摘要:運(yùn)用系統(tǒng)安全學(xué)原理和事故致因理論，結(jié)合煤礦瓦斯爆炸的 特點(diǎn)，給出了瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)性的半定量評(píng)價(jià)模型，對(duì)煤礦瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作了初步的研究。通過事前對(duì)瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，將對(duì)瓦斯爆炸預(yù)防和礦井安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　關(guān)鍵詞:瓦斯爆炸;不安全系數(shù);可靠性;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

　　煤炭是我國第一大能源，占一次性能源的70%左右。由于我國煤炭分布范圍廣泛，埋藏地質(zhì)條件復(fù)雜，煤炭生產(chǎn)一直受到各種災(zāi)害，如瓦斯、火災(zāi)、水災(zāi)、煤塵及冒頂?shù)鹊耐{，其中尤以瓦斯爆炸事故后果最為嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國采礦企業(yè)每年因傷亡事故所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)20億元人民幣。如果能在事前對(duì)瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，將對(duì)瓦斯爆炸預(yù)防和安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　目前煤礦風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法存在相當(dāng)大的經(jīng)驗(yàn)成分，很少對(duì)危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)建立了一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，來分析評(píng)價(jià)煤礦瓦斯爆炸重大危險(xiǎn)源以及瓦斯爆炸的發(fā)生概率。

　　1 煤礦瓦斯爆炸的特征及危害 1瓦斯爆炸的形成條件

　　煤礦瓦斯爆炸的重大危險(xiǎn)源主要是甲烷，瓦斯爆炸的必要條件有:①甲烷積聚超限且濃度達(dá)到5%一15%;②空氣中氧含量大于12%;③引燃引爆熱源必須大于甲烷最小點(diǎn)燃溫度650-750℃。在一般的礦井條件下，氧濃度是滿足的，只要積聚的瓦斯達(dá)到爆炸濃度范圍，同時(shí)具有引燃熱源，就有發(fā)生瓦斯爆炸事故的可能。

　　煤礦井下瓦斯在不同濃度下危險(xiǎn)程度是不同的，根據(jù)2005年3月國家煤礦安全監(jiān)察局頒布的《煤礦瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)五十條》，現(xiàn)將瓦斯積聚嚴(yán)重程度分為以下4種狀態(tài)，并予以處理。如表1所示。

　　瓦斯的引燃溫度為650 -750℃，最低點(diǎn)燃能量為0. 28 m J，明火、煤炭自燃、電弧(4 000℃)、電氣火花、赤熱的金屬表面、吸煙、撞擊火花、磨擦火花，甚至靜電產(chǎn)生的火花等煤礦井下所能遇到的絕大多數(shù)火源都足以引燃瓦斯。所以，考察火源嚴(yán)重程度主要是看該火源在危險(xiǎn)的瓦斯環(huán)境下暴露的頻率。如表2所示。 2瓦斯爆炸的危害

　　礦井瓦斯爆炸是受限空間的爆炸，它的傳播和影響范圍特別大，往往造成重大的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。分析其危害主要為:高溫、沖擊波和有害氣體。

　　高溫。瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生高溫的焰面。焰面是巷道中運(yùn)動(dòng)著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度大、溫度高。正常的燃燒速度為1－2.5 m/s,爆轟時(shí)傳播速度可達(dá)2 500 m /s。焰面溫度高達(dá)2 150－2 650℃。焰面經(jīng)過之處，人被燒傷或大面積燒傷，可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi)。

　　沖擊波。瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，沖擊波鋒面壓力可由幾個(gè)大氣壓到20個(gè)大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時(shí)可達(dá)100個(gè)大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處會(huì)造成人員傷亡、設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞、巷道跨塌。

　　有害氣體。瓦斯爆炸后生成大量的有害氣體，某些煤礦分析爆炸后的氣體成分為:O2濃度6%-10%; N2濃度82%-88%;CO2濃度4%-8%; CO濃度2%-4%。如果有煤塵參與爆炸，CO的生成量更大，往往成為人員大量傷亡的主要原因。

　　2 煤礦瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型 1瓦斯爆炸的“人一機(jī)一環(huán)境”系統(tǒng)

　　事故致因理論認(rèn)為:人、機(jī)(物)和環(huán)境這3個(gè)因素在同一時(shí)間和空間兩兩相遇時(shí)才可能發(fā)生事故。圖1是危險(xiǎn)因素組成的瓦斯爆炸人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)圖，圖中兩圓交叉部分為事故易發(fā)生區(qū)，而3個(gè)圓相交部分為事故高發(fā)區(qū)。 2瓦斯爆炸的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

　　為了研究煤礦瓦斯爆炸事故的危害，尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)以及系統(tǒng)安全性的技術(shù)途徑，在對(duì)瓦斯爆炸的“人一機(jī)一環(huán)境’，系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性、可行性和可比性的原則，建立危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。同時(shí)根據(jù)礦井瓦斯爆炸的特點(diǎn)和以往事故原因的分析，參照其他行業(yè)的評(píng)估方法，提出煤礦瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型方程：H＝KD /6 (1)

　　式中H—危險(xiǎn)源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度;H的范圍:0H≤1;

　　K—系統(tǒng)不安全系數(shù);

　　D—系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度。

　　為使H的值標(biāo)準(zhǔn)化即處在0和1之間所以將KD的值再除以6。

　　很明顯，有了危險(xiǎn)源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度H，便可得出瓦斯爆炸可能性的大小?，F(xiàn)用自然語言去描述危險(xiǎn)源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度H，見表3。 2.1系統(tǒng)不安全系數(shù)K的確定