煤礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援力量需求計(jì)算模型

張軍波楊程濤2

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046）

煤礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援力量需求計(jì)算模型

張軍波1，2楊程濤2

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南省焦作市，454003；2.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046）

針對(duì)目前煤礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援缺乏救援力量需求計(jì)算方法的情況，對(duì)應(yīng)急救援力量需求影響因素進(jìn)行分析，建立了救援力量需求計(jì)算模型，并將影響因素進(jìn)行量化，給出模型中各參數(shù)的取值范圍。在此基礎(chǔ)上，以山西省焦煤集團(tuán)屯蘭礦瓦斯爆炸事故為例，對(duì)應(yīng)急救援時(shí)所需救援隊(duì)伍數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。

瓦斯爆炸 應(yīng)急救援 力量需求 量化 模型

瓦斯爆炸發(fā)生后，短時(shí)間內(nèi)缺乏事故現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)數(shù)據(jù)，為盡快調(diào)度救援隊(duì)伍、縮短救援時(shí)間，必須預(yù)先對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)伍進(jìn)行調(diào)度，但救援隊(duì)伍調(diào)度數(shù)量往往是憑借經(jīng)驗(yàn)。目前，煤礦應(yīng)急救援的研究領(lǐng)域集中在應(yīng)急體系、指揮決策、應(yīng)急評(píng)價(jià)、避難硐室等層面，未對(duì)應(yīng)急救援行動(dòng)時(shí)救援力量調(diào)度數(shù)量計(jì)算進(jìn)行研究。對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援時(shí)的相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，建立救援力量需求計(jì)算模型，確定相應(yīng)的救援力量，有助于提高應(yīng)急救援的效率，確保不因救援人員短缺而影響救援作戰(zhàn)行動(dòng)的進(jìn)行。

1　救援力量需求模型

1.1 救援特征

煤礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援除了具有其他領(lǐng)域應(yīng)急救援的不確定性和突發(fā)性特征外，也有著其獨(dú)特的復(fù)雜性、空間受限性的特征。

（1）突發(fā)性和不確定性。煤礦瓦斯爆炸是個(gè)突發(fā)性事件，沒(méi)有事先預(yù)警或者預(yù)警時(shí)間很短，這就使得瓦斯爆炸應(yīng)急救援具有突發(fā)性。事故一旦發(fā)生，救援行動(dòng)必須迅速展開(kāi)，而此時(shí)災(zāi)害數(shù)據(jù)是模糊的、不完備的，給應(yīng)急救援行動(dòng)的進(jìn)行帶來(lái)極大的不確定性。

（2）空間的受限性。救援人員同樣處于井下受限空間，決定了救援過(guò)程中很多大型設(shè)備是無(wú)法使用的，主要還是依靠救援人員自身和所攜帶的少量小型裝備，對(duì)救援隊(duì)伍的數(shù)量需求是越多越好。

（3）環(huán)境復(fù)雜性。瓦斯爆炸應(yīng)急救援進(jìn)行時(shí)，救援人員所處環(huán)境極為復(fù)雜，事故造成的危害仍然存在，巷道支護(hù)受損，空氣中存在著CO等有毒有害氣體，且經(jīng)常有次生災(zāi)害的發(fā)生。例如，淮南礦業(yè)集團(tuán)謝二礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援時(shí)，又連續(xù)發(fā)生了50次瓦斯爆炸。

1.2 需求影響因素

煤礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援的特征決定了需要對(duì)救援力量需求數(shù)量的因素進(jìn)行分析，從而確定合理的救援力量數(shù)量。

（1）礦井規(guī)模。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001-2012年，我國(guó)197起重特大事故中，國(guó)有礦井發(fā)生53起，死亡1987人，平均37.5人/起，鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦井發(fā)生141起，死亡2804人，平均19.9人/起。因此，越是大型的礦井，通風(fēng)系統(tǒng)越復(fù)雜，危險(xiǎn)有害因素越多，瓦斯爆炸事故一旦發(fā)生，造成人員傷亡數(shù)量也越多，對(duì)救援力量的需求有著直接影響。

（2）時(shí)間。時(shí)間因素包括應(yīng)急救援行動(dòng)進(jìn)行時(shí)間的長(zhǎng)短和事故發(fā)生的具體時(shí)間兩個(gè)內(nèi)容。應(yīng)急救援行動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，需要的隊(duì)伍就越多。具體時(shí)間包括季節(jié)、時(shí)間段，對(duì)2001-2011年的瓦斯爆炸事故發(fā)生季節(jié)和時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別如表1和表2所示。

表1　2001-2011年瓦斯爆炸事故季節(jié)統(tǒng)計(jì)表

表2　2001-2011年煤礦瓦斯爆炸事故時(shí)段統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，瓦斯爆炸在春季發(fā)生次數(shù)和死亡人數(shù)是最多的，這是因?yàn)榧竟?jié)變化與大氣壓力變化是直接相關(guān)的，有研究表明，有一半的瓦斯爆炸與大氣壓力變化有關(guān)。春季氣壓處于下降過(guò)程中，氣壓的下降會(huì)使瓦斯涌出量增加，從而對(duì)事故規(guī)模帶來(lái)影響。從表2可以看出，12點(diǎn)至16點(diǎn)時(shí)間段內(nèi)，瓦斯爆炸死亡人數(shù)最多，在此時(shí)間段內(nèi)大氣壓力處于一個(gè)下降過(guò)程，而礦井瓦斯涌出量也隨之上升。

（3）地點(diǎn)。對(duì)我國(guó)480起3人以上死亡瓦斯爆炸事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中采煤工作面發(fā)生164起，掘進(jìn)工作面發(fā)生201起，巷道發(fā)生74起，火區(qū)、水倉(cāng)發(fā)生35起，采空區(qū)發(fā)生6起，可以發(fā)現(xiàn)瓦斯爆炸事故發(fā)生最多的地點(diǎn)為掘進(jìn)工作面，同時(shí)處于離大巷最遠(yuǎn)的區(qū)域，因此，事故發(fā)生后，救援人員到達(dá)的難度加大，但需求救援人員的數(shù)量卻最多。

（4）瓦斯涌出量。礦井瓦斯等級(jí)不同，瓦斯爆炸的規(guī)模也不同。分析2000-2005年期間36起死亡人數(shù)在30人以上特別重大瓦斯爆炸事故可以得知，低瓦斯礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故15起，造成676人死亡，事故次數(shù)和死亡人數(shù)分別占總次數(shù)的41.7%和總?cè)藬?shù)的27.2%；高瓦斯礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故21起，死亡人數(shù)1805人，事故次數(shù)和死亡人數(shù)分別占總次數(shù)的58.3%和總?cè)藬?shù)的71.3%。高瓦斯礦井瓦斯爆炸事故次數(shù)并不明顯高于低瓦斯礦井，但死亡人數(shù)卻遠(yuǎn)高于低瓦斯礦井。

1.3 計(jì)算模型

在對(duì)瓦斯爆炸應(yīng)急救援影響因素分析的基礎(chǔ)上，可以得出瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援力量需求數(shù)量數(shù)學(xué)模型：

式中：S——瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援力量需求數(shù)量；

S0——應(yīng)急救援力量數(shù)量基數(shù)；

k1——礦井規(guī)模系數(shù)；

k2——時(shí)間系數(shù)；

k3——瓦斯爆炸地點(diǎn)系數(shù)；

k4——礦井瓦斯涌出量系數(shù)。

《礦山救護(hù)規(guī)程》9.1.2.2和9.4.13條規(guī)定了救護(hù)隊(duì)出動(dòng)小隊(duì)數(shù)量和投入作戰(zhàn)的小隊(duì)數(shù)量均為2隊(duì)，因此，可以確定瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援力量基數(shù)為2個(gè)小隊(duì)，即S0=2。因此，式（1）可以簡(jiǎn)化為：

2　救援力量需求系數(shù)

2.1 礦井規(guī)模系數(shù)

從前述分析中可以看出大型礦井瓦斯爆炸后造成的人員傷亡要遠(yuǎn)高于小型礦井，大型礦井發(fā)生瓦斯事故后波及區(qū)域要遠(yuǎn)大于小型礦井。因此，以災(zāi)害波及區(qū)域來(lái)說(shuō)明礦井規(guī)模系數(shù)。災(zāi)害波及一個(gè)采區(qū)系數(shù)為1，波及兩個(gè)以上采區(qū)系數(shù)為2。

2.2 時(shí)間系數(shù)

時(shí)間系數(shù)由時(shí)間長(zhǎng)度系數(shù)、季節(jié)季數(shù)和時(shí)間段系數(shù)3部分構(gòu)成：

式中：k21——季節(jié)系數(shù)；

k22——時(shí)間段系數(shù)；

k23——時(shí)間長(zhǎng)度系數(shù)。

（1）季節(jié)系數(shù)。冬季死亡人數(shù)最少，以冬季死亡人數(shù)為季節(jié)系數(shù)的基數(shù)，設(shè)冬季系數(shù)值為1，則春季系數(shù)值為1.8，夏季系數(shù)值為1.7，秋季系數(shù)值為1.5。

（2）時(shí)間段系數(shù)。4點(diǎn)至8點(diǎn)人員傷亡數(shù)量最少，以這個(gè)時(shí)間段為時(shí)間段系數(shù)的基數(shù)，設(shè)4點(diǎn)至8點(diǎn)系數(shù)值為1，則0點(diǎn)至4點(diǎn)系數(shù)值為1.1，8點(diǎn)至12點(diǎn)系數(shù)值為2.1，12點(diǎn)至16點(diǎn)系數(shù)值為2.3，16點(diǎn)至20點(diǎn)系數(shù)值為1.5，20點(diǎn)至24點(diǎn)系數(shù)值為1.1。

（3）時(shí)間長(zhǎng)度系數(shù)。一個(gè)呼吸器班不超過(guò)4 h，救援人員井下救援一個(gè)呼吸器班后需要休息8 h，設(shè)4 h內(nèi)系數(shù)值為1，則8 h內(nèi)系數(shù)值為2，8 h以上系數(shù)值為3。在救援行動(dòng)開(kāi)始時(shí)，往往不可能知道多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成救援任務(wù)，因此，時(shí)間長(zhǎng)度系數(shù)取最大值3。

2.3 地點(diǎn)系數(shù)

由前文可知，掘進(jìn)工作面瓦斯爆炸造成的人員傷亡數(shù)量最多，以掘進(jìn)工作面為地點(diǎn)系數(shù)的基數(shù)，設(shè)掘進(jìn)工作面地點(diǎn)系數(shù)為1，則采煤工作面地點(diǎn)系數(shù)為0.8，巷道地點(diǎn)系數(shù)為0.4，其他地點(diǎn)系數(shù)為0.2。

2.4 瓦斯涌出量系數(shù)

以每起瓦斯爆炸平均死亡人數(shù)來(lái)計(jì)算，低瓦斯礦井死亡45人/起，高瓦斯礦井死亡86人/起。以低瓦斯礦井死亡人數(shù)為基數(shù)，設(shè)低瓦斯礦井瓦斯涌出量系數(shù)為1，則高瓦斯礦井瓦斯涌出量系數(shù)為1.9。

3　應(yīng)用實(shí)例

3.1 基本情況

山西省焦煤集團(tuán)屯蘭礦為高瓦斯礦井，2009 年2月22日凌晨2時(shí)23分，四采區(qū)12403采煤工作面發(fā)生一起特別重大瓦斯爆炸事故，事故造成77人死亡、114人受傷，并破壞了整個(gè)四采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)。山西省在全省調(diào)動(dòng)了4個(gè)救援大隊(duì)的18支救護(hù)小隊(duì)，進(jìn)行了16 h的救援。

3.2 計(jì)算

根據(jù)屯蘭礦此次瓦斯爆炸發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、涉及區(qū)域和礦井瓦斯等級(jí)，可以確定應(yīng)急救援力量需求相應(yīng)的系數(shù)值，分別為礦井規(guī)模系數(shù)k1為1，時(shí)間系數(shù)中k21為1.8，k22為1.1，k23為3，地點(diǎn)系數(shù)k3為0.8，瓦斯涌出量系數(shù)k4為1.9。

將上面相關(guān)系數(shù)值代入式（2）中，可得S= 18.0576。因此，屯蘭礦此次瓦斯爆炸應(yīng)急救援對(duì)救護(hù)小隊(duì)需求數(shù)量是18支。

3.3 結(jié)果分析

將屯蘭礦瓦斯爆炸應(yīng)急救援的相關(guān)因素代入模型中，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際救護(hù)小隊(duì)數(shù)量吻合。但在屯蘭礦瓦斯爆炸事故救援過(guò)程中，18支救護(hù)小隊(duì)不是在瓦斯爆炸后同時(shí)調(diào)度的。救援初期，只調(diào)度了7只小隊(duì)。瓦斯爆炸發(fā)生后，如果能夠迅速確定救護(hù)小隊(duì)數(shù)量，并同時(shí)調(diào)度，提高救援效率，屯蘭礦瓦斯爆炸的死亡人數(shù)可能就會(huì)少于77人。

4　結(jié)論

（1）瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援力量需求模型在缺少事故現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)先確定所需救援力量的需求數(shù)量，能夠提高應(yīng)急救援的效率。

（2）模型的建立將應(yīng)急救援力量需求數(shù)量判斷由經(jīng)驗(yàn)型推進(jìn)到科學(xué)型，為應(yīng)急救援的發(fā)展提供了一個(gè)定量分析工具。

（3）瓦斯爆炸事故應(yīng)急救援力量需求計(jì)算模型涵蓋了4個(gè)影響因素，可能還有其他因素未考慮到，需要繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

［1］ 席煜宸.煤礦應(yīng)急管理體系建設(shè)探討［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010（1）

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（責(zé)任編輯 張艷華）

Emergency rescue force requirement calculation model of coal mine gas explosion

Zhang Junbo1，2，Yang Chengtao2
（1.College of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo，Henan，454003；2.Research Institute of Henan Energy and Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan，450046）

For the lack of calculation methods of emergency rescue force requirement of coal mine gas explosion，this paper analysed the influential factors of emergency rescue force requirement and built calculation model of rescue force demand；quantified the influential factors and proposed the range of every parameter in the model.On this basis，taking Tunlan Mine gas explosion of Shanxi Coking Coal Group Co.，Ltd.as an example，the amount of mine incident rescue teams was calculated.

gas explosion，emergency rescue，force requirement，quantification，model

TD773

A

張軍波（1978-），男，河南濟(jì)源人，博士，研究方向：礦井瓦斯防治與應(yīng)急救援。