高建禎

（同煤集團北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036702）

在煤炭生產(chǎn)過程中，瓦斯爆炸既給安全生產(chǎn)造成危害，也給井下人員的生命安全帶來威脅。本文通過事故樹理論分析瓦斯爆炸事故發(fā)生的關(guān)鍵因素，以便采取針對性措施預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

1 瓦斯爆炸機理

煤礦開采過程中，由煤、巖層中涌出的以CH4為主的有害氣體總稱為瓦斯，通常CH4占瓦斯含量90%以上。當(dāng)井巷空氣中瓦斯?jié)舛群窟_(dá)到5～16%左右，遇到火源會發(fā)生瓦斯爆炸。

根據(jù)瓦斯爆炸機理，發(fā)生瓦斯爆炸必須具備三個條件：（1）井巷空氣中的氧氣濃度應(yīng)能支持爆炸的氧化作用；（2）瓦斯?jié)舛刃枰_(dá)到爆炸極限范圍；（3）引發(fā)爆炸的火源，燃燒、爆炸等劇烈化學(xué)反應(yīng)需達(dá)到650K左右的溫度。

2 北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹分析

北辛窯煤礦位于被稱為“黃土高原上的綠色明珠”的寧武縣陽方口。井田面積為53.3km2，資源儲量9.532億t，礦井產(chǎn)量為800萬t/a。礦井采用斜井開拓，屬低瓦斯礦井，但是存在局部瓦斯聚集區(qū)。因此，建立瓦斯爆炸事故樹，為事故預(yù)防等提供依據(jù)。

2.1 事故樹的建立

根據(jù)以往瓦斯爆炸事故分析，瓦斯爆炸事故的多發(fā)地點為采煤工作面、掘進(jìn)工作面。通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)、通風(fēng)機性能、風(fēng)筒狀態(tài)等都會影響瓦斯?jié)舛茸兓?、積聚；而電氣設(shè)備漏電、電焊、爆破、煙頭、明火以及煤炭自燃等都會形成瓦斯爆炸事故的火源?？偨Y(jié)上述各類因素，構(gòu)建北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹如圖1所示。

圖1 北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹示意圖

2.2 事故樹定量分析

關(guān)于事故樹最小割集的結(jié)構(gòu)函數(shù)為：

整個事故樹共有最小割集180個：

因此可以看出導(dǎo)致瓦斯爆炸的各類事件的可能性組合較多。

關(guān)于事故樹最小徑集的結(jié)構(gòu)函數(shù)為：

該事故樹的最小徑集有4個：

因此得出為避免瓦斯爆炸事故樹中事件發(fā)生各個因素的結(jié)構(gòu)重要度大小為：

瓦斯爆炸事故樹的最小割集為180組，即說明能夠引發(fā)煤礦井下瓦斯爆炸的途徑存在180條。而最小徑集為阻止事故樹頂上事件最終發(fā)生的路徑，則存在四條路徑能夠阻止礦井瓦斯爆炸的發(fā)生：（1）X1氧氣對頂上事件發(fā)生起關(guān)鍵作用，但是實際工作中氧氣不可調(diào)控，瓦斯爆炸都發(fā)生在工作面、井巷的掘進(jìn)或生產(chǎn)中，這類環(huán)境必須要充足的新鮮空氣進(jìn)入，保證作業(yè)人員的正常呼吸；（2）X13、X14事件可為主要的控制路徑，及時處置瓦斯含量超限，有效避免爆炸事故的發(fā)生；（3）控制礦井生產(chǎn)中可能導(dǎo)致瓦斯超限和產(chǎn)生火源的各類因素，能夠徹底切斷瓦斯爆炸事故發(fā)生的各類可能性。

3 瓦斯防治措施

通過上述事故樹分析，制定北辛窯礦瓦斯預(yù)防措施。具體有如下幾點：

（1）通風(fēng)管理。礦井中防治瓦斯超限的最有效措施為井下通風(fēng)，為此選擇合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，加強通風(fēng)系統(tǒng)管理，保證井下通風(fēng)連續(xù)、有效，并維持合理的風(fēng)量和風(fēng)速，使井下各處瓦斯含量低于《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的限值。① 嚴(yán)禁使用自然通風(fēng)，礦井必須設(shè)計有獨立通風(fēng)系統(tǒng)，避免獨眼井通風(fēng)，避免生產(chǎn)中循環(huán)風(fēng)、巷道串聯(lián)風(fēng)；② 正確使用局部通風(fēng)設(shè)施，確保局部風(fēng)壓低于全風(fēng)壓以避免循環(huán)風(fēng)，局部風(fēng)機應(yīng)采用高效風(fēng)機，并采用雙風(fēng)機、雙電源，局部通風(fēng)機中必須掛牌管理，專人持證管理。③ 加強井下作業(yè)管理，局部通風(fēng)機使用過程中，應(yīng)確保工作面空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)后人員方能進(jìn)入。同時井巷貫通前應(yīng)制定安全預(yù)防措施，誤聯(lián)通火區(qū)、老塘、采空區(qū)、廢棄井巷等處時延時排風(fēng)，防止瓦斯超限。工作面或井巷停止作業(yè)后應(yīng)繼續(xù)通風(fēng)。局部通風(fēng)機非正常停止時，及時停工并撤出人員，長時間停工設(shè)置警示標(biāo)志及柵欄，廢棄井巷、工作面及時做好密閉。

（2）瓦斯超限管理。掌握各個作業(yè)地點瓦斯?jié)舛仁羌皶r采取措施避免瓦斯突出及瓦斯爆炸事故的基本舉措。對井下作業(yè)過程中各工作地點設(shè)置瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)或瓦斯超限報警器，配備專業(yè)的瓦檢員，當(dāng)作業(yè)過程中風(fēng)機、電機、電氣設(shè)施20m范圍的瓦斯?jié)舛瘸鱿拗?.5%后，及時停工，切斷電源，撤出人員，排查后采取措施。

（3）爆炸火源管理。井下作業(yè)人員禁止攜帶引火物及穿著易引起靜電的服裝，井下禁止出現(xiàn)明火及明電照明。選用的通風(fēng)及電氣設(shè)施應(yīng)滿足井下防火、防爆要求，同時通風(fēng)機設(shè)置應(yīng)按照“三專兩閉鎖”設(shè)計，電氣安裝或維修禁止帶電操作，并確保電線、電纜完好無破損，同時應(yīng)確保局部風(fēng)機、電氣開關(guān)處10m范圍內(nèi)的瓦斯含量低于0.5%的限值。工作面或其掘進(jìn)巷道中當(dāng)內(nèi)部瓦斯?jié)舛瘸^1.0%，應(yīng)停止電鉆鉆孔、爆破等作業(yè)，并且井下爆破時應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人連鎖”制度。

（4）安全管理制度。必須具備完善的安全管理機構(gòu)，配備足夠的專業(yè)人員及設(shè)備，落實領(lǐng)導(dǎo)安全生產(chǎn)責(zé)任制，嚴(yán)格落實管理人員、職工的安全培訓(xùn)制度，確保各項安全規(guī)則制度切實執(zhí)行，杜絕作業(yè)人員違章作業(yè)。具備完整的瓦斯爆炸災(zāi)害救援機構(gòu)和預(yù)案，確保救護人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，并配備專用設(shè)備。

（5）注重先進(jìn)通風(fēng)監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用。通過加大安全資金投入，引進(jìn)新的通風(fēng)檢測設(shè)備。如新型的基于超聲波時差原理研制的風(fēng)速傳感器可以檢測0.1～15m/s的風(fēng)速，分辨率為0.01m/s；KJ90NB煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測井下風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度等參數(shù)，也可以檢測風(fēng)門開閉、風(fēng)機開停等狀態(tài)參數(shù)。而且隨著自動化水平的提高，一些對通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與控制、智能化監(jiān)測的設(shè)備也逐漸用于實踐，這些設(shè)備都將成為煤礦減少和杜絕瓦斯事故的重要保障。

4 結(jié)論

本文根據(jù)瓦斯爆炸事故發(fā)生的特點，應(yīng)用事故樹分析法對可能導(dǎo)致北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故的各類原因進(jìn)行分析，計算了不同因素對事故產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)重要度，并根據(jù)分析提出具有針對性的預(yù)防措施和控制手段。為北辛窯煤礦瓦斯防治工作提供了理論依據(jù)，也降低了瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能。