莒山礦重大危險(xiǎn)源的辨識與控制技術(shù)研究

王小玉

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

重大危險(xiǎn)源所涉及的品類眾多，國內(nèi)外的對其的研究也沒有進(jìn)行到很深入的程度。自1982年以來，歐盟出臺了《工業(yè)活動(dòng)中重大事故危險(xiǎn)法令》，緊接著美國，加拿大，印度和泰國各國相繼出臺了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)條例，在1996年澳大利亞出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)《重大危險(xiǎn)源控制》[NOHSC:1014(1996)]，基于法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)對危險(xiǎn)物質(zhì)及其臨界量的確定。我國于1997年初經(jīng)由原勞動(dòng)部組織實(shí)施了重大危險(xiǎn)源普查測試的試點(diǎn)工作，詳細(xì)的對重大危險(xiǎn)源辨識進(jìn)行了試點(diǎn)分析調(diào)查，在試點(diǎn)工作的基礎(chǔ)上，2000年9月17日出臺了《重大危險(xiǎn)源辨識》(GB 18218—2000)，并從2001年4月1日開始實(shí)施，之后，一大批的學(xué)者先后對危險(xiǎn)源進(jìn)行了研究分析。文章將重大危險(xiǎn)源的范圍縮小到礦山開采，以莒山礦為研究對象，深入分析莒山礦的危險(xiǎn)源辨識和控制技術(shù)研究，為規(guī)避礦井可能發(fā)生的危險(xiǎn)性事故提供借鑒參考。

1 莒山礦井田、地質(zhì)概況

1.1 井田概況

莒山礦坐落太行山支脈，屬丘陵地帶，歸屬于黃河流域沁河水系。莒山礦始建于1959年，經(jīng)過兩年的建設(shè)于1961年投產(chǎn)使用，至今對該礦地面及井下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了多次的改造延伸，年生產(chǎn)能力最終核定為9×105t（噸）。莒山礦的可采礦層有3號、9號和15號?，F(xiàn)今3號礦層的礦產(chǎn)資源即將采完，要開始開采9號礦層的資源，故對莒山礦進(jìn)行水平延伸，并進(jìn)行設(shè)計(jì)開采。該礦井經(jīng)計(jì)算礦井總服務(wù)年限為28.1年。本井田的開拓方式為斜井開拓。礦井準(zhǔn)備以+700m輔助水平和+650m主水平對井田9號礦層和15號礦層進(jìn)行開拓開采。其中9號礦層的開拓開采準(zhǔn)備用一個(gè)采區(qū)，一個(gè)開采作業(yè)面、兩個(gè)綜掘掘進(jìn)工作面來保證莒山礦礦井的設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力9×105t和進(jìn)行正常的生產(chǎn)接替工序，并經(jīng)審核通過。

1.2 井田水文地質(zhì)概況

快開采完成的3號礦層在以往開采掘進(jìn)過程中并未出現(xiàn)突水點(diǎn)和水害事故。根據(jù)勘探結(jié)果，該礦井的3號、9號和15號礦層的礦井水文地質(zhì)類型被判定為中等。

1.3 地質(zhì)概況

礦井的地質(zhì)構(gòu)造造形態(tài)主要以褶曲為主，斷層并不多見。地層中所含礦物性質(zhì)分別為山西組和太原組，平均總厚為148.97m，一共含礦11層，礦層平均總厚為12.11m，其中可采礦層共3層（包括3號、9號和15號礦層），平均可采厚度共10.80m，可采系數(shù)為7.25%?？刹傻V層的井田內(nèi)可采礦層為3號、9號和15號礦層?；瘜W(xué)性質(zhì)、工藝性能是15號礦層的礦物樣品經(jīng)分析鑒定為特低灰-中灰、中高硫-高硫、高固定碳、高-特高發(fā)熱量的無煙可燃礦物。

2 莒山礦危險(xiǎn)源辨識

礦山常見的危險(xiǎn)源有易燃?xì)怏w、礦塵、火災(zāi)、地壓災(zāi)害、水害等，具體分析如下。

2.1 易燃?xì)怏w

為本礦井15號開采區(qū)域內(nèi)易燃?xì)怏w最大絕對涌出量為5.5m3/min，大于5m3/min，故該礦井應(yīng)屬易燃?xì)怏w含量高的礦井。所以判定該礦井已經(jīng)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，所以莒山礦的資源開采須對易燃?xì)怏w這一影響因素進(jìn)行細(xì)致的分析評價(jià)，采取控制預(yù)防措施，以防構(gòu)成事故，造成傷亡。

2.2 礦塵

對莒山礦3號礦層的礦物樣品進(jìn)行礦塵爆炸性試驗(yàn)，經(jīng)過試驗(yàn)分析測試，得3號礦層火焰長度為0mm，巖粉用量為0，故可知3號的礦塵無爆炸危險(xiǎn)性。同理，對9號、15號礦層樣品進(jìn)行礦塵爆炸定性分析，由火焰長度為0mm，巖粉用量為0，得出的結(jié)論是9號和15號礦塵均無爆炸性。

2.3 火災(zāi)

對3號、9號和15號礦層的礦物樣品進(jìn)行分析測試其吸氧量。再根據(jù)檢測結(jié)果，鑒定為井田內(nèi)3號礦層不易自燃，9號、15號礦層容易自燃。故對9號、15號礦層需進(jìn)行更為嚴(yán)格的防火管理措施。

2.4 地壓災(zāi)害

由莒山礦礦井以前的研究資料及事故統(tǒng)計(jì)，得知在自建井以來該礦井范圍內(nèi)及鄰近礦山均未發(fā)現(xiàn)地溫和地壓異?，F(xiàn)象，故該井田應(yīng)該屬于地溫和地壓正常區(qū)域，所以不存在熱害和沖擊地壓的危險(xiǎn)。

2.5 水害

由開采完成的3號礦層在以往開采掘進(jìn)過程中并未出現(xiàn)突水點(diǎn)和水害事故。并結(jié)合根據(jù)勘探結(jié)果，該礦井的3號、9號和15號礦層的礦井水文地質(zhì)類型被判定為中等，只要控制合理，并不會(huì)出現(xiàn)事故隱患。

綜上，對莒山礦的礦井危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識的結(jié)果可知，易燃?xì)怏w是本礦井最應(yīng)該重視和注意的因素，已達(dá)到重大危險(xiǎn)源的級別。必須對莒山礦這一重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分析評價(jià)，由于礦井是個(gè)特殊的危險(xiǎn)源，又包含了許多未知危險(xiǎn)性，評價(jià)方法必須適用礦井現(xiàn)場，且能對多種危險(xiǎn)進(jìn)行評估，綜合考慮采用指數(shù)評價(jià)法，著重對易燃?xì)怏w進(jìn)行分析評價(jià)，粉塵與火災(zāi)因素也將考慮在內(nèi)。評估結(jié)束后，根據(jù)分析評估結(jié)果，對易燃?xì)怏w、礦塵和火災(zāi)因素進(jìn)行危險(xiǎn)性預(yù)防與監(jiān)測監(jiān)控，降低并消除其危險(xiǎn)性。

3 莒山礦重大危險(xiǎn)源控制

3.1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

莒山礦井下裝備一套井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)（KJ222型），并將其接入礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入廣域網(wǎng)與上一級監(jiān)控中心連接。礦、縣、市三級聯(lián)網(wǎng)線路：該礦監(jiān)控中心到蘭花集團(tuán)監(jiān)控中心采用廣電光纜，蘭花集團(tuán)監(jiān)控中心到晉城市局監(jiān)控中心采用廣電光纜。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備間使用的電纜必須使用阻燃的。安全監(jiān)控設(shè)備若使用的是防爆型的，那么之間的信號傳輸必須是本質(zhì)安全型的信號。礦井現(xiàn)將KJ90-F16型裝備在地面設(shè)置2臺，主井皮帶機(jī)房1臺，通風(fēng)機(jī)房1臺，井下設(shè)置中央變電所、9101回采區(qū)域、9102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面、9102回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面等5個(gè)監(jiān)控分站。井下易燃?xì)怏w傳感器KG9701A型，將其布置在采掘工作面及回風(fēng)巷中、回風(fēng)立井井底總回風(fēng)巷中的測風(fēng)站內(nèi)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測易燃?xì)怏w的濃度。莒山礦裝備了該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)并計(jì)算礦井的時(shí)產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量和年產(chǎn)量，并與之前的產(chǎn)量進(jìn)行對比，可以對產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。

3.2 易燃?xì)怏w監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

易燃?xì)怏w監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置過程中，回采工作面上隅角設(shè)置易燃?xì)怏w傳感器1個(gè)；回風(fēng)順槽距采礦作業(yè)區(qū)域不大于10m處設(shè)置易燃?xì)怏w傳感器1個(gè)；在回風(fēng)順槽距回風(fēng)大巷10m～15m處設(shè)置易燃?xì)怏w傳感器1個(gè)；采礦設(shè)備上裝設(shè)機(jī)載式報(bào)警儀1個(gè)。當(dāng)回采工作面上隅角易燃?xì)怏w濃度大于等于1.0%時(shí)聲光報(bào)警，易燃?xì)怏w濃度大于等于1.5%時(shí)斷電，小于1.0%時(shí)復(fù)電。斷電范圍包括的是回采工作面及其回風(fēng)巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，以防產(chǎn)生電火花發(fā)生爆炸事故。

當(dāng)回采區(qū)域易燃?xì)怏w濃度大于等于1.0%時(shí)聲光報(bào)警，易燃?xì)怏w濃度大于等于1.5%時(shí)斷電，小于1.0%時(shí)復(fù)電。若是前者的話，那么回采區(qū)域及其回風(fēng)巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備均會(huì)被斷電，以防產(chǎn)生電火花引發(fā)易燃?xì)怏w爆炸所造成的事故。

3.3 火災(zāi)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

莒山礦采用礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)報(bào)束管監(jiān)測系統(tǒng)做為本礦井的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，主采區(qū)域束管監(jiān)測系統(tǒng)而言，束管監(jiān)測系統(tǒng)是經(jīng)由氣體采樣器、束管將氣體抽到地面監(jiān)測室，然后對氣體成分經(jīng)由計(jì)算機(jī)加以分析后，分別在井下開采區(qū)域回風(fēng)順槽、上隅角、回風(fēng)順槽采空區(qū)設(shè)置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)、運(yùn)輸順槽設(shè)置1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)；及得出各個(gè)測點(diǎn)的CO、CH4、CO2、O2、N2等氣體的濃度大小，從而獲得氣體濃度并分析其變化規(guī)律，好對井下自然發(fā)火起到預(yù)測、預(yù)報(bào)作用。

4 莒山礦重大危險(xiǎn)源預(yù)防措施

井下所有通風(fēng)設(shè)施均按設(shè)計(jì)要求布置在穩(wěn)定的巷道及圍巖中，使礦井形成一個(gè)穩(wěn)定、可靠的通風(fēng)系統(tǒng)。礦井在生產(chǎn)、建設(shè)中，必須構(gòu)建“通風(fēng)可靠、監(jiān)控有效、管理到位”的易燃?xì)怏w綜合治理工作體系。想要防止爆炸事故，具體方法可歸納為以下三個(gè)方面：防止易燃?xì)怏w積聚，防止引發(fā)爆瓦和防止事故擴(kuò)大。

4.1 預(yù)防礦塵爆炸及綜合防塵措施

據(jù)莒山礦3號鉆孔中3號、9號、15號礦層礦塵爆炸定性分析，火焰長度為0mm，抑制礦塵爆炸最低巖粉用量（%）為0，鑒定結(jié)論是3號、9號、15號礦塵無爆炸性。設(shè)計(jì)采取了以下較為完善的防塵、降塵措施。分別為開采區(qū)域的綜合防塵、掘進(jìn)工作面綜合防塵、錨桿支護(hù)的防塵等。

4.2 預(yù)防井下火災(zāi)措施

莒山礦9號礦層采用預(yù)防礦層開采過程中發(fā)生火災(zāi)的綜合防火措施。首先防止礦層自燃；其次防止礦工或是設(shè)備原因引起火災(zāi)；進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采時(shí)要盡量回收油脂雜物。設(shè)備方面：通過改裝或更換機(jī)電設(shè)備使其失爆率降低為0，完全保證井下安全。防爆隔爆設(shè)施的設(shè)置地點(diǎn)與擺放使用參考相關(guān)資料規(guī)范或是請教專家組進(jìn)行討論，務(wù)必將合適的設(shè)施安放在合適的地點(diǎn)。人員方面：易燃?xì)怏w檢測工作人員在檢查是應(yīng)當(dāng)完全按照流程一步一步來，以免遺漏危險(xiǎn)源的檢查，并要嚴(yán)格遵守定期檢查這一規(guī)定。

5 結(jié)語

本文從重大危險(xiǎn)源切入，著重研究礦井的危險(xiǎn)性，以莒山礦為例，對其運(yùn)用指數(shù)評價(jià)法進(jìn)行分析評估。分別研究該礦易燃?xì)怏w爆炸事故危險(xiǎn)性、礦塵爆炸事故危險(xiǎn)性和礦井火災(zāi)危險(xiǎn)嚴(yán)重程度。該礦井經(jīng)評估得出危險(xiǎn)程度為比較危險(xiǎn)，據(jù)此提出為完成正常生產(chǎn)需要做到的監(jiān)測監(jiān)控及預(yù)防措施，和為降低危險(xiǎn)程度而提出的整改和改良措施。論文詳細(xì)論述了危險(xiǎn)源辨識，評價(jià)，控制的內(nèi)容，并提出了將指數(shù)評價(jià)法運(yùn)用到礦塵爆炸危險(xiǎn)性評價(jià)及礦井火災(zāi)危險(xiǎn)嚴(yán)重程度評價(jià)當(dāng)中。