金堆城露天礦穿孔作業(yè)危險性分析

張建華 李棟朋 李澤安 黃 剛 吳 浩

(1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430070；2.武漢城市建設投資開發(fā)集團有限公司，湖北 武漢 430050)

我國露天礦山數(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)是露天礦山開采的重要環(huán)節(jié)，穿孔作業(yè)完成的質(zhì)量好壞，對于后續(xù)的爆破、鏟裝、運輸?shù)裙ば蛴兄志薮蟮挠绊憽Ｄ壳?，隨著科學技術的發(fā)展和GNSS技術的普及應用，牙輪鉆機的更新?lián)Q代迅速，國外先進牙輪鉆機已基本實現(xiàn)數(shù)字化輔助穿孔爆破[2]。但由于礦山環(huán)境和工況的復雜性，穿孔作業(yè)過程中存在著較多的危險因素，不僅涉及到設備，還涉及到作業(yè)環(huán)境、人員等。若人—機—環(huán)境失調(diào)，就可能會產(chǎn)生中毒、灼燙、污染等事故，而且會造成設備損壞，導致意外傷亡事故、環(huán)境污染和重大的經(jīng)濟損失[3]。如紫金山金礦由于露采臺階失穩(wěn)，造成設備掉落，引起巨大經(jīng)濟損失，所幸工作人員及時撤離，無人員傷亡。因此，對露天礦山數(shù)字化穿孔作業(yè)進行危險性評價是十分重要的。

1 危險性評價的方法

常見的分析評價方法主要有故障類型及影響分析(FMEA)，事故樹分析(ATA)，作業(yè)條件危險性評價法(LEC)，預先危險性分析(PHA)，改進的作業(yè)條件危險性評價法(MES)等[4-6]。其中，LEC法由K F 金尼和K J 格雷厄姆提出，可以對作業(yè)環(huán)境中的潛在危險進行半定量評價與分級[7]。構成該方法的3個指標分別為L(發(fā)生事故的可能性)，E(人員在危險環(huán)境暴露的頻繁程度)，C(后果危險性)。通過3個因素的得分相乘之后得到總分，進而對于安全狀況進行分級。LEC法3個因素的取值主觀性較大，并且不能夠用來全面系統(tǒng)考慮傷害事故發(fā)生的因素[8]。于是，我國安全領域專家宋大成在2002年提出了MES法對LEC法進行了改進，其考慮危險源是否存在控制措施，將危險源危險性定義為控制措施的狀態(tài)、人體暴露于危險環(huán)境的頻繁程度以及事故后果三者的乘積，然后根據(jù)不同的值進行分級。

預先危險性分析(PHA)是在生產(chǎn)活動開始之前，對系統(tǒng)存在的各種危險因素、出現(xiàn)的條件及導致的事故后果進行宏觀分析，找出系統(tǒng)中的危險物質(zhì)或者不安全狀態(tài)并確定危險等級，進而根據(jù)不同的危險等級提出相應的控制和預防措施，因此也被稱為初始危險分析[9]。該方法簡單、有效、易于實施。

對于復雜的礦山穿孔作業(yè)(作業(yè)條件差，現(xiàn)場工況復雜，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重)，只使用單一評價方法難以全面評價穿孔作業(yè)的危險性，因此需要使用更加全面、綜合的方法。

2 PHA-MES危險性評價法

2.1 評價原理和方法

PHA-MES法是結合了PHA法和MES法的預先潛在危險分析和危險性定量分級的優(yōu)勢，使二者互相補充，共同構建起一套完整的危險性評價方法。其首先利用PHA法對于系統(tǒng)進行預先危險性分析，確定系統(tǒng)中的危險因素、觸發(fā)事件以及事故后果，然后利用MES法根據(jù)人員暴露于危險狀態(tài)的頻繁程度、危險發(fā)生的后果嚴重性以及控制措施的狀態(tài)對于危險程度進行定量計算，得到特定條件下的危險性得分，進而對于危險性進行分級，再根據(jù)不同的危險等級提出有針對性的防范措施[10]。

PHA-MES法的實質(zhì)是利用MES法的危險程度分級的定量計算替換了PHA法中的危險等級的定性分析，其分析方法是以表格方式進行(見表1)。

表1 PHA-MES危險性評價

2.2 評價步驟

對于作業(yè)流程、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)人員操作條件等進行全方位的了解，根據(jù)以往發(fā)現(xiàn)的事故隱患和經(jīng)驗，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法的計算公式：

R=M×E×S,

(1)

式中，R為風險度，S為后果嚴重性。M、E、S各項的分值確定分別參照表2，表3，表4。

(2)按照計算出的風險度R對危險等級進行劃分。劃分標準參考表5。

(3)根據(jù)PHA分析的事故情況以及MES評價法的危險等級劃分，針對不同等級的危險，提出相應的防范措施。

表2 控制措施相應狀態(tài)對應的分值

表3 暴露程度分值

表4 事故后果嚴重性分值

表5 分級標準

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)，年開采量約1 700萬t，供礦量在1 000萬t左右。其地理坐標為東經(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行開采，于1966年正式投產(chǎn)，先進行北露天開采，隨后南露天，目前已形成全露天開采，礦山開采設計年限為100 a[13-14]。目前,該礦山已經(jīng)在YZ-35型牙輪鉆機上實現(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)綜合平面圖和采場分區(qū)圖，使用爆破設計軟件設計起爆網(wǎng)絡圖；然后將各孔位坐標上傳到系統(tǒng)中，牙輪鉆機通過運用GNSS系統(tǒng)根據(jù)孔位坐標精確定位孔位，實現(xiàn)自動尋孔；最后在穿孔過程中對超深和垂直度進行控制，并對實際操作執(zhí)行狀態(tài)、運行軌跡、鉆孔施工位置進行實時連續(xù)的記錄和存儲，實現(xiàn)對穿孔質(zhì)量的全方位數(shù)字化實時控制。

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)危險源辨識

危險源是可能引起人員傷害或職業(yè)疾病、財物損失、工作環(huán)境破壞或這些情況組合的根源或狀態(tài)[15]。因而，在對于系統(tǒng)進行危險性評價時，首先應完成對系統(tǒng)的危險源進行辨識。依據(jù)數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)的工作特點，從牙輪鉆機設備、作業(yè)過程的危險物質(zhì)、作業(yè)環(huán)境3個方面對其進行了危險源辨識工作。通過危險源辨識和預先事故分析，識別出了以下危險源，見表6。

3.3 數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)危險性評價

依據(jù)PHA-MES法的危險性評價步驟，對數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)的危險性評價結果如表7所示，其中,①炸藥、鉆機作業(yè)平臺危險級別達到Ⅰ級；②粉塵、有毒氣體、履帶等9種危險源危險級別達到Ⅱ級；③維修時遺留的維修工具或其它物體屬于Ⅲ級危險源；④潤滑劑，電動機，鉆架等6種屬于Ⅳ級危險源；⑤電池屬于Ⅴ級危險源；⑥在所有危險源中，作業(yè)平臺分值最高，達到240分，危險性最大，電池分值最低，危險性相對較小。

4 結 論

(1)在我國露天礦山發(fā)展迅速的同時，危險源識別和管控的水平仍相對滯后。因此在進行危險性評價時，應結合具體行業(yè)和企業(yè)生產(chǎn)特點選擇合適的評價方法。穿孔作業(yè)的復雜性決定了使用單一的危險性評價方法是不能滿足需求的。

(2)利用PHA-MES法，可以充分結合預先危險性分析和改進的作業(yè)條件危險性評價法的優(yōu)勢，對金堆城露天鉬礦數(shù)字化輔助牙輪鉆機穿孔作業(yè)危險性分析證明了將PHA-MES法應用于露天礦數(shù)字化輔助穿孔作業(yè)是比較全面、有效、符合客觀實際的。

表7 露天礦穿孔作業(yè)PHA-MES危險性分析

[1] 杜時貴,雍 睿,陳咭扦,等.大型露天礦山邊坡巖體穩(wěn)定性分級分析方法[J].巖石力學與工程學報,2017,36(11)：1-11.

Du Shigui,Yong Rui,Chen Jiqian et al.Graded analysis for slope stability assessment of large open-pit mines[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2017,36(11):1-11.

[2] 王鳳軍，段 云，徐 敏，等.露天礦山牙輪鉆機數(shù)字化尋孔系統(tǒng)開發(fā)[J].礦冶，2016(1)：65-70.

Wang Fengjun,Duan Yun,Xu Min，et al.Open-pit mine rotary drill digital hole searching system development[J].Mining & Metallurgy，2016(1):65-70.

[3] Graf H,Schmidt-Traub H.Early hazard identification of chemical plants with state chat modeling techniques[J].Safety Science,2000,36:49-67.

[4] 馬洪剛，張來斌，樊建春.作業(yè)條件危險性評價法在深水鉆完井作業(yè)評價中的應用研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2011,7(9):89-92.

表6 穿孔作業(yè)事故隱患

Ma Honggang,Zhang Laibin,Fan Jianchun.Study on the application of LEC to the risk assessment of deep-water drilling and completion operations[J].Journal of Safety Science and Technology,2011,7(9):89-92.

[5] 蘇恒瑜，蔡立勇.LEC法在量化礦井通風系統(tǒng)中的應用[J].煤,2009,18(7):10-13.

Su Hengyu,Cai Liyong.Application of LEC method in quantifying mine ventilation system[J].Coal,2009,18(7):10-13.

[6] 施泉生.管理科學及其應用[M].上海：上海財經(jīng)大學出版社，2006.

Shi Quansheng.Management Science and Its Application[M].Shanghai:Shanghai University of Finance and Economics Press,2006.

[7] 劉錦銘,孫凱峰.作業(yè)條件危險評價方法的修正及在吉林油田的應用[J].中國安全科學學報，2003,13(12):78-80.

Liu Jinming,Sun Kaifeng.Modification in risk assessment of working environment and its application in Jilin Oil Field[J].China Safety Science Journal，2003,13(12):78-80.

[8] 羅艾民，陳 平，多英全，等.定量風險評價(QRA)中的危險辨識方法[J]．中國安全生產(chǎn)科學技術，2010，6(1)：54-57

Luo Aimin,Chen Ping,Duo Yingquan,et al.Method of hazards identification in quantitative risk assessment[J].Journal of Safety Science and Technology,2010,6(1):54-57.

[9] 楊 一，張敬禮，陶 剛，等.燃氣熱電系統(tǒng)火災爆炸預先危險性分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2011,37(2):28-30.

Yang Yi，Zhang Jingli，Tao Gang,et al.PHA on fire and explosion hazards in the gas-cogeneration system[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2011,37(2):28-30.

[10] 蔡康旭，易燦南，廖可兵，等.電鍍鋅生產(chǎn)線PHA-MES危險性評價方法[J].中國安全科學學報，2006,16(8)：100-105.

Cai Kangxu，Yi Cannan，Liao Kebing,et al.PHA-MES risk assessment for electro-galvanizing production line[J].China Safety Science Journal，2006,16(8)：100-105.

[11] 朱國宏.預先危險性分析在工程中的應用[J].山西煤炭,2007,27(2):40-43.

Zhu Guohong.Pre-risk analysis in engineering applications[J].Shanxi Coal,2007,27(2)40-43.

[12] 羅 云.風險分析與安全評價[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

Luo Yun.Risk Analysis and Safety Evaluation[M].Beijing:Chemical Industry Press,2004.

[13] 郭 進.金堆城露天礦安全評價研究[D].武漢：武漢理工大學，2005.

Guo Jin.Study on Safety Evaluation of Jinduicheng Opencast[D].Wuhan：Wuhan University of Technology,2005.

[14] 段 云，熊代余，徐國權.鉆孔數(shù)字化與鉆孔巖性自動識別技術[J].金屬礦山，2015(10):125-129.

Duan Yun,Xiong Daiyu,Xu Guoquan.A new technology for digital drilling and automatic lithology identification[J].Metal Mine,2015(10):125-129.

[15] GB/T 28001—2011 職業(yè)健康安全管理體系規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2011.

GB/T 28001—2011 Occupational Health and Safety Management System Specification[S].Beijing:Standards Press of China,2011.