息、高處墜落、物體打擊、放炮、火藥爆炸等。

2.2 評價單元劃分

根據(jù)戴腰山銅礦采礦技改工程有關(guān)技術(shù)資料以及井下采礦系統(tǒng)所固有的特點，通過建設(shè)項目危險、有害因素辨識與分析，本著突出重點、抓主要環(huán)節(jié)的原則，將該項目劃分為總平面布置、地下礦山開拓、提升運輸、采掘、通風(fēng)防塵等10個評價單元。評價單元劃分的具體情況見表1所示。

表1 安全評價單元劃分表

2.3 定性、定量評價

根據(jù)該技改項目以及危險、有害因素的特征，本文選用SCL，PHA，F(xiàn)TA，LEC等4種評價方法對10個評價單元中危險有害因素進行評價，見表1。

2.3.1 預(yù)先危險分析法

預(yù)先危險分析法的危險程度主要是依據(jù)《開發(fā)利用方案》和該項目的具體情況來判定(確定)，為設(shè)計、施工、生產(chǎn)和管理提供一定的依據(jù)，評價等級參考文獻[1]。

對各個評價單元中的主要危險、有害因素進行預(yù)先危險分析，其中危險等級為Ⅳ級的危險、有害單元有6類；等級為Ⅲ級的有14類；處于Ⅱ級狀態(tài)的有3類，具體情況如表1所示。

對于災(zāi)難性Ⅳ等級，如果管理預(yù)防不到位，發(fā)其生事故的概率較大并會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，應(yīng)特別引起重視。其他為危險等級Ⅲ級、臨界等級Ⅱ級，如不加防范，也可能會引起人身傷亡事故。

2.3.2 事故樹分析法

由于礦山施工井巷較多，且圍巖受裂隙、構(gòu)造影響，具有一定的安全隱患。本文以井巷施工冒頂片幫事故為例，對冒頂片幫事故產(chǎn)生的原因進行事故樹定量分析。圖1為井巷施工冒頂片幫事故樹，表2為事故樹中各代碼含義。

圖1 冒頂片幫事故樹

(1)利用事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)T=A·B·C，可得出120組最小割集。

(2)利用成功樹結(jié)構(gòu)函數(shù)T′=A′·B′·C′，可得到3組最小徑集為：P1={X1,X2,X3}；P2={X4,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17}；P3={X5,X6,X7,X8}。

(3)各基本事件結(jié)構(gòu)重要順序為：Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)>Iφ(4)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)=Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)=Iφ(15)=Iφ(16)=Iφ(17)。

(4)從以上分析可知，井巷施工冒頂片幫事故樹有120組最小割集，最小割集比較多，發(fā)生事故的途徑比較多，頂上事件發(fā)生的可能性比較大。另外，最小徑集有3個，因此應(yīng)從地質(zhì)條件、施工和管理3個方面入手來防止井巷冒頂片幫事故的發(fā)生。

2.3.3 作業(yè)條件危險性分析法

采掘作業(yè)評價單元是礦山開采的重要單元，主要包括鑿巖作業(yè)、爆破作業(yè)、采場通風(fēng)、出礦作業(yè)、井下運輸、二次爆破等，用作業(yè)條件危險性分析(LEC)法對各項作業(yè)進行安全評價。本礦山采用淺孔留礦法采礦，對該采礦法的作業(yè)條件危險性分析進行取值、分析，參數(shù)取值范圍及評分標準可參考文獻[2]，具體取值及其危險程度如表3所示。

表3 淺孔留礦法采礦法作業(yè)單元LEC評價表

2.4 安全措施建議

2.4.1 總平面布置方面的安全措施

(1)避開不良地質(zhì)，增加防范措施。(2)布置在采動范圍外或留保安礦柱。(3)井口周邊設(shè)置防洪溝。暴雨季節(jié)應(yīng)注意對各井口加強防護，防止山間小溪的水或山洪、泥石流灌入井下，保證各井巷、建(構(gòu))筑物的安全。(4)回風(fēng)的井口應(yīng)布置在礦區(qū)常年最小風(fēng)頻的上風(fēng)側(cè)。

2.4.2 地下開拓方面的安全措施

(1)對于在移動帶內(nèi)的井巷要留足保安礦柱，不得破壞保安礦柱，確保井巷穩(wěn)定。(2)作為安全出口的斜井應(yīng)設(shè)置踏步、照明、扶手和安全標志。(3)相鄰巷道應(yīng)布置在開采移動帶之外一定距離。(4)廢棄的井巷要及時封閉，防止人員誤入。(5)巷道、天井、溜井等位置，要設(shè)置避災(zāi)標志、警示標志、名稱等，同時溜井周圍設(shè)防擋水設(shè)施，防止跑礦。

2.4.3 提升運輸系統(tǒng)方面的安全措施

(1)交叉路口和運輸線路繁忙地段設(shè)信號裝置或由專人看管。(2)路況不良的運輸?shù)缆芬皶r修繕。(3)定期對鋼絲繩進行檢查、試驗，保證鋼絲繩的各種指標不超限。(4)應(yīng)按規(guī)定及時更換鋼絲繩，不得超期使用。

2.4.4 采礦系統(tǒng)方面的安全措施

(1)采礦方法。礦山開采年限較長，前期開采活動存在不規(guī)范行為，導(dǎo)致存在很多老窿、廢巷，礦山要對前期遺留的老采空區(qū)、棄巷進行排查，遇到可疑地點，必須先行探放水，防透水事故的發(fā)生；斜井、天井、溜井口應(yīng)設(shè)紅燈警示裝置、照明和護欄(蓋板)，以防人員墜入井中。開展相關(guān)試驗監(jiān)測，合理確定回采順序、工藝，盡量減少采空區(qū)的暴露面積，縮短暴露時間，及時進行充填。

(2)爆破。要使用合格的爆破器材；對爆破器材實行嚴格管理，特別是炸藥庫離礦山有一段距離，要認真執(zhí)行炸藥領(lǐng)、退制度，確保火工品運輸安全；從事爆破作業(yè)人員必須持證上崗。

(3)地壓管理。每個采區(qū)設(shè)立礦柱，以阻止地壓災(zāi)害傳至相鄰采區(qū)；采空區(qū)要及時充填且充填時要接頂、結(jié)實，消除其對含水層、地表的影響，避免形成沖擊地壓、空氣沖擊波；采取控制爆破技術(shù)，降低最大一段藥量，以減小爆破對巷道穩(wěn)定性的影響。

2.4.5 通風(fēng)系統(tǒng)方面的安全措施

(1)井下根據(jù)通風(fēng)需要及時設(shè)置風(fēng)門、風(fēng)橋、擋風(fēng)墻等通風(fēng)構(gòu)筑物，并保持通風(fēng)構(gòu)筑物的完好。(2)通風(fēng)機的周圍應(yīng)設(shè)置柵欄等隔離裝置，防止人員卷入。(3)采場回采結(jié)束后，通往采場的通道要及時封堵，防止出現(xiàn)風(fēng)流短路現(xiàn)象。(4)及時對采掘工作面、大巷等處的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)質(zhì)等進行檢測，防止有毒、有害氣體超標。(5)掘進工作面及一些盲巷，人員進入時，要提前通風(fēng)，并保持局扇的正常運轉(zhuǎn)。

2.4.6 防排水系統(tǒng)方面的安全措施

(1)礦區(qū)內(nèi)的洼地、陷落區(qū)及舊河道應(yīng)采取防止積水的措施，對地面可能通向井下的裂縫、廢舊鉆孔等均應(yīng)及時封堵，避免地表水灌入井下，造成透水事故。(2)在井巷工程施工中，加強探水或超前探水工作。(3)開采方案中水泵能力、水倉容積是按照現(xiàn)有涌水量進行設(shè)計的，但是隨著開采深度的延伸，涌水量可能增大，因此布置防排水系統(tǒng)，應(yīng)留足水倉容積、排水設(shè)備能力、防水閘門等。(4)該礦山為整合礦山，且開采年限較長，存在許多老窿、廢巷。后期開采時，必須對老窿、廢巷進行排查及探放水作業(yè)，避免發(fā)生突水事故。

2.4.7 防滅火系統(tǒng)方面的安全措施

(1)井下變(配)電硐室以及地面變電所等，需配備手提式泡沫滅火器、水箱、沙箱等防火器材。(2)井下供水管每隔50～100 m應(yīng)設(shè)一支管和供水接頭，作為消防水管。(3)井下用過的廢油、棉紗、布頭、廢紙和油氈等易燃品應(yīng)放在帶蓋的鐵桶內(nèi)，并及時運到地表處理。

2.4.8 職業(yè)危害方面的安全措施

(1)應(yīng)盡量將產(chǎn)塵崗位與非產(chǎn)塵崗位隔離。(2)接觸粉塵的人員上崗作業(yè)應(yīng)佩戴防塵口罩，并應(yīng)遵守防塵操作規(guī)程。(3)井下采掘前對巷道幫壁進行沖洗，鑿巖實行濕式作業(yè)，掌子面爆堆先灑水后出渣，在裝礦巷道和出礦口處安裝噴霧灑水裝置降塵。

3 結(jié)論

(1)通過預(yù)先危險性分析，找出戴腰山銅礦采礦技改工程引起重大危險有害因素(災(zāi)難性的)危險等級為Ⅳ級的危險、有害單元有6類；引起主要危險有害因素(危險的)等級為Ⅲ級的有13類；處于一般危險有害因素(臨界)狀態(tài)Ⅱ級的有3類。存在災(zāi)難性的危險單元，應(yīng)采取必要的措施，降低其危險等級，減少風(fēng)險，使礦山能安全運行。

(2)運用事故樹分析法，對該技改工程可能發(fā)生的井巷施工冒頂片幫事故進行了分析，找出了冒頂片幫原因，提出了針對性的措施。

(3)運用作業(yè)條件危險性分析法，對整個采礦作業(yè)流程進行了安全評價，由評價結(jié)果可知：采礦作業(yè)單元的爆破、通風(fēng)、提升運輸作業(yè)為顯著危險；其他作業(yè)為比較危險。在開采活動中采取相應(yīng)的安全對策措施，能夠保證安全。

[1]嚴積松，周旭. 小型地下金屬礦山安全綜合評價與對策[J].采礦技術(shù)，2009，9(3):49-52.

[2]石永國，傅忠清，鄭敏. LEC評價法在非煤礦山安全評價中的應(yīng)用[J].黃金，2009，9(30):33-36.

[3]林柏泉，周延，劉貞堂. 安全系統(tǒng)工程[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[4]朱易春，王乃斌，黃洪祥. 中小金屬礦山地下開采安全評價研究與實踐[J].金屬礦山，2007(11):102-105.

[5]周琳，栗繼祖. 關(guān)于煤礦安全評價中危險源辨識的研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2014，41(5):116-119.

[6]王建國. 煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)危險源結(jié)構(gòu)及煤礦事故預(yù)防[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35(1):85-88.

Study on Safety Assessment of Mining Technological Transformation Project in Daiyaoshan Copper Mine

WANG Shuming1WANG Xiaoran2LIU Xiaofei2

(1.CollegeofArchitectureEngineering，JinlingInstituteofTechnologyNanjing211169)

In order to improve the safety of mining technological transformation project in Daiyaoshan Copper Mine, we identified the major hazards and harmful factors of the mining technological transformation project. Then, this project was divided into ten evaluation units based on the information of the project and the field investigation and analysis. What’s more, we conducted qualitative and quantitative evaluations for the major hazards and harmful factors of the project based on the specific characteristics of the evaluation units by using the safety evaluation of safety check list (SCL), preliminary hazard analysis (PHA), fault tree analysis (FTA) and operation condition risk assessment (LEC) respectively. In addition, we put forward reasonable and feasible measures and suggestions based on the problems existed in safety assessment.

mining technological transformation project safety assessment PHA FTA LEC

江蘇省住建廳科研項目(2014ZD68)，金陵科技學(xué)院博士科研啟動基金(jit-b-201230)，金陵科技學(xué)院校級科研基金項目(jit-2016-jlxm-16)。

王書明，男，1968年生，江蘇興化人，博士，副教授，注冊安全工程師，一級安全評價師，主要從事安全評價與工程管理方面的教學(xué)與科研工作。

2015-10-29)