張建華 李棟朋 李澤安 黃 剛 吳 浩

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.武漢城市建設(shè)投資開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430050)

我國(guó)露天礦山數(shù)量眾多，露天礦的礦石產(chǎn)量占總礦石產(chǎn)量的50%，與地下礦山相比，露天礦山的生產(chǎn)規(guī)模一般都比較大[1]。穿孔作業(yè)是露天礦山開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)，穿孔作業(yè)完成的質(zhì)量好壞，對(duì)于后續(xù)的爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)裙ば蛴兄志薮蟮挠绊?。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和GNSS技術(shù)的普及應(yīng)用，牙輪鉆機(jī)的更新?lián)Q代迅速，國(guó)外先進(jìn)牙輪鉆機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輔助穿孔爆破[2]。但由于礦山環(huán)境和工況的復(fù)雜性，穿孔作業(yè)過(guò)程中存在著較多的危險(xiǎn)因素，不僅涉及到設(shè)備，還涉及到作業(yè)環(huán)境、人員等。若人—機(jī)—環(huán)境失調(diào)，就可能會(huì)產(chǎn)生中毒、灼燙、污染等事故，而且會(huì)造成設(shè)備損壞，導(dǎo)致意外傷亡事故、環(huán)境污染和重大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。如紫金山金礦由于露采臺(tái)階失穩(wěn)，造成設(shè)備掉落，引起巨大經(jīng)濟(jì)損失，所幸工作人員及時(shí)撤離，無(wú)人員傷亡。因此，對(duì)露天礦山數(shù)字化穿孔作業(yè)進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是十分重要的。

1 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的方法

常見(jiàn)的分析評(píng)價(jià)方法主要有故障類(lèi)型及影響分析(FMEA)，事故樹(shù)分析(ATA)，作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(LEC)，預(yù)先危險(xiǎn)性分析(PHA)，改進(jìn)的作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(MES)等[4-6]。其中，LEC法由K F 金尼和K J 格雷厄姆提出，可以對(duì)作業(yè)環(huán)境中的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行半定量評(píng)價(jià)與分級(jí)[7]。構(gòu)成該方法的3個(gè)指標(biāo)分別為L(zhǎng)(發(fā)生事故的可能性)，E(人員在危險(xiǎn)環(huán)境暴露的頻繁程度)，C(后果危險(xiǎn)性)。通過(guò)3個(gè)因素的得分相乘之后得到總分，進(jìn)而對(duì)于安全狀況進(jìn)行分級(jí)。LEC法3個(gè)因素的取值主觀性較大，并且不能夠用來(lái)全面系統(tǒng)考慮傷害事故發(fā)生的因素[8]。于是，我國(guó)安全領(lǐng)域?qū)＜宜未蟪稍?002年提出了MES法對(duì)LEC法進(jìn)行了改進(jìn)，其考慮危險(xiǎn)源是否存在控制措施，將危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性定義為控制措施的狀態(tài)、人體暴露于危險(xiǎn)環(huán)境的頻繁程度以及事故后果三者的乘積，然后根據(jù)不同的值進(jìn)行分級(jí)。

預(yù)先危險(xiǎn)性分析(PHA)是在生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)始之前，對(duì)系統(tǒng)存在的各種危險(xiǎn)因素、出現(xiàn)的條件及導(dǎo)致的事故后果進(jìn)行宏觀分析，找出系統(tǒng)中的危險(xiǎn)物質(zhì)或者不安全狀態(tài)并確定危險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而根據(jù)不同的危險(xiǎn)等級(jí)提出相應(yīng)的控制和預(yù)防措施，因此也被稱(chēng)為初始危險(xiǎn)分析[9]。該方法簡(jiǎn)單、有效、易于實(shí)施。

對(duì)于復(fù)雜的礦山穿孔作業(yè)(作業(yè)條件差，現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，容易發(fā)生打擊、灼燙、墜落等事故，而且事故一旦發(fā)生，造成的損失一般比較嚴(yán)重)，只使用單一評(píng)價(jià)方法難以全面評(píng)價(jià)穿孔作業(yè)的危險(xiǎn)性，因此需要使用更加全面、綜合的方法。

2 PHA-MES危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法

2.1 評(píng)價(jià)原理和方法

PHA-MES法是結(jié)合了PHA法和MES法的預(yù)先潛在危險(xiǎn)分析和危險(xiǎn)性定量分級(jí)的優(yōu)勢(shì)，使二者互相補(bǔ)充，共同構(gòu)建起一套完整的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。其首先利用PHA法對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先危險(xiǎn)性分析，確定系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素、觸發(fā)事件以及事故后果，然后利用MES法根據(jù)人員暴露于危險(xiǎn)狀態(tài)的頻繁程度、危險(xiǎn)發(fā)生的后果嚴(yán)重性以及控制措施的狀態(tài)對(duì)于危險(xiǎn)程度進(jìn)行定量計(jì)算，得到特定條件下的危險(xiǎn)性得分，進(jìn)而對(duì)于危險(xiǎn)性進(jìn)行分級(jí)，再根據(jù)不同的危險(xiǎn)等級(jí)提出有針對(duì)性的防范措施[10]。

PHA-MES法的實(shí)質(zhì)是利用MES法的危險(xiǎn)程度分級(jí)的定量計(jì)算替換了PHA法中的危險(xiǎn)等級(jí)的定性分析，其分析方法是以表格方式進(jìn)行(見(jiàn)表1)。

表1 PHA-MES危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

2.2 評(píng)價(jià)步驟

對(duì)于作業(yè)流程、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)人員操作條件等進(jìn)行全方位的了解，根據(jù)以往發(fā)現(xiàn)的事故隱患和經(jīng)驗(yàn)，盡可能周密、詳盡、不發(fā)生遺漏地找出工程系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)和有害因素[11]。

(1)發(fā)生人身傷害的可能性主要由人員在危險(xiǎn)狀態(tài)下暴露的頻率E和控制措施的狀態(tài)M決定[12]。根據(jù)MES法的計(jì)算公式：

R=M×E×S,

(1)

式中，R為風(fēng)險(xiǎn)度，S為后果嚴(yán)重性。M、E、S各項(xiàng)的分值確定分別參照表2，表3，表4。

(2)按照計(jì)算出的風(fēng)險(xiǎn)度R對(duì)危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分。劃分標(biāo)準(zhǔn)參考表5。

(3)根據(jù)PHA分析的事故情況以及MES評(píng)價(jià)法的危險(xiǎn)等級(jí)劃分，針對(duì)不同等級(jí)的危險(xiǎn)，提出相應(yīng)的防范措施。

表2 控制措施相應(yīng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的分值

表3 暴露程度分值

表4 事故后果嚴(yán)重性分值

表5 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 案例分析

3.1 金堆城露天鉬礦數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)簡(jiǎn)介

金堆城露天礦(如圖1)位于陜西華陰市金堆鎮(zhèn)內(nèi)，年開(kāi)采量約1 700萬(wàn)t，供礦量在1 000萬(wàn)t左右。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°54′45″～109°59′15″，北緯34°18′50″～34°20′40″，該礦床采用露天分期的方式進(jìn)行開(kāi)采，于1966年正式投產(chǎn)，先進(jìn)行北露天開(kāi)采，隨后南露天，目前已形成全露天開(kāi)采，礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)年限為100 a[13-14]。目前,該礦山已經(jīng)在YZ-35型牙輪鉆機(jī)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化輔助穿孔爆破(如圖2)。其原理如下：首先，依托礦區(qū)綜合平面圖和采場(chǎng)分區(qū)圖，使用爆破設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò)圖；然后將各孔位坐標(biāo)上傳到系統(tǒng)中，牙輪鉆機(jī)通過(guò)運(yùn)用GNSS系統(tǒng)根據(jù)孔位坐標(biāo)精確定位孔位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋孔；最后在穿孔過(guò)程中對(duì)超深和垂直度進(jìn)行控制，并對(duì)實(shí)際操作執(zhí)行狀態(tài)、運(yùn)行軌跡、鉆孔施工位置進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的記錄和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)穿孔質(zhì)量的全方位數(shù)字化實(shí)時(shí)控制。

圖1 金堆城露天礦全貌

圖2 金堆城數(shù)字化穿孔作業(yè)

3.2 數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)

危險(xiǎn)源是可能引起人員傷害或職業(yè)疾病、財(cái)物損失、工作環(huán)境破壞或這些情況組合的根源或狀態(tài)[15]。因而，在對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，首先應(yīng)完成對(duì)系統(tǒng)的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)。依據(jù)數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)的工作特點(diǎn)，從牙輪鉆機(jī)設(shè)備、作業(yè)過(guò)程的危險(xiǎn)物質(zhì)、作業(yè)環(huán)境3個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了危險(xiǎn)源辨識(shí)工作。通過(guò)危險(xiǎn)源辨識(shí)和預(yù)先事故分析，識(shí)別出了以下危險(xiǎn)源，見(jiàn)表6。

3.3 數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

依據(jù)PHA-MES法的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)步驟，對(duì)數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示，其中,①炸藥、鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)危險(xiǎn)級(jí)別達(dá)到Ⅰ級(jí)；②粉塵、有毒氣體、履帶等9種危險(xiǎn)源危險(xiǎn)級(jí)別達(dá)到Ⅱ級(jí)；③維修時(shí)遺留的維修工具或其它物體屬于Ⅲ級(jí)危險(xiǎn)源；④潤(rùn)滑劑，電動(dòng)機(jī)，鉆架等6種屬于Ⅳ級(jí)危險(xiǎn)源；⑤電池屬于Ⅴ級(jí)危險(xiǎn)源；⑥在所有危險(xiǎn)源中，作業(yè)平臺(tái)分值最高，達(dá)到240分，危險(xiǎn)性最大，電池分值最低，危險(xiǎn)性相對(duì)較小。

4 結(jié) 論

(1)在我國(guó)露天礦山發(fā)展迅速的同時(shí)，危險(xiǎn)源識(shí)別和管控的水平仍相對(duì)滯后。因此在進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體行業(yè)和企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)選擇合適的評(píng)價(jià)方法。穿孔作業(yè)的復(fù)雜性決定了使用單一的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法是不能滿足需求的。

(2)利用PHA-MES法，可以充分結(jié)合預(yù)先危險(xiǎn)性分析和改進(jìn)的作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)金堆城露天鉬礦數(shù)字化輔助牙輪鉆機(jī)穿孔作業(yè)危險(xiǎn)性分析證明了將PHA-MES法應(yīng)用于露天礦數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)是比較全面、有效、符合客觀實(shí)際的。

表7 露天礦穿孔作業(yè)PHA-MES危險(xiǎn)性分析

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表6 穿孔作業(yè)事故隱患

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