煤礦瓦斯爆炸災害態(tài)勢評估與預警研究

陸余輝

煤礦瓦斯爆炸災害態(tài)勢評估與預警研究

陸余輝

（百色百礦集團有限公司 廣西百色 533000）

瓦斯爆炸災害一直威脅著我國煤炭企業(yè)的健康發(fā)展，導致出現(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害防控與預警進行研究，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；災害；預警

1 煤礦瓦斯爆炸災害評估和預控基本情況

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、高應力、低強度和低滲透性”的特征，很多發(fā)生礦難的礦井均是由于瓦斯、火災、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識到，與西方老牌的發(fā)達國家相比，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

縱觀這些事故災難，瓦斯災害占據(jù)了比例的大頭，也是被社會公認的安全生產(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風險較高。主要原因是煤礦開采系統(tǒng)比較復雜，導致一些高瓦斯煤礦的產(chǎn)生，這些風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)勢評估和預警方法機制是當前急需研究解決的問題，隨著科學技術(shù)的不斷深入發(fā)展，產(chǎn)生了一些交叉學科，研究瓦斯爆炸災害預控也要引入其他學科知識，促進其研究水平和應用水平的提高。

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 煤礦瓦斯爆炸災害預控存在的問題

煤礦瓦斯爆炸災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，當前國際上的前沿理論在研究瓦斯爆炸機理上，主要存在以下幾個問題：①對瓦斯形成的復雜性認識不足，只對其中的某些主要環(huán)節(jié)進行研究，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，對形成機理認識分析不深入。②缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息支撐，在對瓦斯災害發(fā)生缺乏一整套的辨識、評估和預警的體系，所以此時數(shù)據(jù)和信息的準確性、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)正常運行起來。當前，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立狀態(tài)，數(shù)據(jù)信息根本不能實現(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，一些監(jiān)控裝置設(shè)備根本無法有效安裝，一些區(qū)域成為了災害預測預防的盲區(qū)，信息盲區(qū)效應十分明顯。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警。④瓦斯爆炸災害評估和預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，有的甚至就是一點點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，雖然超限預警的作用對于當前瓦斯爆炸災害的發(fā)生有積極的意義，但總體來說其準確性，有效性還可以針對實際情況進行進一步提高。

3 建設(shè)完善的瓦斯爆炸災害評估與預警體系

一個科學的瓦斯爆炸災害評估與預警體系從字面上來理解主要包括評估和預警兩個方面；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；從預測預防角度考慮，就是要利用系統(tǒng)的、科學的數(shù)據(jù)信息，為預警提供災害決策服務，進行標準化作用流程，提高安全生產(chǎn)能力。

（1）積極圍繞瓦斯災害態(tài)勢評估與預警的主要目標。當前預防瓦斯爆炸已經(jīng)成為了各級煤礦安全問題的頭等大事，隨著科技的進一步提升，其技術(shù)手段和預防控制的理論都得到了長足的進步，一些措施的采取也初見成效，但要看到瓦斯災害態(tài)勢評估與預警的目標要求必須從事后的處理到事前的科學評估和預警上來，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瓦斯爆炸災害的預控。所以，必須建立動態(tài)的煤礦瓦斯爆炸災害預警管理體系，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害發(fā)生。一方面構(gòu)建態(tài)勢評估與預警體系，不間斷檢測系統(tǒng)的運行情況，這是瓦斯爆炸災害預防的基礎(chǔ)工作，深入探索發(fā)現(xiàn)“人、機、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，有效預防安全隱患缺陷，確保有效應對生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的安全問題。另一方面要建立科學的瓦斯爆炸災害預警指標體系。沒有具體的指標，煤礦瓦斯爆炸災害預警就是一句空話，就還會落入經(jīng)驗主義和形式主義的陳舊做法，必須將這種隨機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害狀況的具體預警指標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，進一步將數(shù)據(jù)進行歸納、比較、處理，做出不同的行為控制決策，將各種風險降到最低。

（2）切實掌握態(tài)勢評估與預警的特點內(nèi)涵。煤礦瓦斯爆炸災害與一般企業(yè)的災害相比，有著自己鮮明的特點。一個是危險源比較復雜，瓦斯爆炸呈現(xiàn)的是非線性動力學特性，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。另一個是必須以預防為核心，建立科學的評估和預測舉措，有效落實風險評估。

再一個是其具有突發(fā)性和累積性。瓦斯爆炸災害一般瞬時發(fā)生，突發(fā)性非常強，從哲學角度講，量變才能引起質(zhì)變，瓦斯爆炸這一點體現(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，煤礦瓦斯爆炸災害預警還是一個持續(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）建立瓦斯爆炸災害應對對策庫。針對以往煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)瓦斯爆炸的各種事故隱患，建立一個預防處置的方案庫，以便在災害發(fā)生時能及時尋找出最有效，最科學的對應控制舉措，實現(xiàn)事故預防智能化和科學化。

4 瓦斯爆炸災害預警的程序、機制與功能

（1）瓦斯爆炸災害預警的程序。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)生爆炸災害因素的確認，對應評估指標體系，是預警的前提。發(fā)現(xiàn)警源是探索災害發(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。分析警兆主要是災害導致警情的先兆。預報警度主要指預報警情的威脅程度，并采取合理的預控舉措和方法。排除警患主要指根據(jù)警度警情采取的針對性舉措，達到降低災害、消除隱患的目的。

圖3 瓦斯爆炸災害風險預警程序

（2）瓦斯爆炸災害預警的機制與功能。建立瓦斯爆炸災害預警的機制必須建立在探索和發(fā)現(xiàn)事故和災害發(fā)生機理的基礎(chǔ)上，利用機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)預警功能、矯正功能、免疫功能等，所謂常規(guī)預警功能就是對瓦斯爆炸進行監(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)。同時要針對管理預警提出反饋、評價、修正、調(diào)整。所謂矯正功能，主要是一種預控和糾錯的功能，根據(jù)瓦斯爆炸預警提供的數(shù)據(jù)信息，及時對將要發(fā)生的問題做出適當?shù)恼{(diào)整，保證不確定環(huán)境下實現(xiàn)系統(tǒng)的自我均衡。所謂免疫功能，就是可以實現(xiàn)對同類型、同性質(zhì)的問題進行預測和識別，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轉(zhuǎn)化為安全管理上的水平。

5 煤礦瓦斯爆炸災害預警系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)功能框架

根據(jù)實際情況，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害態(tài)勢評估與預警系統(tǒng)分為瓦斯管理、系統(tǒng)設(shè)置、預警方法與規(guī)則、瓦斯爆炸預警、應急預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)功能實現(xiàn)

瓦斯爆炸災害預警系統(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現(xiàn)瓦斯爆炸災害系統(tǒng)信息源的釆集、導入以及輸入功能，實現(xiàn)多源信息的融合，為預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害態(tài)勢評估與預警研究，為煤礦安全生產(chǎn)的實現(xiàn)、煤礦本質(zhì)安全化水平的提高以及礦山企業(yè)防災抗災能力的提升提供參考。

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

[2]李潤求.煤礦瓦斯爆炸災害風險模式識別與預警研究[D].西安科技大學，2008，04.

[3]郭佳.瓦斯爆炸風險在線評價與動態(tài)預警系統(tǒng)研究[D].西安科技大學，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。